“可感知”教學在《CAD/CAM技術》課程教學改革中的實踐

明五一　都金光　曹陽　侯俊劍　李曉科　馬軍　何文斌

【摘 要】《CAD/CAM技術》課程知識點多、內容比較分散，特別是對于工科學生，缺少計算機專業的相關課程，如何提升課程的教學效果是一個難題。針對這一問題，本文將“可感知”教學引入到該課程的課堂教學中，通過各種感知方法，讓學生在課堂上對該課程的知識點有進一步的認識。“可感知”教學利用傳統的紙張、智能手機、計算機等作為載體，將書本上的知識點及時地從學生自身角度進行檢驗，讓其能感知到相關知識點的內涵，從而正確理解知識點的核心要素，提升課程的教學質量。

【關鍵詞】可感知；CAD/CAM技術；教學改革；實踐

《CAD/CAM技術》是工科機制類專業的必修課程，該課程主要包括計算機輔助設計技術（CAD）和計算機輔助制造技術（CAM） 兩部分，通過該課程的學習，讓學生從整體上掌握企業利用計算機信息化技術實現從設計到制造的整個流程，并且理解關鍵技術實現的細節[1-2]。因而，該課程的學習需要學生有一定的知識儲備，能從全局的觀點看待整個課程的相關技術原理及其在企業中的實際使用情況。另外，從微觀層面上講，也需要學習相關技術的實現細節，比如CAD中圖像的平移、縮放、旋轉等操作的幾何原理，以及各種插補曲線的生成，相關公式的推導等等，這些都需要有一定的基礎。

但是，當前的工科機制類的學生對計算機只是學習了一些基礎課程，比如《計算機基礎》、《C語言程序設計》或者《51單片機程序設計》等課程，并沒有學習《離散數學》、《數據結構與算法》、《數據庫技術》、《計算機圖形學》等課程。因而，本門課程的教學必然要受到一些影響，這樣學生對知識點的掌握和理解就存在一些偏差。因此，這對該課程教學提出了新的需求，如何在現有的情況下，使得工科機制類的學生快速補充相關知識點，并能應用到該課程的教學中去。

有鑒于此，我們提出了“可感知”的教學改革實踐，主要通過課堂的教學，達到視覺上、觸覺上等“可感知”知識點的核心內涵。本文以該課程的幾個關鍵知識點進一步闡述“可感知”教學在《CAD/CAM技術》課程教學改革中的實踐。

1 數據存儲的“可感知”教學

數據存儲是信息化系統必不可少的部分，因此，本課程中，該知識點也是比不可少的。早期的計算機是通過打孔紙帶來存儲程序和數據的，但這只能從課本或者網上看到，目前該方法已經絕跡。數據存儲經歷了紙帶、磁性介質、光盤到閃存，以及目前流行的云端存儲等。這些存儲所使用的技術各不相同，而且也不方便在課堂上進行“原理性”解釋。

考慮到數據存儲在CAD/CAM系統中占有一定的地位，而且也是《CAD/CAM技術》課程的開始部分，為了激發學生的學習興趣，有必要創新教學手段，引入新的教學工具。

比如，我們在該課程的教學實踐中，就將數據打印存儲在紙上，數據從視覺上是可視的，該項技術的相關程序來自互聯網，是開源的項目。數據存儲、讀取的主要流程是：原始數據壓縮后分成一個個塊，每塊在紙上打印一個類似二維碼的信息，1.44M左右的文檔，大約只需要兩張A4紙即可；數據讀取需要通過掃描儀掃描紙張，掃描后數據即可通過該軟件恢復到技術中。通過該項技術，數據存儲可實現視覺上的可視化，1.44M的內容早期需要一張3.5英才的軟盤，而現在，數據可以打印到紙上，我們可以從視覺上感知數據。比如后期數據能否恢復，從保存的質量上就可以看出，不像軟盤，數據存儲在軟質的磁盤上，其安全我們是無法保證的。

在課堂上，我們提前打印好CAD文件、Word文檔、照片及其網頁等數據，并準備好相關數據文件的掃描照片，再將存儲數據的A4紙發到學生，最后進行現場演示，展示數據的存與取的整個流程，通過視覺上的“可感知”，進一步使得學生對數據的存儲有了深刻的認識，激發后期的學習熱情。

2 數據庫技術的“可感知”教學

同樣，數據庫技術也是信息化系統必不可少的部分，而且是核心組成部分，而目前數據庫技術的相關原理學生并沒有學習，這就對本課程的教學帶來一定的困難。因此，我們從身邊的“數據”著手，讓學生了解數據庫，使用數據庫。

比如，我們每個人都有手機，手機里面都有通訊錄。對于數據庫技術的講解，可以以通訊錄為載體，讓學生安裝數據庫（Oracle、DB 2、SQL Sever以及MySQL等），并啟動數據庫產品，建立通訊錄相關的表，包含主表、從表及其約束等，最后錄入數據，并實現查詢及其統計功能[3]。通過數據庫技術的“可感知”實例教學，使得學生明白了一些基本的原理，比如數據表中的行和列的存儲順序沒有先后之分，對數據的顯示沒有任何影響。通過對這些知識點的“可感知”實踐，使得學生對數據庫相關技術有了感性的認識，這對之后的課堂上教學也會有更好的效果。

3 樣條曲線生成的“可感知”教學

樣條曲線教學部分有一定的難度，主要體現在樣條曲線種類比較多，推導的公式需要有一定的數學基礎，但是相關的應用非常廣泛[4]。雖然，我們對相關知識點也安排有上機實驗，但是，這些都是在該知識點學習完成后，再在機房進行驗證實驗，對于課堂的現場教學幫助不太大。有鑒于此，我們提出了將樣條曲線搬到學生的手機上，使得學生從觸覺上實現該知識點的“可感知”，加上對相關數學公式的理解。

具體的做法是我們編寫一個Android版本的小程序發給學生（可通過授課教師的個人主頁上下載），該程序可生成幾個典型的樣條曲線，通過控制按鈕，可顯示控制點、控制點的切線，另外，控制點是可以拖動的，這樣控制點的位置改動后，其樣條曲線也會再次生成，讓學生通過指尖的觸覺即可感知樣條曲線的變化。這樣，課堂上的教學就有了比較好的載體，其數學公式的推導就能讓更多的學生理解，提升了該知識點的教學質量。

4 CAPP優化過程的“可感知”教學

對于計算機輔助制造技術（CAM），其計算機輔助優化過程（CAPP）是其一個重要的環節，而且對于工程實際問題，工藝優化都是少不了的。但是，學生的實踐少，課本上的優化問題理論部分較多，“可感知”內容較少。因而，如何將優化問題講解到位，學生理解到位就有一定困難，需要教學中尋找創新。

考慮到本課程教學的教師從事工藝優化相關的科研工作。因而，結合科研的實際情況[5-6]，通過編寫相關軟件可以將CAPP工藝系統的優化過程做成動態的可視化效果，便于教學。比如，我們針對常用的遺傳算法，可通過參數設置，將每步的計算設置為手動模式，每生成一代，可通過界面顯示當前代個體的詳細信息（包括編碼、所代表的輸入等）以及個體遺傳生成的流程，并顯示本次的優化結果。通過工程的實際樣例數據，或者科研論文中的數據，來展示工藝優化的動態執行流程，這種視覺上的“可感知”效果，在課堂上教學要比只講理論、公式要好一些，學生通過一個個案例，對算法的核心思想有（下轉第119頁）（上接第126頁）了本質上的認識。

5 數控代碼解析的“可感知”教學

計算機輔助制造技術（CAM）中，數控代碼相關環節教學比較枯燥，主要講解相關指令代碼的作用。如果僅僅是了解相關數控代碼（比如G代碼）的規范，學生的興趣并太大。因而，要掌握好相關知識點，也需要我們進一步改進教學方法，或者說是有必要大膽往前走半步。

對于數控代碼規范的講解，如果我們上升到數控代碼的解析，那么問題可能是難了一點，但是這個問題更能激發學生的興趣。目前，網絡上有很多開源的G代碼解析器，另外，我們從事本課程教學的相關教師以前也做過數控系統的開發，積累了相關經驗和資源。因此，我們充分利用有利條件，實現最小指令集的G代碼解析器，并公開相關源代碼，通過課堂上的講解，將代碼實現與G代碼規范有機的結合起來了。這樣，如何做好G代碼解釋器這個“可感知”的教學活動就更能激發學生的興趣，從而更好的將G代碼規范深深的植入到學生的腦海中。

6 結束語

本文將“可感知”教學這一概念引入到《CAD/CAM技術》課程的課堂教學中，通過視覺上、觸覺上的各種感知方法，讓學生在課堂教學上對該課程的知識點有進一步的認識。“可感知”教學利用傳統的紙張、智能手機、計算機等作為載體，將書本上的知識點及時地從學生自身角度進行認知，讓其能感知到相關知識點的內涵，從而正確理解知識點的核心要素，提升課程的教學質量，有一定推廣意義。

【參考文獻】

[1]侯俊劍，都金光，馬軍，等.系統工程視角下《CAD/CAM技術》的教學改革與實踐[J].科技視界，2015（34）：179-179.

[2]程德蓉，李先明，陳泉，等.基于工程實踐的《CAD/CAM技術-UG》課程教學改革[J].職業教育研究，2011（10）：75-76.

[3]劉冬敏，劉繼軍，沈娣麗，等.基于Windows平板電腦的全自動編織機的遠程監控系統設計[J].中州大學學報，2015（5）：104-107.

[4]臧永燦，徐建明，朱自立，等.非均勻有理B樣條曲線優化匹配組合[J].中國圖象圖形學報，2016，21（3）：331-338.

[5]Ming W，Ma J，Zhang Z，et al.Soft computing models and intelligent optimization system in electro-discharge machining of SiC/Al composites[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2016：1-17.

[6]Huang Y，Ming W，Guo J，et al.Optimization of cutting conditions of YG15 on rough and finish cutting in WEDM based on statistical analyses[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2013，69（5）：993-1008.

[責任編輯：田吉捷]