機械CAD/CAM技術課程教學改革與創(chuàng)新探討

喬東平 李 浩 羅國富 馬 軍

(鄭州輕工業(yè)學院 機電工程學院，河南 鄭州 450002)

CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer Aided Manufacturing)概念形成于20世紀50年代末60年代初，經過近50多年的發(fā)展，已經被廣泛地應用于制造的設計和制造過程中，其應用水平已經成為衡量一個企業(yè)技術水平和綜合實力的重要標志[1]。因此掌握CAD/CAM技術已經成為各類工程技術人員的基本要求，培養(yǎng)具備CAD/CAM技術的各類優(yōu)秀人才也成了高等院校機械專業(yè)教學的重要任務，目前CAD/CAM技術課程是機械工程專業(yè)重要的基礎課程之一。

目前很多高校的CAD/CAM技術課程教學還不能滿足企業(yè)對人才的需求。一方面企業(yè)需要能夠在生產一線從事設計、制造、檢測等的工程應用型人才，具備能夠應用相關技術解決實際工程問題的動手能力[2];另一方面很多學校的CAD/CAM技術課程教學通常采用傳統(tǒng)的“以教師講授為主”的教學方式，缺少課堂教學理論與實踐相結合的機會，導致學生學習興趣不高，實踐能力較差。因此如何在注重理論教學的基礎上對CAD/CAM技術課程進行改革和創(chuàng)新，增加學生實踐機會，提高動手能力是目前CAD/CAM技術課程教學中急需解決的問題。

1 CAD/CAM技術課程介紹

CAD/CAM技術涉及的內容十分廣泛，從課程題目來看主要包括計算機輔助設計和計算機輔助制造兩方面的內容，但在實際應用中涉及從產品概念設計到最終產品報廢整個過程，包含更多的內容，如計算機輔助工藝過程設計(Computer Aided Process Planning CAPP)等。其內容可以概括為應用計算機技術輔助人們進行產品設計、分析、制造過程的綜合性技術，貫穿于產品的全生命周期。課程的目的是在已經學習過“計算機應用基礎”、“計算機輔助繪圖”、“機械制造基礎”、“數(shù)控技術”等課程的基礎上，系統(tǒng)學習計算機在設計和制造中的應用和開發(fā)技術，使學生建立計算機在機械工程領域應用的整體概念，開闊學生的思路，培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力。

目前CAD/CAM技術已經成為反映機械專業(yè)領域前沿的重要專業(yè)基礎課程，包容了現(xiàn)代機械工程領域的整個技術體系，能夠為學生提供更加廣泛的專業(yè)視野，為學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供保障和途徑。一般來說，CAD/CAM技術課程的教學對象是高年級本科生和研究生，但是伴隨著CAD/CAM技術應用的日益廣泛，該課程也成為高職類院校的重要課程。

2 CAD/CAM技術課程教學改革和創(chuàng)新的內容

2.1 教學內容改革和創(chuàng)新

伴隨著應用的深入和軟硬件水平的不斷提高，CAD/CAM相關的理論、方法和技術也得到了提升，其內涵和外延技術都在不斷更新，相對于其它課程而言，其新內容的更新較快[3]。但是目前的教學通常以講授教材內容為主，而且所選用的教材通常是基于上世紀九十年代末的技術編制的，一些先進的理論、方法和優(yōu)秀軟件沒有在教材中體現(xiàn)，教材內容跟不上主流技術的發(fā)展，因此對CAD/CAM技術的教學內容進行改革和創(chuàng)新，剔除過時、陳舊的內容，補充與技術發(fā)展趨勢一致的新內容是必要。

首先在實際教學中，要結合課程教學目的，圍繞提高學生實踐能力的目標，采用目前國際主流的高端軟件作為教學和實踐平臺，如 Tecnomatix Plant Simulation、CAXA、UGNX、Pro/E、Solidworks、MastaCAM、ANSYS等，使相關理論能夠以直觀的形式展現(xiàn)給學生，如Pro/E系統(tǒng)擅長參數(shù)化設計，在相關理論教授時，就盡量采用Pro/E進行演示;其次在演示環(huán)節(jié)，教師可以結合自己的科研實踐向學生展示一些復雜的實例，也可以結合日常生活中的產品，如手機、相機外殼等進行展示，由學生操作設計自己理想的產品外型，提高學生的參撾度，這些都可以激發(fā)學生的學習興趣;另外在教學過程中可以圍繞某一個主題，如三維數(shù)字化模型在產品全生命周期中的應用，教師和學生共同探討目前的發(fā)展趨勢、研究和應用現(xiàn)狀，并就獲取的資料展開討論，通過學生的參與加深對目前技術發(fā)展的理解，同時也實現(xiàn)教學互長;在保持教學內容完整的基礎上根據(jù)技術的發(fā)展調整教學內容的重點，如CAD技術成熟度已經很高，并且商用軟件很多且功能強大，對這部分內容要理論和應用技術并重，而對于計算機輔助工藝設計相關內容，目前技術的發(fā)展與理論研究有較大的差距，商用軟件成熟度低，因此要側重于理論教學，激發(fā)宴生思考。

2.2 教學方法改革和創(chuàng)新

目前CAD/CAM技術的教學通常以灌輸式的講授為主，內容主要是產品設計、建模、數(shù)字化制造和管理相關的理論和方法，學生不可避免的感到枯燥，沒有學習興趣。因此需要進行教學方法的改革和創(chuàng)新，突出學生的主體意識和個性，培養(yǎng)學生的參與意識，主動投入到課程學習中來。

首先CAD/CAM技術的理論教學要融入到實踐教學中，多采用實踐教學法，增加實踐課的學時，讓學生結合實例去理解相關的理論，并運用相關理論去指導教學中的實踐環(huán)節(jié)，加深對理論的理解。在實踐環(huán)節(jié)，根據(jù)學生掌握的情況，對于同一類型的實驗安排不同難度的項目，學生根據(jù)自己掌握的程度選擇適當?shù)膶嶒烅椖?，有些項目可能僅靠講授的內容還不能完成，要學生重新查找資料或團隊協(xié)作才能解決問題，通過動手解決問題，讓學生感到學習的快樂，實現(xiàn)掌握知識從量變到質變的飛躍。

其次由于CAD/CAM技術涉及的內容多且不斷發(fā)展，由于研究領域的不同，單個教師很難對相關的內容全部熟悉并能夠跟蹤最新的技術發(fā)展，如CAD版本的更新，新特性的出現(xiàn)等。因此在實際教學中，根據(jù)教學內容的重點不同，由不同研究領域的教師講授相關的內容，教師一方面可以結合自己的理解和研究實踐講解相關的理論，同時也可以將自己最新的研究成果展示給學生，讓學生了解相關技術發(fā)展的趨勢，激發(fā)學習興趣。同時參與教學的教師要結合實際講一些相關技術的難點和發(fā)展趨勢，鼓勵學生充分利用網絡資源查找相關資料進行深入的了解，提升學生通過網絡獲取學習資料的能力。

另外要加強信息技術手段在教學中的應用。目前大部分教師都使用多媒體課件教學，但是應用的程度有差異。對于CAD/CAM技術課程來說，很多教師主要是采用PPT進行課程內容的展示，應用還比較簡單。在實際教學中要把包括視頻、PPT、動畫、軟件演示等在內的現(xiàn)代化教學手段進行綜合應用，使課堂教學能夠給學生更多的信息，如對于一些簡單的建模實例，可以通過軟件演示的方式直接展示給學生，而對于一些復雜的裝配仿真過程，可以事先錄像，通過視頻播放的方式展示。通過信息技術的充分應用，把教學時間主要集中于重點內容的分析，并且直觀的展示各種過程，幫助學生從動態(tài)直觀中得出結論，有利于學生對課程內容的理解，從而明顯提高教學效果。

2.3 與實踐教學的結合

為了培養(yǎng)學生的實踐能力，機械工程專業(yè)在四年的本科教學中安排了眾多的實踐環(huán)節(jié)，如金工實習、各種課程設計、工廠實習和畢業(yè)設計等。這些實踐環(huán)節(jié)的內容通常都會涉及到零部件設計和制造相關的內容，部分還會涉及到產品或是系統(tǒng)的設計和制造。目前這些實踐環(huán)節(jié)通常要求學生進行二維設計，圖紙要手工繪制，基本沒有應用CAD/CAM技術，也不符合目前企業(yè)的實際設計模式。為了提高學生的CAD/CAM技術實踐能力，在保證基本功訓練的前提下，可以在實踐環(huán)節(jié)中增加CAD/CAM技術的應用，比如零部件的設計采用三維模型代替二維圖紙，加工過程采用計算機編程、模擬，系統(tǒng)的設計可以增加計算機仿真驗證等。這一方面對學生掌握的CAD/CAM技術進行應用，提高了學生實際解決問題的能力，同時也讓教學過程與企業(yè)的實際運行更加接近，培養(yǎng)的人才更能滿足企業(yè)需要。

另外從事CAD/CAM技術相關領域研究的教師可以把科研課題進行分解，形成一些本科生能夠完成的子課題，在實踐教學環(huán)節(jié)，學生可以根據(jù)自己的興趣和知識掌握情況，選擇相應的子課題進行實踐，相關的教師進行指導，學生通過自己的努力獲取資料并制定方案。在此教學過程中要注重發(fā)揮學生的主動性和潛能，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，教師主要起方向把握和適當引導的作用。通過這樣的實踐，學生可以有針對性的帶著問題深入進行理論和實踐學習，同時也培養(yǎng)了學生解決實際問題的能力，加強了其創(chuàng)新和協(xié)作意識。

3 確保CAD/CAM技術課程教學改革和創(chuàng)新成功的因素

首先要建立平等與民主的師生關系，在CAD/CAM技術教學過程中，教師和學生之間要相互尊重、信任。CAD/CAM技術中的新技術、新系統(tǒng)和新方法不斷出現(xiàn)，學生在充分發(fā)揮主觀能動性的情況下，可能會掌握或了解教師還沒有了解的知識，此時教師不能以權威自居，更不應該對學生表現(xiàn)出輕視，學生也不能唯教師為權威，要給學生獨立思考和表達見解的機會，師生之間通過平等地進行交流和溝通實現(xiàn)教學互長。另外如果個別學生已經熟練掌握了一些技術，要給他們機會與大家分享學習的過程、方法和對技術的理解，從學習方法上實現(xiàn)共享，從而有更多的學生獲益。

其次要對考試進行改革，通過有效考核方式調動學生學習的積極性。在CAD/CAM技術課程的考核中增加實踐考核的內容，實現(xiàn)理論考核與實踐考核相結合，學生平時參與的所有與CAD/CAM技術運用的實踐環(huán)節(jié)都計入課程成績，這些實踐可以是課程的實驗，也可以是參與的教師科研項目或學科競賽。由于考核貫穿于平時的實踐過程中，學生學習的目的性較強，可以根據(jù)實際需要認真學習并掌握需要的CAD/CAM技術，并提高運用所學知識分析和解決問題的能力，增強學生的適應能力，從而使得該課程的教學目的得到更好的實現(xiàn)。

4 結束語

CAD/CAM技術是數(shù)字化、信息化制造技術的基礎，是實現(xiàn)信息化和工業(yè)化融合的重要支撐技術，因此通過課程改革和創(chuàng)新使學生更好的掌握CAD/CAM技術，提高人才培養(yǎng)的質量，滿足行業(yè)和社會對人才的需要是目前機械工程專業(yè)急需要解決的問題之一。

[1]寧汝新，趙汝嘉.CAD/CAM技術M，第二版，北京：機械工業(yè)出版社，2005

[2]祁衛(wèi)華，夏軍英.CAD/CAM/CAE課程教學改革探討J.成都教育學院學報，2006，20(8)：76-78

[3]曾文瑜.CAD/CAM課程項目教學改革探討J，昆明冶金高等專科學校學報，2012，28(5)：82-84