機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)改革探索

劉菊蓉

摘 要 機(jī)械CAD/CAM課程具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和綜合性。選取工藝夾具設(shè)計(jì)作為項(xiàng)目任務(wù)，將實(shí)際操作與理論教學(xué)相結(jié)合，并制定項(xiàng)目?jī)?nèi)容及評(píng)價(jià)內(nèi)容。這種方式不但可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且可以提高學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，教學(xué)效果較好，可以為類似專業(yè)課程的教學(xué)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 機(jī)械CAD/CAM；教學(xué)改革；工藝夾具設(shè)計(jì)；項(xiàng)目教學(xué)法；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助分析；計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助制造

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）12-0096-03

1 前言

機(jī)械CAD/CAM課程是陜西理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)方向選修課，課程教學(xué)不論是在理論性方面，還是在實(shí)踐性方面，要求都很高。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合、滲透影響下，機(jī)械CAD/CAM技術(shù)得到迅速發(fā)展，并且已成為理論與實(shí)踐相結(jié)合、多學(xué)科整合、廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)。

雖然陜西理工大學(xué)的機(jī)械CAD/CAM課程已經(jīng)開設(shè)多年，教材及教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了多次更新，但是如何讓學(xué)生通過機(jī)械CAD/CAM課程的學(xué)習(xí)來提高自身的綜合設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力，機(jī)械CAD/CAM課程應(yīng)該采用什么樣的教學(xué)方式，學(xué)生在教學(xué)過程中應(yīng)該如何學(xué)習(xí)機(jī)械CAD/CAM課程，這些問題還需要深入探討[1]。因此，研究機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)模式改革是很必要的。

2 教學(xué)改革的意義

機(jī)械CAD/CAM課程中的內(nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，種類煩瑣，比較復(fù)雜。其中包含計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、典型零件工藝夾具、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)及數(shù)控加工編程技術(shù)等方面。因此，通過機(jī)械CAD/CAM課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生主要能掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、基本操作技能和方法。這些能力將為學(xué)生今后應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)從事機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

通過對(duì)現(xiàn)有機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程以及教學(xué)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1）從教師方面來說，在機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)中，教學(xué)方式以教師講解為主，理論知識(shí)講解過多。

2）從學(xué)生方面來說，他們覺得每一章節(jié)的內(nèi)容過于松散，聯(lián)系性不強(qiáng)，自己很難參與其中。

這些問題使得學(xué)生很難提起學(xué)習(xí)興趣，更不要說要將理論知識(shí)理解透徹，提高專業(yè)技能應(yīng)用能力。

為了解決機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程中存在的問題，提出基于“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作”（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）為基礎(chǔ)的項(xiàng)目教學(xué)法。項(xiàng)目教學(xué)法以一個(gè)具體的工作環(huán)節(jié)或者知識(shí)運(yùn)用為起點(diǎn)，從具體的、局部的知識(shí)逐步擴(kuò)展到全面的、比較抽象的知識(shí)。項(xiàng)目教學(xué)法通過對(duì)一個(gè)具體任務(wù)的剖析，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成參與項(xiàng)目相關(guān)的信息收集、設(shè)計(jì)計(jì)劃、項(xiàng)目執(zhí)行及結(jié)果評(píng)價(jià)的全過程[3]。

在機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)中使用項(xiàng)目教學(xué)法，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高動(dòng)手和解決實(shí)際問題的能力，加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。讓學(xué)生自主參與與機(jī)械CAD/CAM課程有關(guān)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，盡量把學(xué)生培養(yǎng)成為理論基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，工程綜合實(shí)踐能力強(qiáng)，能參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造全過程的制造業(yè)應(yīng)用型人才。

在項(xiàng)目教學(xué)法過程中，教師不再是以前那種知識(shí)的灌輸者，變成是教學(xué)的組織者、項(xiàng)目和任務(wù)的引領(lǐng)者，而學(xué)生一直處于主體地位。在項(xiàng)目教學(xué)過程中，教師要指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)和新學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能，在團(tuán)隊(duì)協(xié)作的基礎(chǔ)上去解決過去未遇到過的一件具體的、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的實(shí)際問題。當(dāng)然，在這一過程中要讓學(xué)生充分體現(xiàn)出分工合作，以及每個(gè)學(xué)生獨(dú)立解決某一部分問題的能力。

3 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

教學(xué)改革的基礎(chǔ) 在機(jī)械CAD/CAM課程開設(shè)之前，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)完成機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、典型零件工藝夾具和三維軟件設(shè)計(jì)等先修知識(shí)學(xué)習(xí)。而且對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來說，后續(xù)還要進(jìn)行工藝夾具設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，也就是工藝夾具的課程設(shè)計(jì)。從目前的教學(xué)過程來看，雖然大多數(shù)學(xué)生很認(rèn)真地去完成相關(guān)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過程，但是由于前期環(huán)境的局限，以及該實(shí)踐性環(huán)節(jié)中具體的考核要求限制，整個(gè)工藝夾具設(shè)計(jì)過程只是體現(xiàn)在二維圖形的繪制上。

另外，學(xué)生對(duì)于工藝夾具設(shè)計(jì)的結(jié)果如何，都是由代課教師自己評(píng)價(jià)，學(xué)生沒有參與評(píng)價(jià)過程，并不了解如何去準(zhǔn)確評(píng)價(jià)這一設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果。結(jié)合學(xué)生在工藝夾具課程設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況以及機(jī)械CAD/CAM課程的改革需求，在機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程中考慮以工藝夾具設(shè)計(jì)任務(wù)作為項(xiàng)目任務(wù)。工藝夾具設(shè)計(jì)任務(wù)所涉及的內(nèi)容難易程度適中，并且學(xué)生學(xué)習(xí)過相關(guān)的理論知識(shí)，對(duì)這些內(nèi)容比較熟悉。以工藝夾具設(shè)計(jì)任務(wù)作為項(xiàng)目任務(wù)，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，有助于學(xué)生將前期所學(xué)的理論知識(shí)和需要提升的實(shí)踐能力相結(jié)合，也可以為將要面臨的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教學(xué)改革的內(nèi)容 選取工藝夾具設(shè)計(jì)任務(wù)作為聯(lián)系整個(gè)機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程的項(xiàng)目任務(wù)，可以將機(jī)械CAD/CAM課程里的主要內(nèi)容包含在其中，同時(shí)可以系統(tǒng)地、科學(xué)地且有層次地安排機(jī)械CAD/CAM課程中各章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度。機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)的目的，就是讓學(xué)生了解在機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)中如何使用計(jì)算機(jī)輔助來實(shí)現(xiàn)。所以，機(jī)械CAD/CAM課程的主要內(nèi)容涉及與機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程相關(guān)的每個(gè)環(huán)節(jié)，如CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助分析）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）等。

為了克服機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程原有的一些問題，以某一個(gè)復(fù)雜零件工藝夾具設(shè)計(jì)任務(wù)作為切入點(diǎn)，將整個(gè)設(shè)計(jì)過程具體劃分為四個(gè)階段：所給定復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)分析以及該零件的三維結(jié)構(gòu)建模；所給定零件的加工工藝過程分析及設(shè)計(jì)；所給定零件的某一個(gè)加工工序所需要的夾具設(shè)計(jì)以及三維建模和仿真分析；對(duì)所給定零件的數(shù)控仿真加工。

在機(jī)械CAD/CAM課程教學(xué)過程中要對(duì)每一個(gè)階段項(xiàng)目任務(wù)的內(nèi)容再進(jìn)行具體細(xì)分，并將機(jī)械CAD/CAM課程的理論教學(xué)過程與具體的設(shè)計(jì)任務(wù)相互配合。在對(duì)工藝夾具設(shè)計(jì)任務(wù)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)過程中，為了公正、客觀及全面評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生在項(xiàng)目任務(wù)實(shí)施過程中的作用，要讓學(xué)生了解評(píng)價(jià)的方式并參與評(píng)價(jià)過程。在各階段任務(wù)的實(shí)施過程中，要針對(duì)學(xué)生在各階段任務(wù)完成過程中遇到的問題，及時(shí)予以引導(dǎo)并且展開學(xué)生間的討論，對(duì)各階段任務(wù)進(jìn)行教師點(diǎn)評(píng)，要讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式提出擬解決的幾種方案，讓學(xué)生自己評(píng)價(jià)各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的解決方案。當(dāng)然，在整個(gè)工藝夾具設(shè)計(jì)過程完成后要進(jìn)行答辯，答辯的結(jié)果由授課教師給出主要評(píng)價(jià)和其余學(xué)生參與評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行。最后，參考各個(gè)階段任務(wù)的完成情況，對(duì)各團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目任務(wù)實(shí)施結(jié)果給出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。各階段項(xiàng)目任務(wù)內(nèi)容及項(xiàng)目評(píng)價(jià)內(nèi)容如表1所示。

4 項(xiàng)目實(shí)施方案

為讓學(xué)生充分了解和認(rèn)識(shí)機(jī)械CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及軟件的集成，讓學(xué)生自由選取一種或幾種熟悉的軟件來實(shí)施整個(gè)工藝夾具設(shè)計(jì)過程，并進(jìn)行相應(yīng)的理論學(xué)習(xí)。依據(jù)所給零件的復(fù)雜程度，讓3～4名學(xué)生自由組合成一組，組內(nèi)要相互協(xié)作，組間也要相互討論，逐步實(shí)施某一個(gè)復(fù)雜零件工藝夾具設(shè)計(jì)過程中所包含的CAD、CAE、CAPP和CAM各部分內(nèi)容。

為了使學(xué)生能更好地理解項(xiàng)目所要完成的任務(wù)和內(nèi)容，將項(xiàng)目任務(wù)分配完成后，在課堂上以某一個(gè)實(shí)際零件為例，結(jié)合各章節(jié)的內(nèi)容將整個(gè)夾具設(shè)計(jì)過程融合在理論教學(xué)過程中。在每一階段任務(wù)教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體，遇到問題先讓學(xué)生小組內(nèi)討論，再進(jìn)行組間討論。教師要采用啟發(fā)式教學(xué)方式，指導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問題。各階段任務(wù)完成后，要進(jìn)行展示答辯，根據(jù)教師及別的小組的意見修正。整個(gè)任務(wù)完成后進(jìn)行答辯評(píng)比，提高學(xué)生合作精神以及發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力。

5 結(jié)語

以某一個(gè)復(fù)雜零件工藝夾具設(shè)計(jì)過程為項(xiàng)目任務(wù)，作為機(jī)械CAD/CAM教學(xué)改革實(shí)踐的一種嘗試，目的是將純理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合，給學(xué)生將來能更好地融入工作環(huán)境做好鋪墊。將工藝夾具設(shè)計(jì)過程引入機(jī)械CAD/CAM教學(xué)之中，使得學(xué)生對(duì)于機(jī)械CAD/CAM課程的應(yīng)用場(chǎng)合有了更具體的認(rèn)識(shí)，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，便于學(xué)生初步認(rèn)識(shí)和理解如何運(yùn)用專業(yè)知識(shí)去解決實(shí)際工程問題。工藝夾具設(shè)計(jì)過程在機(jī)械CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用，可以給類似綜合性、理論及實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課程的教學(xué)提供一定的參考。

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