獨立學院機械類專業CAD/CAM技術課程教學改革與實踐

楊敏　趙建平　王力　蔡隆玉

摘 要 數字化設計與智能制造是當今制造業發展的趨勢，機械類專業的應用型人才培養也應與行業發展的需求相適應。CAD/CAM技術課程建設與改革的目標是讓學生建立起符合工程技術應用要求的現代制造技術知識體系，將面向制造的設計理論與工程實踐工具相結合，通過工程實踐的訓練激發學生的學習興趣，同時培養學生的工程素質。

關鍵詞 CAD/CAM；機械類專業；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）20-0089-03

Reform and Practice of Teaching in CAD/CAM Technology Course of Mechanical Specialty in Independent Institute//YANG Min， ZHAO Jianping， WANG Li， CAI Longyu

Abstract The development trend of manufacturing industry is Digital design and intelligent manufacturing， and the training of applied undergraduates in mechanical specialty should be adapted to the needs of the industry development. The goal of the CAD/CAM technology course construction and reform is to enable students to establish the knowledge system of modern manufacturing technology requirements of engineering application， the design for manufacturing theory combines with the engineering practice tools， through engineering practice training to stimulate students learning interest， at the same time cultivate students engineering quality.

Key words CAD/CAM； mechanical specialty； teaching reform

1 前言

隨著全球工業化發展轉型以及信息技術的快速發展，計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）已成為當前制造業發展的重要技術保障。我國提出的“中國制造2025”戰略，其關鍵在于工業化與信息化的深度融合。在這個進程中，制造企業越來越多地重視產品的技術革命和創新，建立自己的設計研發團隊，將國際先進的技術成果吸收轉化成為具有自主知識產權的產品。這就需要培養一批學習和掌握CAD/CAM技術原理、方法，并具有工程素養的技術人員，以適應我國制造業發展的需求[1]。

2 機械類專業CAD/CAM課程現狀

為了適應高等工科教育向應用型人才培養轉型的發展趨勢，在機械類專業中越來越多注重工程素養和專業技能的課程建設。高等院校普遍開設先進制造技術或機械CAD/CAM技術課程教學已有近20年。

第一類最早開設CAD/CAM技術課程的是一些高等職業教育類院校，其特點是突出計算機輔助制造CAM類軟件在加工制造中的運用，滿足一段時期制造環節由機械化向計算機數控轉變的人才需求[2]；

第二類則是在原有工程制圖和CAD繪圖的基礎上，增加三維設計的教學與實踐內容，與機械類專業后續的課程形成有效聯系[3-4]；

第三類強調先進制造技術的理論傳授，系統闡述CAD/CAM技術原理和現代制造技術的基本理論，為學生提供良好的理論基礎；

第四類是近年來應用型本科院校在CAD/CAM課程改革教學中注重軟件運用，通過校企合作，形成以企業為主體、市場為導向、校企合作的機械CAD/CAM技術課程創新體系，發揮了產學研對課程的促進作用，實現學生專業技能與企業需求的對接，逐漸地，CAD/CAM技術成為一門綜合性課程[5-6]。

獨立學院機械類專業本科人才培養在轉型要求的背景下，CAD/CAM技術作為應用與理論緊密聯系的課程，也得到越來越多同類院校的重視。但是在課程建設與教學過程中仍存在一些值得探討的問題：

1）每個學校或者專業的CAD/CAM技術的課程教學目標各有不同，開展教學改革的視角和人才培養的定位決定了課程的教學目標，如何合理安排課程在人才培養方案中的位置值得進一步探討；

2）由于實踐應用領域的不同，該課程的教學內容及側重點也存在較大差異，如何讓學生理解和掌握CAD/CAM技術在工業生產過程中的作用及其蘊含的工程思想，值得深入探討；

3）CAD/CAM技術的綜合性導致該課程的課時并不能滿足理論和實踐教學的需求，無法讓學生對工程實踐全面了解，如何能夠做到讓課程教學符合工業技術發展需求，這也對課程建設提出更高的要求。

3 機械類CAD/CAM課程目標

CAD/CAM技術的特點在于借助計算機圖形運算實現圖形的可視化、程序化和動態化，其技術基礎是計算機圖形學和工程圖形學。因此，該課程與機械類專業必修的工程制圖之間存在必然聯系。根據制造業發展的需求，制定機械類CAD/CAM課程目標時，首先應該給學生建立產品制造的系統概念，再通過講解軟件使用，為學生建立軟件作為建模工具，準確表達設計信息，便于實現產品數據的交換與管理的工程化設計思想。確定機械類CAD/CAM課程目標，該課程在人才培養方案知識體系中的位置也將發生相應變化，理論與實踐相結合環節更為豐富，對教學方式提出新的要求，與其他專業課程的關系也更為密切。endprint

4 教學改革的具體措施

明確課程的定位 課程的定位反映一門課程在專業知識體系中與其他課程的聯系。因此，要明確機械類CAD/CAM課程的定位，就應該注重數字化CAD/CAM工具在現代機械產品制造過程中發揮的作用，才能明確課程的定位及其在課程體系中起到的作用，進而確定其與基礎課程和專業方向課程之間的關系。

經過對南京理工大學紫金學院機械類專業中各專業方向畢業生多年的跟蹤調查和對行業發展的調研，得出圖1所示理論知識體系與CAD/CAM技術及其應用關系。從圖中看出，機械類專業從公共基礎課程中的工程制圖開始，就已經引入CAD技術建立數字化產品模型；在顯示的模型中卻由于圖形數據格式的不同而包含了不同的信息，這些信息與圖形之間的聯系被定義來用于表達工藝信息，這樣數字化的模型就與制造工藝建立了聯系；產品數據模型的各方面信息由于產品制造過程中尺寸的測量，為機械類基礎課程中的公差與測量、逆向設計等提供實踐平臺；產品實體模型所包含的材料信息被用于計算機輔助分析（CAE），與工程材料、模具設計等課程建立起聯系；制造過程中根據產品數字模型建立制造過程仿真模型，與機械制造工藝類課程密切相關。

CAD/CAM技術中的綜合性還體現在該技術作為產品數據的基礎，可以與相關專業課程進一步交叉融合，形成服務于虛擬樣機的機電一體化系統仿真模型和服務于工業生產過程管理的生產過程仿真模型，并作為相關專業課程的應用實踐工具基礎。因此，CAD/CAM課程的定位應該是作為專業課程與通識課程之間的應用實踐工具，成為應用能力培養過程中承上啟下的一門綜合性課程，讓學生形成對CAD/CAM技術應用的全局觀念。

優化教學內容

1）教學內容要點明CAD/CAM技術給工業帶來的變革，系統闡述該項技術的任務、應用和發展，建立起數字化設計與制造的概念。CAD/CAM技術不僅是對理論的介紹或軟件應用的訓練，重要的是通過案例的教學，傳授給學生如何運用軟件表達出設計的工程思想。這些工程思想的表現不僅體現在用軟件繪制的圖形本身，還包括圖形的建模過程中所蘊含的工程意義，從而滿足現代制造體系中對數字化圖形模型的分析、仿真、管理和系統化的工程應用。

2）在安排機械類專業CAD/CAM技術課程教學內容時，將理論課程與實踐教學分別設置，理論課程集中授課，實踐教學的開展則根據學生興趣和專業涉及的行業不同而由學生自主選擇應用的軟件。當前主流的CAD/CAM軟件都在向產品研發、設計和制造的集成化方向完善，具有代表性的商業軟件，包括西門子的NX，達索公司的CATIA、SolidWorks，

PTC公司的Cero。通過建立模型的練習，培養學生對機械產品進行三維建模的技能，不僅是對機械制圖課程的延伸，更是將產品設計與制造過程中強調基準與配合的工程思想貫穿于建模的全過程。

3）通過演示案例將抽象的理論知識和先進制造的概念具體地展現出來，讓數字化的建模工具成為基礎課程與專業應用課程之間的紐帶，為后續的應用類課程提供良好的鋪墊。CAD/CAM技術中建立實體模型是CAE、CAM和CAPP等工程應用的數據基礎。因此，僅僅培養學生的三維建模能力是不夠的，還需要進一步介紹建模的軟件工具在工程領域中的具體應用。如面向機械設計領域，將機械原理的典型機構用CAD/CAM軟件的運動仿真進行直觀演示；將三維設計同逆向工程的應用相結合，通過實例演示，深化學生認知數字模型對信息的重建和幾何信息的傳遞與繼承的重要特點等。

應用型人才培養的教學方法改革 應用型人才培養的教學目標是讓學生學習必要的技能和運用知識的能力，從而適應社會發展的需要。

1）在教學過程中發揮學生學習的主動性，強調學生主體參與，軟件由學生根據專業和個人興趣在提供的建模軟件中選擇；

2）強調學生的因材施教和分層次教學，建立不同的學習小組加以指導，形成對建模過程中方法和思路的差異進行討論的研討式教學；

3）邀請企業工程師開設專業講座，為學生提供更多的工程應用感性認識；

4）重視課堂教學與課外活動和實踐活動相結合，如建立興趣小組，鼓勵學生運用軟件表達自己的設計和創意，從而帶動整體學習風氣和學習興趣。

改革考核方式 CAD/CAM軟件實現的是一種工程師語言，通過這個語言達到互相溝通設計思想的目的，而不能把學會軟件使用作為教學的最終目的。對這些軟件的運用不能僅僅停留在操作層面，而是需要通過使用軟件表達自己的設計思想、設計思路、設計成果。課程的考核通過以下兩種方式進行。

1）為了培養學生綜合應用知識能力，考核的項目在學生分組的前提下結合課程設計或學科競賽的項目，引導學生提出設想，并綜合運用所學知識去實現。將小組團隊的綜合應用成果的評價作為課程考核的依據，從而體現重視解決問題的思維能力，引導學生注重對自身分析問題、解決問題能力的培養。

2）鼓勵學生參加相關軟件的應用工程師考核，由于認證考核具有一定難度，但通過考核取得相關的軟件認證又可以為就業增加能力證明，用認證替代課程考試成績的方式進行考核。

重視“雙師型”師資隊伍建設 機械CAD/CAM教學成果的優劣取決于師資質量，由于機械CAD/CAM應用領域的廣泛和深入性，要求教師具備一定的實踐經驗，才能更好地講授相關課程的內容。這就要從兩個方面來提高教師的綜合能力：一方面讓教師走出去參與行業相關培訓，把教學與軟件使用過程中發現的問題、技巧、方法提出來共同探討，以便提高教學水平和軟件應用能力；另一方面，需要建立校企合作關系，相關專業教師需要走出去參與企業課題，通過合作縮短教學與實際工作的距離，及時掌握使用的新技術，不斷學習、充實自己，以便根據需要調整教學計劃，改進教學方法。同時可以將部分成熟案例融入教學中，實現案例驅動的教學機制，促使學生在應用中掌握相關知識。

5 結語

隨著“中國制造2025”目標的推進，對CAD/CAM技術課程的要求將會更加具體和細致。因此，該課程的教學改革和探索將隨著專業領域知識的更新而提出更多新的要求，在教學實踐中需要緊密與實際相結合，重視教學內容與行業應用的銜接，鼓勵教師參與企業的工程實踐，積極收集和歸納總結行業應用規范，不斷完善與理論基礎相適應的工程實踐體系。

參考文獻

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