機械CAX類課程的生產項目式創新性教學的研究與實踐

曹申+周軍

摘要：在高校應用型發展思路的指導下，為解決機械專業學生就業的社會高需求與學生能力欠缺的矛盾，提升人才培養質量，以機械CAX類應用型課程為例，提出基于CDIO理念的生產項目式創新性教學，將基于CDIO理念的創新性教學運用于機械CAX課程教學過程中，引導學生在理論學習的基礎上進行生產項目式實踐和創新性研究。教學結合企業生產案例，突出CAX各個模塊在實際機械產品生命周期管理中的實際意義和重要地位，讓學生了解相關CAX技術在機械設計研發領域的實踐操作價值，了解CAX技術在現代設計中的綜合運用。實踐證明，基于CDIO理念的生產項目式創新性教學在機械CAX課程中的應用可以取得良好的教學效果，有效地提高了學生的專業綜合能力。

關鍵詞：CAX；創新性教學；CDIO理念

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0163-02

在“十三五”教育發展改革方向指導下，應用型人才培養在大眾高等教育階段是十分重要的。為適應新形勢下高校提高人才培養質量的要求，解決機械專業教育與制造行業需求嚴重脫節的矛盾，機械CAX類課程的CAD/CAM/CAE技術的培養便尤為重要，多數畢業生將利用此技術在一線崗位中尋找就業機會。反映在這門課程上，機械CAX類課程教學中理論與實踐難以平衡，提出基于CDIO工程教育模式理念的研究性生產項目式教學，以項目從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動、實踐、課程之間有機聯系的方式學習和獲取工程能力，引導大學生進行工程實踐、生產實踐和創新實踐，這對機械工程創新人才的培養具有重要指導意義。

一、生產項目式創新教學的意義

對于機械CAX類課程，傳統教學模式：第一，教學內容的針對性很強，基本上針對一個或幾個命令進行非常詳細的講解，所需學時較多。第二，教學過程以教師講為主，學生較被動且學習興趣不高，學習效果不理想。第三，學生學習過程中認為知識點較分散，單個掌握起來容易，綜合建模時卻難以靈活運用。第四，每類CAX課程是孤立的教學，相互之間沒有連接和聯系，學生在學習上容易對多種軟件模糊混淆、無法深入運用，學得越多，這個現象越突出。對該課程設置中存在的問題提出解決思路及方案，有以下四方面的研究意義。

（一）推進大學課程教學方法的改革

本項目探索和研究生產項目式教學，將構建高質量的基于企業生產的項目式教學資源，為高校教學改革提供必要基礎；將傳統以理論為主的教學模式，建構為面向生產實踐項目的應用型教學模式；將以教師的教為中心的教學方式轉變為以學生的學為中心的教學新方式，引導學生從實際生產項目中發現問題、提出問題、解決問題。

（二）拓展課堂教學，提高學生學習興趣

以CDIO培養模式為專業授課理念，使學生熟練掌握技術基礎知識、新產品和新系統的開發和運行，了解技術的研究與發展對社會的重要性和戰略影響。課堂教學學時有限，有必要在課上激發學生的學習興趣和熱情，將課堂教學立體化、生動化、實踐化，培養學生獨立解決問題和創新能力。

（三）促進應用型人才培養，校企無縫接軌

機械CAX類課程生產項目式教學需要將高校應用型人才培養方案的需求和生產企業用人要求的特點相結合，構建基于生產項目實例的教學資源的教學新模式。引導學生了解并參與一個產品的生命周期管理全過程，從設計研發到加工制造、工程分析、優化設計，全程模擬實際生產，使在校生熟悉生產企業的各個部門的工作模式，實現校企無縫接軌。

（四）提高教師業務能力，培養應用型教學教師

機械CAX類課程生產項目式教學需要教師了解機械行業最新發展動態及企業的各種生產流程，熟悉企業的分工合作方式，因此，必須提高教師的教學業務能力，使教師了解相關制造類企業的設計加工制造模式和機械CAD/CAM/CAE技術在企業中的最新發展和應用模式，加強校企合作和溝通，培養雙師型教師，探索創新型和應用型人才培養的新方案和新途徑。

二、生產項目式創新教學的實施

機械CAX技術在現代機械行業中得到了最廣泛的應用，以CAD/CAM/CAE技術應用最為廣泛和突出，先進的三維設計制造技術正在迅猛地取代二維設計制造技術，成為如今機械設計的主流。基于此，目前高校在開展CAD/CAM/CAE類課程教學時，一般有兩個方向和模式：一種是重理論，以計算機圖形學為基礎，注重相關CAD/CAM/CAE技術的原理教學；一種是重實踐操作，以各種基于CAX技術的軟件應用為主，比如，CAD類課程學習Pro/e軟件、UG軟件、Solidworks軟件的操作，CAM類課程學習MasterCAM軟件的操作，CAE類課程學習Ansys軟件或其他綜合軟件的CAE模塊的操作。

這兩種教學模式很容易走入兩種極端，重理論的脫離了軟件的應用學習，學生到了相關工作崗位上空有想法而不會實際操作；重操作的沒有生產實踐和相關原理的支持，陷入純軟件學習，工作中只能做最低等的“繪圖員”而無法成為設計師，有悖于高等教育的初衷。這些問題不解決，最終機械類專業的人才培養將會與社會需求脫節，與應用型人才培養的方向相違背。如何基于CDIO理念建設機械CAX類的課程生產項目式教學，是普通高校在教學改革、提高教學質量、培養應用型人才中的重要探索之一。

基于CDIO理念的機械CAX類課程生產項目式教學的研究與實踐，首先是CAD/CAM/CAE類課程的整合，使原來單一、孤立、片面的應用到生產項目案例中全面系統的體現。其次，在CDIO理念的指導下，學生進行角色學習，在設計部做研發應用CAD技術，學習軟件的CAD模塊，在制造部做工藝應用CAM技術，學習軟件的CAM模塊，在工程分析中應用CAE模塊，創新優化設計，最后將產品進行發布。每個模塊環環相扣，將多門課程在生產項目的案例中得到綜合應用和體現。改變了傳統的教學模式，通過探究式教學、協作學習、自主學習、研究性學習等多種教學學習手段，探索生產項目式創新教學的教學應用。

三、生產項目式創新教學的實踐實例

教學中，通過引入CDIO工程教育模式理念，構建了三個階段的課程項目，由淺入深依次為學習項目、練習項目和考核項目。每組學生5人左右，組內成員分工不同，學生相互合作共同完成項目任務，通過三個階段的實踐和學習，學生既掌握了課程基礎技能，又鍛煉了自學能力、實踐應用能力和團隊合作能力。

課程分解為6—8個項目，每個項目模擬實際機械設計和分析工作中的設計理念和設計流程，從產品的研發到發布，綜合運用三維建模知識、虛擬裝配知識、有限元分析知識、優化設計知識，突出CAD/CAM/CAE各個模塊在實際機械產品生命周期管理中的實際意義和重要地位，讓學生了解相關課程在機械設計研發領域的實踐操作價值以及CAX技術在現代設計中的綜合運用。課堂上以Solidworks2014軟件、3DVIA composer為操作對象，以具體設計分析項目為基礎，利用設計模塊進行三維實體建模，simulation分析模塊進行力學分析，motion模塊進行運動仿真分析，制造模塊進行虛擬制造，composer模塊進行產品發布。全程模擬生產企業產品研發過程，將CAD/CAM/CAE技術蘊含于相應的設計部、制造部、工程分析部，使學生對企業的分工合作有直觀具體了解。Solidworks全中文界面，直觀易操作，交互性能好，使學生很容易就能找到設計成就感，有利于對該課程積累興趣，符合學校應用型人才培養的模式，對畢業生的價值提升具有一定的現實意義。

四、結語

生產項目式創新教學特色之處在于，能更適應高校應用型人才的培養目標和高校教育的教學改革，解決了以往課堂教學與生產實踐環境研究脫節的根本問題，在充分研究現有教育理論和教學方法的同時，注重創新教育實踐環境研究。通過與相關生產企業的溝通，共同探討高校應用型教學資源的建設、管理與應用，實現學校和企業教學資源的共享、交流和延伸，使畢業生能夠很好地適應相關工作崗位。

參考文獻：

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Research and Practice on the Innovative Teaching of the Production Project of Mechanical CAX Course

CAO Shen，ZHOU Jun

（College of Mechanical Engineering，Hunan International Economics University，Changsha，Hunan 410025，China）

Abstract：In order to solve the contradiction between the high social demand of the employment of mechanical students and the lack of students' ability，and to promote the quality of talents training，the paper puts forward the application of CAX class as an example，Project-based innovative teaching，will be based on the concept of innovative CDIO teaching CAX course used in the process，to guide students in the theoretical study on the basis of the production of project-based practice and innovative research. Teaching with the production case，highlighting the CAX in the PLM of mechanical products，so that students understand the CAX technology in modern design synthesis use. The practice proves that the application of the project-based innovative teaching based on the CDIO concept in CAX course achieves good teaching effect and effectively improves the students' professional comprehensive ability.

Key words：CAX；innovative teaching；CDIO concept