機械CAD/CAM課程教學改革探索

劉菊蓉

摘 要 機械CAD/CAM課程具有較強的理論性、實踐性和綜合性。選取工藝夾具設計作為項目任務，將實際操作與理論教學相結合，并制定項目內(nèi)容及評價內(nèi)容。這種方式不但可以提高學生學習的積極性和主動性，而且可以提高學生運用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力，教學效果較好，可以為類似專業(yè)課程的教學提供一定的參考。

關鍵詞 機械CAD/CAM；教學改革；工藝夾具設計；項目教學法；計算機輔助設計；計算機輔助分析；計算機輔助工藝設計；計算機輔助制造

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）12-0096-03

1 前言

機械CAD/CAM課程是陜西理工大學機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)方向選修課，課程教學不論是在理論性方面，還是在實踐性方面，要求都很高。在機械設計制造技術和計算機技術的結合、滲透影響下，機械CAD/CAM技術得到迅速發(fā)展，并且已成為理論與實踐相結合、多學科整合、廣泛應用的一項技術。

雖然陜西理工大學的機械CAD/CAM課程已經(jīng)開設多年，教材及教學內(nèi)容也進行了多次更新，但是如何讓學生通過機械CAD/CAM課程的學習來提高自身的綜合設計能力和工程實踐能力，機械CAD/CAM課程應該采用什么樣的教學方式，學生在教學過程中應該如何學習機械CAD/CAM課程，這些問題還需要深入探討[1]。因此，研究機械CAD/CAM課程教學模式改革是很必要的。

2 教學改革的意義

機械CAD/CAM課程中的內(nèi)容涉及多個學科的相關知識，種類煩瑣，比較復雜。其中包含計算機軟硬件知識、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)處理技術、計算機圖形學、網(wǎng)絡技術、機械設計、典型零件工藝夾具、機械制造技術基礎及數(shù)控加工編程技術等方面。因此，通過機械CAD/CAM課程的學習，要求學生主要能掌握計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助分析（CAE）、計算機輔助工藝設計（CAPP）、計算機輔助制造（CAM）等領域的基礎理論、基本操作技能和方法。這些能力將為學生今后應用計算機技術從事機械產(chǎn)品開發(fā)打下堅實的基礎[2]。

通過對現(xiàn)有機械CAD/CAM課程教學過程以及教學結果進行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1）從教師方面來說，在機械CAD/CAM課程教學中，教學方式以教師講解為主，理論知識講解過多。

2）從學生方面來說，他們覺得每一章節(jié)的內(nèi)容過于松散，聯(lián)系性不強，自己很難參與其中。

這些問題使得學生很難提起學習興趣，更不要說要將理論知識理解透徹，提高專業(yè)技能應用能力。

為了解決機械CAD/CAM課程教學過程中存在的問題，提出基于“構思—設計—實現(xiàn)—運作”（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）為基礎的項目教學法。項目教學法以一個具體的工作環(huán)節(jié)或者知識運用為起點，從具體的、局部的知識逐步擴展到全面的、比較抽象的知識。項目教學法通過對一個具體任務的剖析，讓學生在教師的指導下獨立完成參與項目相關的信息收集、設計計劃、項目執(zhí)行及結果評價的全過程[3]。

在機械CAD/CAM課程教學中使用項目教學法，可激發(fā)學生的學習興趣，提高動手和解決實際問題的能力，加強學生的團隊合作意識。讓學生自主參與與機械CAD/CAM課程有關的項目設計，盡量把學生培養(yǎng)成為理論基礎知識扎實，工程綜合實踐能力強，能參與產(chǎn)品設計制造全過程的制造業(yè)應用型人才。

在項目教學法過程中，教師不再是以前那種知識的灌輸者，變成是教學的組織者、項目和任務的引領者，而學生一直處于主體地位。在項目教學過程中，教師要指導學生運用已經(jīng)學習過的知識和新學習的知識、技能，在團隊協(xié)作的基礎上去解決過去未遇到過的一件具體的、具有實際應用價值的實際問題。當然，在這一過程中要讓學生充分體現(xiàn)出分工合作，以及每個學生獨立解決某一部分問題的能力。

3 教學內(nèi)容的設計

教學改革的基礎 在機械CAD/CAM課程開設之前，機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生已經(jīng)完成機械制圖、機械原理、機械設計、機械制造技術基礎、典型零件工藝夾具和三維軟件設計等先修知識學習。而且對于機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生來說，后續(xù)還要進行工藝夾具設計相關的實踐性環(huán)節(jié)，也就是工藝夾具的課程設計。從目前的教學過程來看，雖然大多數(shù)學生很認真地去完成相關的實踐性環(huán)節(jié)的設計過程，但是由于前期環(huán)境的局限，以及該實踐性環(huán)節(jié)中具體的考核要求限制，整個工藝夾具設計過程只是體現(xiàn)在二維圖形的繪制上。

另外，學生對于工藝夾具設計的結果如何，都是由代課教師自己評價，學生沒有參與評價過程，并不了解如何去準確評價這一設計過程和設計結果。結合學生在工藝夾具課程設計中的實際情況以及機械CAD/CAM課程的改革需求，在機械CAD/CAM課程教學過程中考慮以工藝夾具設計任務作為項目任務。工藝夾具設計任務所涉及的內(nèi)容難易程度適中，并且學生學習過相關的理論知識，對這些內(nèi)容比較熟悉。以工藝夾具設計任務作為項目任務，可以激發(fā)學生的興趣，有助于學生將前期所學的理論知識和需要提升的實踐能力相結合，也可以為將要面臨的工作打下堅實的基礎。

教學改革的內(nèi)容 選取工藝夾具設計任務作為聯(lián)系整個機械CAD/CAM課程教學過程的項目任務，可以將機械CAD/CAM課程里的主要內(nèi)容包含在其中，同時可以系統(tǒng)地、科學地且有層次地安排機械CAD/CAM課程中各章節(jié)的教學內(nèi)容和進度。機械CAD/CAM課程教學的目的，就是讓學生了解在機械行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)中如何使用計算機輔助來實現(xiàn)。所以，機械CAD/CAM課程的主要內(nèi)容涉及與機械產(chǎn)品設計開發(fā)過程相關的每個環(huán)節(jié)，如CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助分析）、CAPP（計算機輔助工藝設計）、CAM（計算機輔助制造）等。

為了克服機械CAD/CAM課程教學過程原有的一些問題，以某一個復雜零件工藝夾具設計任務作為切入點，將整個設計過程具體劃分為四個階段：所給定復雜零件的結構分析以及該零件的三維結構建模；所給定零件的加工工藝過程分析及設計；所給定零件的某一個加工工序所需要的夾具設計以及三維建模和仿真分析；對所給定零件的數(shù)控仿真加工。

在機械CAD/CAM課程教學過程中要對每一個階段項目任務的內(nèi)容再進行具體細分，并將機械CAD/CAM課程的理論教學過程與具體的設計任務相互配合。在對工藝夾具設計任務的結果進行評價過程中，為了公正、客觀及全面評價每個學生在項目任務實施過程中的作用，要讓學生了解評價的方式并參與評價過程。在各階段任務的實施過程中，要針對學生在各階段任務完成過程中遇到的問題，及時予以引導并且展開學生間的討論，對各階段任務進行教師點評，要讓學生以團隊的形式提出擬解決的幾種方案，讓學生自己評價各種方案的優(yōu)缺點，并根據(jù)實際情況選擇合理的解決方案。當然，在整個工藝夾具設計過程完成后要進行答辯，答辯的結果由授課教師給出主要評價和其余學生參與評價的方式進行。最后，參考各個階段任務的完成情況，對各團隊的項目任務實施結果給出一個綜合評價。各階段項目任務內(nèi)容及項目評價內(nèi)容如表1所示。

4 項目實施方案

為讓學生充分了解和認識機械CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢及軟件的集成，讓學生自由選取一種或幾種熟悉的軟件來實施整個工藝夾具設計過程，并進行相應的理論學習。依據(jù)所給零件的復雜程度，讓3～4名學生自由組合成一組，組內(nèi)要相互協(xié)作，組間也要相互討論，逐步實施某一個復雜零件工藝夾具設計過程中所包含的CAD、CAE、CAPP和CAM各部分內(nèi)容。

為了使學生能更好地理解項目所要完成的任務和內(nèi)容，將項目任務分配完成后，在課堂上以某一個實際零件為例，結合各章節(jié)的內(nèi)容將整個夾具設計過程融合在理論教學過程中。在每一階段任務教學過程中，以學生為主體，遇到問題先讓學生小組內(nèi)討論，再進行組間討論。教師要采用啟發(fā)式教學方式，指導學生靈活運用理論知識解決實際應用問題。各階段任務完成后，要進行展示答辯，根據(jù)教師及別的小組的意見修正。整個任務完成后進行答辯評比，提高學生合作精神以及發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力。

5 結語

以某一個復雜零件工藝夾具設計過程為項目任務，作為機械CAD/CAM教學改革實踐的一種嘗試，目的是將純理論教學與工程實踐相結合，給學生將來能更好地融入工作環(huán)境做好鋪墊。將工藝夾具設計過程引入機械CAD/CAM教學之中，使得學生對于機械CAD/CAM課程的應用場合有了更具體的認識，有助于提高學生的學習積極性和主動性，便于學生初步認識和理解如何運用專業(yè)知識去解決實際工程問題。工藝夾具設計過程在機械CAD/CAM教學實踐中的運用，可以給類似綜合性、理論及實踐性強的專業(yè)課程的教學提供一定的參考。

參考文獻

[1]曹建樹，王殿君，代峰燕，等.應用型本科“CAD/CAM”課程的教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（5）：105-107，142.

[2]羅洋.機械CAD/CAM技術課程教學改革與創(chuàng)新探討[J].教育現(xiàn)代化，2017，4（2）：62-63.

[3]康瑜.基于工程案例的CAD/CAM項目教學研究[J].中國教育技術裝備，2015（22）：163-164.