面向船舶行業特色的機械CAD/CAM課程項目化教學改革探討

何強 王筱蓉

摘要：為進一步培養新形勢下的船舶行業應用創新型人才，提出機械CAD/CAM課程項目化教學改革。首先具體對機械CAD/CAM課程教學現狀進行了分析，然后具體闡述了課程項目化改革的內容及實施，最后以船用柴油機關鍵零部件建模及虛擬仿真加工為例，給出了項目化教學方法改革的基本模式。研究成果為以工程認證為導向的機械CAD/CAM課程改革奠定了良好的基礎

關鍵詞：機械CAD/CAM；項目化；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）02-0114-02

《中國制造2025》明確提出大力推動重點領域突破發展，聚焦航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車等重點領域。作為一門隨著信息技術發展而形成的新技術，CAD/CAM技術已經被廣泛的應用在了船舶、機械、電子、航天等領域[1]。是否能夠熟練地掌握CAD/CAM理論知識并將其運用到具體的產品結合設計中去已經成為檢驗一名機械工程師是否合格的重要指標，同時也能用來衡量一個企業的綜合實力。因此，應用型高等院校機械工程類專業擔負著為《中國制造2025》的順利推進培養一大批在CAD/CAM方面有成就的人才的重要任務。

一、項目化教學改革模式的提出背景

1.教學設計缺乏與船舶行業的結合。江蘇科技大學是江蘇省內唯一的以船舶與海洋工程裝備產業為主要服務對象的行業特色型大學，機械專業本科畢業生大多進入船舶行業企業從事生產設計工作。機械CAD/CAM是一門非常重要的專業課，該課程中涉及零件二維圖紙繪制、三維幾何造型的設計、數控加工仿真等。教師在進行教學設計的過程中必然需要挑選一些實例來讓學生進行上機操作。而目前教學用例的選取比較隨意，往往偏離了船舶行業特色，使得學生錯失了通過該門課程進一步了解船用典型零部件結構特征的機會[2]。

2.理論脫離實踐，授課方式單一。機械CAD/CAM課程涉及的內容較多，但是培養方案中該課程的總課時為32課時，其中理論授課部分達到20課時。而該課程傳統的教學方式與別的課程類似，教師按照課本中的步驟講解，然后學生模仿教師進行操作，最后撰寫實驗報告。這樣的教學方式往往導致學生對課堂上的例子很熟悉，但很難做到對其他零部件進行結構分析和快速建模，并沒有真正地掌握CAD/CAM技術的核心[3]。這樣的傳統教學方式不能有效地將理論知識點和實際操作技能結合在一起，整個學習過程中學生缺少實踐環節，嚴重影響了對學生綜合應用能力的培訓。

3.操作軟件的選取不符合企業需求。隨著計算機的快速發展以及各軟件公司的激烈競爭，市場上的應用軟件種類繁多，并且很多軟件的功用均有一定程度的交叉。目前課程會涉及二維繪圖軟件Auto CAD、三維制圖軟件Solidwork、數控加工仿真軟件Mastercam及有限元分析軟件Abaqus。走訪中船集團部分企業的調查結果顯示：在我校傳統教學過程中，有關操作軟件的選擇并沒有和企業的需求緊密結合，導致學生走向工作崗位后，需要去學習新的軟件，不能很快地適應企業的工作節奏，大大降低了工作效率。

二、課程項目化改革內容及實施

1.教學設計研究。我校在科研項目方面歷來和中船重工及中船工業相關下屬研究所及企業保持密切聯系，充分利用學院科研項目資源，整合出部分適用于本科教學的項目案例。在教學設計時，讓學生結合某些船舶關鍵零部件來進行學習和探究，進而完成一系列的任務。通過項目學習來培訓學生對理論知識的綜合運用能力，有利于幫助學生對整體知識的把握。在具體教學過程中，可以根據項目的實際復雜程度拆分成若干個子課題，讓學生根據自己的興趣去選擇

2.豐富授課模式。打破傳統的授課模式，不再單純依靠授課教師的講解。在學生完成相關上機作業后，讓他們自己走上講臺去作報告，闡述自己是如何一步一步進行產品的設計、工藝的規劃等。這樣不僅鍛煉了學生的口頭表達能力，同時也能讓他們進一步加深對所學知識的理解。

3.深入了解用人單位的技術需求。鼓勵一線教師走出校門，走向企業，去了解企業用人單位對所在專業畢業生的真正需求，根據企業的需求去培養學生的專業能力。選擇一些相對較新、企業正在使用的軟件來教學生，這樣能夠調動學生的學習積極性，同時使得學生在學習的過程中做到有的放矢。

三、項目化教學改革實例——船用柴油機關鍵零部件建模及虛擬仿真加工

1.教學設計?？紤]到我校是省內唯一的以船舶與海洋工程裝備產業為主要服務對象的行業特色型大學，機械專業本科畢業生大多進入船舶行業企業從事生產設計工作，因此在設計項目化教學改革方案時，以某型號船用柴油機為研究對象，考慮到柴油機結構復雜，教師在授課前需對其進行合理的結構簡化，選取6個關鍵零部件，即活塞、曲軸、連桿、排氣門搖臂、進氣門搖臂和氣缸蓋。機械制造專業2016級單個班級學生為42名，將學生分為6組，每組選擇1個關鍵零部件作為項目研究對象。

2.具體實施步驟。在整個教學實施環節，每小組同學以各自的關鍵零部件為對象，完成以下任務：（1）根據教師提供的圖紙，利用三維建模軟件UG對船用柴油機關鍵零部件進行三維建模，并撰寫相應的實驗報告，闡述建模思想和建模過程，提交實驗報告一份。（2）根據所建立的三維模型，利用UG軟件生成關鍵零部件的二維草圖，并根據繪圖要求完善部件圖紙繪制。（3）將自己所在組建立的關鍵零部件與其他組建立的關鍵零部件裝配在一起，生成相應的爆炸視圖，并運用干涉分析來檢查零件干涉情況。（4）對關鍵零部件進行機加工工藝分析，確定其加工方法、加工順序等，擬定關鍵零部件的工藝卡片。（5）結合已擬定的工藝卡片，運用UG軟件，合理確定加工工藝、加工參數，完成各關鍵零部件的數控加工刀具軌跡的生產，為進一步生成數控加工G代碼做準備，提交實驗報告一份。（6）調用步驟（5）得到的各關鍵零部件的G代碼，利用上海宇龍數控仿真軟件及數控機床操作相關知識，完成各關鍵零部件的仿真加工過程，驗證各種數控加工方法及加工參數優劣，完成加工方法及加工參數的優化。（7）進入中船動力有限公司車間，在生產師傅的指導下，在實際機床上完成1—2個關鍵零部件的加工，對比實際加工和仿真加工的區別，進一步優化所選用加工方法及加工參數。

3.評價考核方式。按照工程教育認證中機械CAD/CAM課程教學目標的相關要求，在項目化教學改革中不僅注意學生對理論知識點的掌握程度，更加要關注學生運用所學知識去解決復雜工程問題的能力。采用上機操作、實驗報告和答辯相結合的方法，教師可將總分合理分配到項目化教學過程的每個節點，將考核成績綜合考慮，作為期末評定學生最終成績的依據。

四、結語

針對目前機械CAD/CAM教學現狀存在的部分問題，提出機械CAD/CAM課程項目化教學改革，然后具體闡述了課程項目化改革的內容及實施，最后以船用柴油機關鍵零部件建模及虛擬仿真加工為例，給出了項目化教學方法改革的基本模式。課程項目化的改革有利于培養面向符合新形勢下的船舶行業應用創新型人才。研究成果可以為以工程認證為導向的機械CAD/CAM課程改革奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]王筱蓉，姜根柱.“CAD/CAPP/CAM基礎”教學研究與探索[J].中國電力教育，2012，（7）：56-57.

[2]邢陽陽，馬冬梅.“機械CAD/CAM”課程教學改革與探索[J].山東工業技術，2016，（20）：257.

[3]周煜，陸萍.高職院?！按癈AD/CAM”課程改革探究[J].南通航運職業技術學院學報，2011，10（2）：125-128.

Abstract：In order to further train innovative talents in ship industry under the new situation，the project teaching reform of mechanical CAD/CAM course is put forward.Firstly，this paper analyzes the present teaching situation of mechanical CAD/CAM course，then expounds the content and implementation of the course project reform，and finally takes the modeling and virtual simulation of the key parts of marine diesel engine as an example.The basic mode of the reform of the project teaching method is given.The research results have laid a good foundation for the reform of mechanical CAD/CAM course guided by engineering certification.

Key words：mechanical CAD/CAM；project；teaching reform