計算機輔助機械設計教學改革探析

李中凱++洪兆溪

摘 要：“計算機輔助機械設計”是機械制造及自動化專業一門重要的專業課。針對當前該課程教材內容過多與實踐教學薄弱等問題，文章從教學內容和教學形式兩方面入手，提出了改進計算機輔助機械設計教學的途徑。

關鍵字：計算機輔助機械設計；教學改革；途徑

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）11-0003-02

一、課程簡介和現存問題

“計算機輔助機械設計”是一門新興學科，把計算機的高速運算、快速繪圖、記憶與邏輯判斷，以及圖形顯示等強大功能融入到機械設計過程中，可以有效減輕設計人員的體力勞動，縮短設計周期和提高產品質量[1]。通過這門課的學習，“機自”專業的學生可以通過計算機完成制圖建模、信息存儲和仿真分析等一系列工作，強化自身的機械設計能力和問題分析能力。但是當前這門課的教學中存在一些問題，教學效果有待改善。其主要問題表現在以下兩個方面。

（一）教材結構不合理，軟件版本滯后

“計算機輔助機械設計”是一門綜合性很強的技術基礎課，涉及數據結構、計算機圖形學、機械設計、計算機軟件與程序設計等多個學科的相關知識?，F有教材內容包括工程數據處理、CAD圖形技術、幾何造型技術和產品集成設計技術等，信息量過大且重點不夠突出。如果將教材中的知識全部講透，課時不夠。在課程內容多、課時較少的情況下，如果不能有力地突出重點，就會顯得各個章節平淡無趣，學生很難獲得出彩的學習體驗，從而影響了教學效果。同時，教材使用的一部分輔助設計軟件版本的落后，使學生不能及時補充本行業的新興內容，難以適應以后的工作崗位。

（二）教學形式單一，實踐教學薄弱

“計算機輔助機械設計”的課程教學由理論教學和實踐教學兩個環節組成，目前以教師講授、演示，學生記憶及跟練為主。理論教學包括教師講授、演示和學生記憶。在實際教學中，雖然教師們努力采用圖文并茂等授課方式來增加課堂學習的趣味性，但是仍然難以長時間吸引學生的注意力，學生還是感覺學習枯燥乏味，當然這與課程內容覆蓋面過大也有一定關系；實踐教學部分基本只有學生跟練，分量過輕且經常講練脫節，學生學到的理論知識無法通過動手操作得到及時有效的檢驗和鞏固。絕大部分課程實踐都是學生個人操作，缺乏團隊協作鍛煉。同時，實踐教學環節的題目供給也不充足，經常出現多個學生的題目完全重復的情況，容易造成學生相互借鑒和相互依賴，不利于學生獨立思考。

二、課程教學改革的途徑

（一）教材內容的改革

1.調整取舍與及時更新教材內容。以機械行業對人才技能的需求為導向對教材進行調整取舍并突出重點，使學生能通過有限時間內的課堂學習，掌握教材中的重點知識與關鍵技能[2]。比如當前機械行業比較重視從業人員的二維制圖、三維造型、動力學分析和有限元分析等能力，在教材中就要把這些知識作為重點詳細介紹。對難度相對過高而應用頻率較低的知識點，如CAD的計算機圖形學核心、工程數據管理技術等，可以適當刪去或簡要介紹。

此外，“計算機輔助機械設計”是一門尚在發展中的高新技術[3]，尤其是關于建模、仿真以及集成技術等方面的研究日新月異。為適應科學技術水平及人才培養目標的需要，教材內容要推陳出新，實現知識點的與時俱進。比如，我國政府現在越來越重視環境保護并逐步加強了環保裝備制造業的政策導向[4]，在教材中就應該適當添加環境意識機械產品設計的版塊。在教材的總體安排上要以工程應用為背景，以新理論與新技術為重點，探討本學科發展的前沿性問題，從而讓學生看到本學科在內容上的時代性和先進性，激發學生學習熱情。

2.加強教材中的設計實例。由于本課程的理論內容較多且有一定難度，學生學習容易感到吃力和乏味。為提高學生的學習信心，要在教材中注重講解運用相關知識解決機械行業常見問題的方法與實例，讓學生意識到自己完全可以使用這門課中的知識去解決實際問題。例如，現在大量的設計工作都是對原來設計好的圖形進行修改。如果每次修改數據都需要對原來設計好的整個圖形進行重新設計，無疑會造成人力物力的浪費。這一問題就可以通過學生借助本課程的相關知識進行解決， 其解決途徑之一就是對三維建模軟件進行二次開發，比如利用VB對SolidWorks進行二次開發[5]。這種經過二次開發的軟件可以很好地處理由于圖形尺寸變化而引起的圖形變化，設計人員只需要重新輸入所需設計的尺寸或者其他的驅動參數就能夠完成重新建模，無須重復其他步驟。在二次開發的SolidWorks軟件中，某管件的參數化設計界面就如圖1所示。在教材中講解這類方法的實現步驟，使學生可以重現解決方案，就可以提高學生的學習信心。

圖1 管件的參數化設計界面

（二）教學形式改革

1.課堂理論教學與學生上機操作相結合。由于本課程對學生的空間想象力有一定要求，涉及的計算機軟件也較多，依靠單純的上課講解很難收到理想的教學效果。所以在教改中要求理論教學采用課堂講解與上機操作相結合的方法，即教師在機房利用投影儀授課并跟蹤布置學習任務，學生一邊聽課一邊在計算機上動手操作完成這些任務。學生帶著任務去學習，在完成任務的過程中自主地探求知識、獲取知識和運用知識，由被動變主動，在課堂上就可以對所學的知識產生直觀印象并及時發現問題。教師也可以就學生課堂上遇到的問題及時進行有針對性的講解，提高學生對知識的掌握程度。這種理論教學形式把原來教師單方面的講解變成了教師引導學生循序漸進地完成一系列“任務”，顯著提高了師生互動程度，實現“教、學、做”融為一體。

2.豐富實踐教學形式，開展學生小組設計比賽與實戰訓練。“計算機輔助機械設計”傳統的實踐教學環節基本以學生課后跟練為主，形式單一且分量較弱，所以需要豐富實踐教學的形式，比如開展學生小組設計比賽等。

開展學生小組設計比賽要求教師把全班學生劃分成若干組，教師在每次完成階段性理論教學內容后，以該階段學習內容為主題，組織學生開展小組設計比賽。各組學生在規定的時間內完成自己的作品，選出小組代表向全班學生進行展示和講解。然后教師引導所有學生一起點評每組作品，并選取優秀作品進行展覽。圖2就是一個所選取的優秀學生作品。

學生小組比賽有利于鍛煉學生的協調合作能力，比賽中的優秀作品展覽更可以給學生提供一個表現自我的舞臺，鼓勵學生大膽嘗試，讓學生有更大的想象和發揮的空間。

除此之外，還可以開展實戰訓練等項目，把計算機輔助機械設計與工廠實際仿真分析需求相結合，增加廣大學生的責任感和事業心。比如近年來機械制造業經常運用凸輪機構，很多工廠需要對不同的凸輪機構進行分析。教師就可以選取某工廠生產的凸輪機構為研究對象，帶領學生運用輔助軟件進行位移等的有限元分析，如圖3所示。

圖3 凸輪位移云圖

在“計算機輔助機械設計”的教改探索中，發現該課程教材內容覆蓋面過大，部分輔助軟件陳舊，課堂上的師生互動程度較低和實踐環節薄弱等問題，在教改中采取精簡教材內容、更新軟件和增添實例等措施完善教材，采取課堂教學結合上機操作、開展學生小組比賽與實戰訓練等措施豐富教學形式。實踐證明，教改有效地調動了學生學習的主動性，激發了學生大膽設計的熱情，增加了學生動手操作的機會，提高了教學質量，特別是其中增加設計實例的措施有效增強了學生學習的信心，調動了學生學習的積極性。但是計算機輔助機械設計是一門不斷發展的學科，教師們需要緊跟學科前進的步伐，在教改道路上長期堅持不懈地努力。現在節能環保的觀念深入人心，教師們在以后的教改中要更加重視引領學生運用計算機技術節約機械設計過程中消耗的資源能源，減輕環境污染。

參考文獻：

[1]康海霞.計算機輔助設計技術在機械產品中的應用探討

[J].裝備制造技術，2014，（6）.

[2]霍彤，余群.“計算機輔助設計”課程教學改革與實踐

[J].科技世界，2015，（6）.

[3]袁媛.機械CAD的應用歷史、現狀與發展趨勢[J].湖南

農機，2014，（1）.

[4]趙俊.環保裝備制造業政策導向逐漸加強[J].產業經

緯，2013，（3）.

[5]秦燕等.基于SolidWorks零件曲線參數化設計系統的

研究[J].機械設計，2015，（1）.