《機械CAX》課程構建探索與實踐

孫克銳，葉炬鋒

（浙江同濟科技職業學院機械與電氣工程系，浙江杭州311231）

《機械CAX》課程構建探索與實踐

孫克銳，葉炬鋒

（浙江同濟科技職業學院機械與電氣工程系，浙江杭州311231）

通過對機械C A X相關學科的教學研究和分析，創新性的構建一體式《機械C A X》課程。該課程融合現代工程制圖、計算機繪圖、機械C AD/C AM和機械創新設計等學科內容。根據課程特點、學生層次差異和C A X人才培養要求，規劃和設計教學內容、探索多樣化的教學方法和手段，建立多元教學評價體系，教學改革取得較好效果。

機械C A X；機械創新設計；教學改革

CAX是CAD、CAM、CAE、CAPP、CAS、CAT、CAI等各項技術之綜合叫法，CAX技術核心是計算機輔助技術[1-2]。機械CAX技術是將傳統的機械設計、制造技術與計算機技術有機融合的綜合技術，CAX技術是提高機械創新能力的有效方法[3]。我國正在實施《中國制造2025》強國戰略，需要掌握先進制造技術的人才和創新性人才。

機械CAX系列課程涉及知識廣、學科多，不少院校已開展機械制圖和CAD課程融合、三維動態建模輔助工程制圖教學等相關研究[4-5]。本文結合機械創新設計和機械制造工藝等學科內容對機械CAX系列課程進行集成融合，創新性的構建《機械CAX》課程并對教學內容、教學方法和教學評價等方面進行改革和實踐。

1 機械CAX類課程教學現狀

學院《現代工程制圖》、《計算機繪圖》、《機械CAD/CAM》在不同學期開課，教學多以教材例題為參照，學生仿照練習。《機械創新設計》也是一門獨立課程，主要講述基于TRIZ原理的機械創新設計。機械CAX類課程教學存在的主要問題：

（1）重復教學，如教計算機繪圖時，需重復講授工程制圖相關內容，課堂效率降低。

（2）周期長，不利于學生系統學習和記憶。

（3）教學案例單一，與工程實踐聯系不緊密或滯后于生產實踐，學生學習興趣不濃。

（4）仿照練習方式，學生學習積極性不高，創新能力得不到充分培養。

（5）《現代工程制圖》是一門較抽象的課程，采用傳統教學方式，空間想象力差的學生學習有一定難度，教學達不到預定效果。

（6）《機械創新設計》與《機械CAD/CAM》分開授課，未起到互為補充、相互促進的作用。

針對上述問題，融合現代工程制圖、計算機繪圖、機械CAD/CAM和機械創新設計等學科內容，構建一體式的《機械CAX》課程，培養符合社會發展需要的具有扎實的工程基礎知識、專業技能和職業素養的創新型機械CAX人才。

2 《機械CAX》課程構建

在學院《現代工程制圖技術》教學改革基礎上，構建《機械CAX》課程，貫穿工程制圖到計算機輔助設計和計算機自動編程。針對CAX技術人才培養要求、課程特點和學生層次的差異，設計教學內容，配置師資力量，探索多樣化的教學方法、手段，建立多元考核評價機制。

2.1 教學內容

機械CAX課程涵蓋四大模塊，見圖1，分為基礎知識、零件測繪、計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）。基礎知識主要講授工程制圖等知識。零件測繪讓學生拆、裝零件并使用測量工具測量零件，完成手工或計算機繪圖。計算機輔助設計不是簡單的對照教材學習三維設計軟件，而是融入機械創新設計，將工程基礎知識、行業標準、機械設計理論和制造理論等知識應用到實際產品設計中。借助CAD軟件的強大功能，實現設計的直觀化、動態化、智能化和高效率。計算機輔助制造是將已設計零件通過應用計算機輔助制造技術，實現零件工藝分析、刀具路徑規劃、切削參數選擇和刀具選用，自動生成NC指令代碼用于數控加工。

圖1 《機械CAX》課程體系

隨著互聯網技術發展，教學模式和學習模式發生巨大變化。學生可以通過MOOC在線學習、在網絡上交流互動和尋求知識。《機械CAX》是基于創新的課程，主要采用項目化教學，項目來源主要是生產實踐、學科競賽、教師科研項目等。

生產實踐案例可以來自校企合作單位、學生頂崗實習項目和教師根據教學目標對上述案例的篩選和改進。通過鼓勵和指導學生參加學科競賽如大學生機械創新設計大賽和學院技能競賽等，鍛煉學生創新設計能力，提高教師專業技能水平，豐富教學內容。通過競賽，發現教學存在的不足，總結經驗教訓，改進教學。教師科研項目緊跟技術發展潮流，具有一定新穎性、實用性，學生參與積極性高。教師可根據教學目標將科研項目分解為一個個易操作的小項目，提高學生參與度。

通過《機械CAX》課程項目訓練讓學生將理論應用實踐，學以致用，提高創新能力和工程能力。

2.2 教學方法、手段

機械CAX是多學科的融合，從幾何學到行業標準，從系統的理論知識到實際動手測量，從手工繪圖到計算機繪圖，從邏輯思維到形象思維，從設計到制造。不同教學內容、不同層次學生，需要相應的教學方法、手段。

基礎知識模塊偏重于理論講解，結合板書、多媒體課件和道具教學。對空間想象力差的學生借助于橡皮泥和三維動畫，幫助想象理解。教學采用邊講邊練方式。

零件測繪模塊主要考察學生測繪能力，采用任務驅動法和分組教學法。通過已有產品如競賽作品、企業提供或外購的成品等，讓學生動手拆裝、測繪。通過實際動手，學生鞏固制圖知識、掌握測量工具使用，鍛煉手繪技能，初步了解設計理念。

計算機輔助設計是《機械CAX》課程核心模塊，以服務生產、社會的機械創新產品設計為依托，學生綜合應用已學知識通過設計軟件完成設計。教學初期，教師指導學生拆裝觀察已有產品，模仿設計，積累設計經驗和熟悉軟件使用。教學中期，布置學生設計實現特定功能的機構，提高學生理論應用于實踐的能力、局部設計能力和初步創新能力。教學后期，以解決實際生產、生活問題為目標，讓學生完成機械創新產品設計。教學采用分組教學，教師引導，學生交流討論。設計過程中，指導學生通過軟件干涉分析功能、動畫仿真功能，及時發現設計缺陷，優化改進設計。通過完整的產品設計，提高學生綜合能力、全局設計能力、創新能力、軟件使用能力和團隊協作能力。

設計能否轉化為好的產品，關鍵是能否制造、制造是否經濟合理、工藝是否環保。計算機輔助制造模塊教學以企業常用的Mastercam軟件作為教學工具，采用案例教學法、對比教學法、仿真教學法。案例可以是先前設計的零件，通過計算機仿真制造過程，優化零件設計和工藝。通過該模塊教學，學生綜合運用金屬切削理論、加工工藝理論和工裝夾具等知識，加深設計和制造關聯認識。

2.3 教學評價

《機械CAX》理論性、實踐性、創新性等特點決定教學評價的多元化。基礎知識部分采用筆試加口試考核辦法，并結合計算機考證成績，以“證”促學。零件測繪等模塊，基于項目化教學，采用過程性考核、終結性考核和學科競賽相激勵的考核方法。每個項目對應一定分值，由教師評價、學生自評和互評三部分按一定比例組成。不同的項目采用不同的評價指標，盡可能體現每個學生的長處，提高學生自信和學習動力。

3 《機械CAX》課程改革效果

通過對機械CAX相關學科集成融合、教學方法和教學評價的創新改進，《機械CAX》課程改革取得了較好效果。

（1）由獨立的多門課融合為一門課，避免重復教學，縮短了學時，學生有更多時間參與第二課堂、第三課堂學習實踐。

（2）加強了學科間的聯系，提高學生工程系統能力。機械CAX是一個較完整的產品生命周期體系，從產品構想到最終制造。產品設計時，學生要考慮到后端的生產制造、可能失效形式。借助軟件的強大功能，優化設計和改進工藝。

（3）通過分模塊循序漸進的項目訓練和完整的產品創新設計、制造，學生的工程基礎知識更扎實、學習信心更足、動手能力和創新能力顯著提高。

（4）基于項目的分組教學，提高學生職業技能、職業素養、職業可持續發展能力和團隊協作能力。

4 總結與展望

《機械CAX》課程是對機械CAX相關學科的有效融合，針對不同知識模塊，采用相應的教學方法、手段和教學評價體系。通過課程改革提高學生創新能力、設計能力、制造能力和團隊協作能力。CAX課程教學離不開計算機軟件支撐和實踐意義的項目。軟件發展日新月異、產品創新永無休止，指導教師要關注前沿技術，不斷學習，提高技術水平和綜合能力。

《機械CAX》課程改革是系統工程，需要頂層設計和相關學科老師打破學科壁壘，通力合作，改革進一步發展方向是引入支持協同設計的產品數據管理（PDM）系統和產品生命周期管理（PLM）系統。

[1]錢宇強.現代信息技術融合“模具設計基礎及CAX"課程教學實踐探討[J].中國信息界，2010，（8）：46－47．

[2]謝青云.計算機輔助技術應用的探討[J].裝備制造技術，2006，（4）：140－141．

[3]汪小華.CAX技術應用于機械創新設計的實踐研究[J].企業技術開發，2012，（2）：9－10．

[4]高紅英，劉軍旭，袁驚滔.CAD與機械制圖“融合式”教學改革的探討[J].成都工業學院學報，2015，（4）：82－85．

[5]吳擎，楊揚，夏俊芳，等.三維CAD動態建模輔助工程制圖教學的方法[J].大學教育，2015，（9）：161－162．

Exploration and Practice of Mechanical CAX Curriculum Construction

SUN Ke－rui，YE Ju-feng
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 311231，China）

Through the research and Analysis on the teaching of mechanical CAX related subjects，the integrated mechanical CAX curriculum is innovatively constructed，which combines the multidisciplinary contents of modern engineering graphics，computer graphics，mechanical CAD/CAM，mechanical innovation design and other disciplines.According to the characteristics of the course，the student level differences and personnel training requirements，the teaching reform includes the planning and design of teaching content，the explorationof a variety of teaching methods，the establishment of multiple teaching evaluation system，which achieves better results.

mechanical CAX；mechanical innovation design；teaching reform

G642

A

1672-545X（2016）09-0222-03

2016-06-13

浙江省高職教育研究會課題《機械CAX課程教學模式的研究與實踐》

孫克銳（1979-），男，安徽全椒人，碩士，工程師，主要從事機電一體化、數控技術教學研究。