CAX技術(shù)與高職機械基礎(chǔ)課程融合研究

隨著“十三五”規(guī)劃的實施和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革推進，數(shù)字化設(shè)計、制造技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛深入。以CAD、CAE、CAPP、CAM等為代表的CAX技術(shù)，是數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。新時期，高職院校要在有限的教學(xué)條件下培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力， CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合是必須的，也是大勢所趨。

一、CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程關(guān)聯(lián)性分析

機械基礎(chǔ)課程也稱專業(yè)基礎(chǔ)課，包括機械制圖、機械制造基礎(chǔ)、機械設(shè)計基礎(chǔ)等課程。目前，高職機械類專業(yè)一般都開設(shè)了計算機二維繪圖、機械CAD/CAM等CAX課程，然而這些課程的教學(xué)偏重軟件學(xué)習(xí)和操作，與其他專業(yè)課橫向聯(lián)系不夠，不利于學(xué)生對CAX技術(shù)深入理解、掌握和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)動力不足。同樣，基礎(chǔ)課教學(xué)也未充分關(guān)聯(lián)CAX技術(shù)，學(xué)生已習(xí)得的CAX技術(shù)得不到應(yīng)用和提升。待到工作需要用軟件進行實實在在的設(shè)計時，常常一籌莫展，無從下手。即使經(jīng)過一段時間痛苦適應(yīng)、摸索，設(shè)計出的東西可能還是漏洞百出，要么設(shè)計方案不佳，要么可制造性太差。筆者分析，上述現(xiàn)象主要是因為學(xué)校教育偏重于學(xué)科知識體系教學(xué)，而非按照工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)來組織教學(xué)，未將CAX技術(shù)與專業(yè)課程充分融合。

二、CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合策略

1.教材融合

CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程的融合、推廣離不開教材建設(shè)。機械制圖、計算機二維繪圖、三維機械設(shè)計三門課程都與繪圖有關(guān)，可融合為數(shù)字化機械制圖課程。3D模型能輔助學(xué)生對投影圖的理解，發(fā)揮學(xué)生的空間想象力。3D裝配圖、爆炸圖能幫助學(xué)生從裝配角度考慮設(shè)計。3D圖轉(zhuǎn)工程圖能提高學(xué)生識讀、制作工程圖能力，加強學(xué)生對設(shè)計規(guī)范、國家標(biāo)準的掌握。故在新機械制圖教材中，引入三維設(shè)計軟件的基本操作、裝配圖、爆炸圖畫法、計算機工程圖制作、標(biāo)注、BOM制作等內(nèi)容。通過課程整合，將三維圖、二維圖和制圖理論有機結(jié)合，縮短了總課時量，提升了教學(xué)效率，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和計算機繪圖能力。

“機械制造基礎(chǔ)”課程涉及金屬工藝學(xué)、公差配合與技術(shù)測量、金屬切削原理、機械制造工藝學(xué)和機床夾具設(shè)計等多學(xué)科內(nèi)容，綜合性、實踐性強。高職學(xué)生理論基礎(chǔ)、空間想象力、學(xué)習(xí)定力都較薄弱，該課程更需融合CAX技術(shù)進行教學(xué)。通過CAD軟件建模技術(shù)展現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)如鑄模、沖壓模等。通過CAE軟件動態(tài)模擬金屬壓力加工變形過程。通過CAPP軟件模擬企業(yè)工藝部門工作過程，并對典型零件編制工藝文件，再通過CAM軟件規(guī)劃走刀路徑、模擬金屬切削過程和自動編程。對于公差配合與技術(shù)測量部分的教學(xué)，可以借助CAD軟件構(gòu)建測量模型，包括被測設(shè)備、測量治具、檢具等，再通過軟件動畫功能示意測量過程。因此，在新教材中增加三維軟件繪制的模具結(jié)構(gòu)圖、金屬塑性成型應(yīng)力應(yīng)變分布云圖、形位公差測量模型圖、有限元基本理論、CAE軟件基本操作和工程分析案例、CAPP軟件操作和工藝文件編制方法、CAM軟件操作和自動編程方法等。CAX技術(shù)與機械制造基礎(chǔ)課程融合，展現(xiàn)了現(xiàn)代制造技術(shù)和工程實踐情境，使枯燥、抽象的機械理論、知識、不得見的設(shè)備和結(jié)構(gòu)、測量過程等形象地呈現(xiàn)出來，幫助初次接觸專業(yè)學(xué)生快速融入專業(yè)學(xué)習(xí)中，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，增加學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)創(chuàng)新思維。

“機械制造基礎(chǔ)”課程涵蓋工程力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計等內(nèi)容，兼具理論性和實踐性。該課程主要解決機構(gòu)運動規(guī)律、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸設(shè)計、選材等問題。一個完整、快速、合理的機械設(shè)計離不開眾多CAX技術(shù)的應(yīng)用。三維模型能更清晰地表達零件形狀、裝配關(guān)系、干涉和間隙分析、實現(xiàn)機構(gòu)運動仿真，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。將三維模型轉(zhuǎn)換為標(biāo)準格式導(dǎo)入CAE軟件，施加邊界條件等，模擬分析系統(tǒng)受力和變形情況，優(yōu)化設(shè)計。最后對設(shè)計零件采用CAM軟件模擬加工和自動編程。在新教材中可引入CAD軟件機構(gòu)運動仿真方法、裝配干涉和間隙分析方法、結(jié)合設(shè)計的CAE工程分析案例、CAM制造案例。CAX技術(shù)與機械設(shè)計基礎(chǔ)課程融合，能顯著提高教學(xué)質(zhì)量，鞏固和提高學(xué)生的數(shù)字化設(shè)計、制造能力、創(chuàng)新能力，學(xué)生畢業(yè)后能更好、更快地適應(yīng)設(shè)計等工作。

2.教學(xué)融合

真正掌握CAX技術(shù)，不是依賴于幾門獨立開設(shè)的CAX課程，不是僅僅停留在軟件操作上，CAX技術(shù)必須以工學(xué)結(jié)合的形式滲透到所有專業(yè)課的教學(xué)中，結(jié)合工程實踐，讓學(xué)生自己動手操作。

融入CAX技術(shù)的機械基礎(chǔ)課程采用基于任務(wù)的項目化教學(xué)方式。理論教學(xué)和上機操作主要安排在安裝有CAX軟件的信息化機房，輔以CAI課件、多媒體、板書、教具、現(xiàn)場演示或基于網(wǎng)絡(luò)視頻直播企業(yè)現(xiàn)場操作，并結(jié)合CAX軟件動態(tài)呈現(xiàn)機構(gòu)運動規(guī)律、機器拆裝過程、金屬壓力加工變形過程、幾何量測量方法、工藝文件自動編制和零件模擬加工過程等。實操訓(xùn)練分為單項訓(xùn)練和綜合訓(xùn)練，根據(jù)具體任務(wù)，可在計算機上或?qū)嵱?xùn)室完成。以機械設(shè)計基礎(chǔ)課程為例，單項訓(xùn)練可以讓學(xué)生設(shè)計一個單功能的機構(gòu)，如彈簧自動復(fù)位球閥機構(gòu)。學(xué)生用三維軟件設(shè)計模型并進行運動學(xué)仿真，分析設(shè)計合理性等。綜合訓(xùn)練指學(xué)生完成整個設(shè)計、加工過程，即用CAD軟件設(shè)計，CAE軟件分析受力情況，CAPP軟件編制工藝，再通過CAM軟件自動編程，并將生成的可執(zhí)行代碼文件輸入到機床，完成零件加工、組裝和驗證。

新課程內(nèi)容廣博、實踐性強，僅靠有限的教學(xué)學(xué)時很難達到好的教學(xué)效果，甚至教學(xué)任務(wù)也很難達成。采用以學(xué)生為中心的混合式學(xué)習(xí)法，將線上課堂學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)、集中答疑相結(jié)合。課件提前放在網(wǎng)上，學(xué)生隨時學(xué)習(xí)，碰到不懂之處可以查閱資料、進行朋輩交流，也可以參加定期的線上和線下答疑。線上答疑可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺，如微信平臺等。為增強學(xué)生學(xué)習(xí)主體性、表達能力、團隊意識和學(xué)習(xí)信心，采用異質(zhì)分組教學(xué)，按組完成任務(wù)和提交作品，教師多創(chuàng)造機會訓(xùn)練學(xué)生的表達能力。

為貼近真實的工程環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)工程意識，可組織學(xué)生去企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，了解企業(yè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化發(fā)展的應(yīng)用情況，了解相關(guān)崗位職責(zé)，提高學(xué)習(xí)動力。加強產(chǎn)學(xué)研合作，選取企業(yè)項目作為教學(xué)案例或任務(wù)。

在教學(xué)師資上，采用以雙師型教師為主、企業(yè)專家為輔的教學(xué)模式。以CAX技術(shù)大講堂作為第二課堂，定期邀請企業(yè)專家或優(yōu)秀校友分享CAX技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。構(gòu)建新課程與專業(yè)社團、大學(xué)生科技競賽、技能考證一體化平臺，形成學(xué)CAX、用CAX氛圍。任課教師擔(dān)任平臺指導(dǎo)教師，既可以將CAX技術(shù)應(yīng)用于實踐，又可以了解學(xué)生在CAX技術(shù)上的薄弱之處，提高教學(xué)水平和專業(yè)技能。通過平臺的人才梯隊建設(shè)，培養(yǎng)一批批懂CAX技術(shù)的專業(yè)人才，薪火相傳，以點帶面，促進CAX教學(xué)。

3.教學(xué)評價研究

教學(xué)評價對教學(xué)起到導(dǎo)向作用。CAX技術(shù)重在應(yīng)用，新課考核內(nèi)容除對基本理論、知識的掌握外，還包括利用CAX技術(shù)完成實際項目的能力?？己诵问桨üP試、上機操作、動手操作。教學(xué)評價將過程性評價和結(jié)果性評價相結(jié)合。過程性評價包括CAX技術(shù)應(yīng)用能力、表達能力、人際團隊能力、職業(yè)精神等。結(jié)果性評價包括工程技術(shù)知識掌握情況、分析推理能力、最終作品質(zhì)量等。教學(xué)評價主體包括教師評價、自我評價、生生評價、企業(yè)專家評價、專業(yè)社團評價等。

三、CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合面臨的問題

CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課融合符合工程實踐需要，然而兩者融合的研究與實踐還處于起步階段，面臨諸多的理論和現(xiàn)實問題。

兩者融合不是簡單的拼湊，而是自然的融合。首先，要明確CAX技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，教材編寫要緊扣該目標(biāo)，且要有教學(xué)和工程實踐經(jīng)驗作支撐。教材內(nèi)容要突出CAX技術(shù)的最新應(yīng)用，教材組織和教學(xué)要符合高職學(xué)生接受特點。任課教師既要懂機械理論，又要有豐富的CAX實踐經(jīng)驗，且針對不同層次的學(xué)生能制定不同的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)評價體系。其次，線下學(xué)習(xí)質(zhì)量如何保證、CAX技術(shù)社團如何有效運作、如何調(diào)動師生參與一體化平臺建設(shè)的積極性及一體化平臺內(nèi)部如何互動、產(chǎn)學(xué)研合作形式等。此外，在硬件方面，需要購買網(wǎng)絡(luò)版的CAX軟件，需要足夠的信息化機房，電腦硬件配置要高，教學(xué)學(xué)時要盡量多。要解決這些問題，需要系統(tǒng)規(guī)劃包括制度保障、教材建設(shè)、實訓(xùn)室建設(shè)、一線教師的努力配合等。

與CAX技術(shù)、信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的機械技術(shù)將助力中國制造向智能制造轉(zhuǎn)變，加快推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，為我國人工智能的發(fā)展奠定基礎(chǔ)和保障。CAX技術(shù)與高職機械基礎(chǔ)課程的融合，將有效提高教師自身的專業(yè)水平、教學(xué)水平和學(xué)生的創(chuàng)新能力、就業(yè)質(zhì)量及職業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。兩者的融合是系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌規(guī)劃師資、教材、教學(xué)、硬件配置、產(chǎn)學(xué)研合作等。

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