基于應用型本科機械CAD（CAM）的理論與實踐教學的優化

陳宇　王玉勤　董慧芳

摘要：“應用型本科”是對新型的本科教育模式的探索，文章針對應用型高校的辦學定位，以培養機械應用型人才為目標，針對《機械CAD/CAM》課程的傳統教學方式進行闡述，分析了傳統教學方式存在的問題，并結合課程特點對該課程的理論與實踐教學進行相應優化以提高教學質量，滿足應用型本科的人才培養要求。

關鍵字：機械CAD/CAM；應用型本科；教學方式；優化

應用型本科教育屬于較高層次的技術教育，與普通本科教育的關系是平行發展的，區別在于其獨特的技術應用性特征。在應用型工科人才培養模式上，以適應社會需要為目標，培養學生適應生產、建設、管理等方面的能力，重視學生的技術應用能力。

《機械CAD/CAM》是機械類專業大三學生的一門必修專業核心課程，通過本課程的學習旨在幫助學生強化知識結構，配合機械相關課程的全面培養，為將來學生走向社會從事機械加工，機械CAE仿真、數控加工等工作打下基礎。該課程在應用型本科機械類專業的課程體系當中具有十分重要的作用，對于機械專業大三學生而言，通過該課程的學習，使其對于機械行業類的工作內容有了一定的了解，為后續的職業定位及職業規劃打下基礎。

目前，國內應用型本科《機械CAD/CAM》的教學主要以課堂講授為主，教學模式單一、落后，只注重講解理論性知識，忽略實踐性教學，不能與時俱進。現在大學生大多已經是“00后”，這種教學方式已經不符合時代特點，抓不住“00后”的學習興趣，需要從課程的教學方式及教學方法進行改革優化，使學生能夠接受和掌握，提高課堂教學質量，達到培養高創新性應用型機械人才的目標。

1傳統教學方式存在的問題

目前應用型本科《機械CAD/CAM》所使用的教材，其知識體系主要為CAD/CAM基礎理論、關鍵技術和應用方法三個方面，介紹了系統工作原理及其支撐技術、計算機圖形處理技術、幾何建模技術、計算機輔助工藝過程設計等。但針對應用型機械本科的教學而言還存在以下不足：

1.1教學模式單一，學生主觀積極性不足

這門課程仍然采用傳統的教學模式，主要以課堂講授為主，素材及案例陳舊，教學方式單一，教學方式以多媒體PPT及板書的形式講授為主，必然會造成內容乏沉空洞。比如，在對機械CAD/CAM幾何建模進行講解時，其中幾何建模涉及到的數學知識等理論主要以講授為主，但幾何建模過程光靠語言及板書來講授是乏力的，導致學生對此過程的感知性不強，不足以吸引到學生的注意力，學生的主觀學習意識不強，不利于學生學習興趣的激發和創新能力的培養。

1.2教學過程缺乏理論聯系實踐，教學效果不理想

教學過程主要強調教材中知識點的講授，每節課課堂內容信息量有限，而《機械CAD/CAM》是一門實踐性較強的課程，實踐性教學環節極為重要，目前這門課的實踐性僅僅體現在上機教學，而上機教學都是由教師單獨組織教學，依然擺脫不了輸送式教學，學生的自主性得不到體現，還是被動式學習，導致學生的實踐能力得不到提升，缺乏自我思考，創新性能力得不到鍛煉，最終并不能利用書本上的理論去驗證體會實踐性教學內容，達不到高層次應用型機械人才培養目標的相關要求。

1.3教學過程中學生的差異性難以統籌

傳統教學過程中，“教師授課，學生學習”的模式，對于該課程所針對的大三學生而言，專業課學習積極性較差，教師占據主動，學生處于被動的狀態，無法很好地兼顧學生個性差異的相關表現，從而導致學生對于這門專業核心課程的學習效果不理想。

1.4考核方式不夠細化

考核是教學工作過程中檢查教學效果、鞏固教學知識和保證教學質量的手段。關于本課程，以往常用的考核方式為期末考查，以自選題目撰寫論文的形式開展，平時成績（30%）+期末論文（70%）：其中，平時成績主要根據學生上課出勤率（10%）、課堂回答問題表現（10%）和作業完成質量（10%）三個指標來核定；期末論文成績主要根據論文格式，結構及語言文字等方面進行核定。

2應用型背景下教學方法的優化

應用型機械類專業本科教學，在教學理念、教學思路及教學定位上要繼承傳統教學方法的優點，其次要突出應用型的獨特性和差異性；在教學過程中體現出探索性、研究性和理論性；在機械類專業人才培養目標上要體現出高端性、多樣性和創新性。

2.1結合工程實踐實例，有針對性地優化教學

在設計教學方案過程中，立足教材當中的知識體系，通過工程實踐案例及教材當中的理論知識體系進行結合。具體方法如下：

在《機械CAD/CAM》第五章計算機輔助工程分析講解過程中，以往都是結合教材當中有限元分析簡單實例進行講授，學生自身感知性不強，導致學生學習效果較差。

本次針對2015級機械設計制造及其自動化專業的兩個班級，每個班各有50人，按照班級學號進行分組，每組5人，每個班級一共10組，在課程進行前在黑板上寫出工程實踐案例分析，如下：在工程實踐中，經常會利用到增壓器壓縮空氣以提高空氣的密度，增加機械內部進氣壓力，分析增壓器葉輪（如圖1所示）在某個轉速下的應力分布，每個小組選取不同的轉速進行分析（如下表1所示）。通過進行實際的工程案例分析，提高學生學習的積極性，并通過小組內的自主討論及知識共享，對每個學生的案例分析情況進行評定，這種方式有效地提高了學生對課程的興趣，通過實踐分析操作結合理論知識，也強化了學生對課程知識點的掌握情況，進而在一定程度上提高了教學質量。

2.2將教材中理論體系與行業前沿關鍵技術結合

在《機械CAD/CAM》教學過程中，將教材知識點進行分類總結，將機械重點領域與課程內容及知識結構相融合，在講述知識點的同時融入行業前沿關鍵技術，利用對行業前沿技術的介紹使學生更加生動地認知到教材中的知識點，提高學生對知識點的感知，提高課堂教學質量，抓住學生的興趣點，增加學生的自主積極性。例如，在計算機輔助數控加工編程講解時，引入模具CAD/CAM技術，介紹我國研制模具CAD/CAM軟件的開發水平及模具CAD/CAM通用性軟件，并利用企業常用的CAD/CAM集成軟件UG及ANSYS，帶領學生使用上述軟件模擬仿真加工零配件及相應零部件的CAE仿真分析，利用工程實際的相應分析結合課本知識點，使單純的知識點講解更加具體化，更加容易被學生接受。

2.3優化教學方式提升學生自主學習能力

針對2015級機械設計制造及其自動化專業兩個班進行分組，每個班級一共10個小組。根據機械CAD/CAM的相關前沿延伸知識點布置多個自主課題（如下表2所示），讓每組同學在其中選擇一個課題進行組內討論，自主完成相關課題的文獻搜索并進行歸納總結。每個小組共同完成相關課題PPT的制作，并在組內民主選擇一名同學進行匯報演講，在后續的十節課，每節課抽取10分鐘的時間，讓每組同學進行PPT匯報，教師在學生匯報后加入學生一起進行討論，通過組內討論和“共享知識”，以及PPT匯報后的相互點評，調動學生的積極性，提升學生的自主學習能力。

2.4優化考核方式

針對以往傳統考核方式進行優化。降低期末論文成績的比重，由原來的70%降低為50%，將上述工程實例CAE成績及自主課題的討論成績納入評定范圍，最后成績的評定標準為：出勤率（10%）+課堂表現（10%）+作業完成質量（10%）+期末論文成績（50%）+工程實例CAE分析（10%）+自主課題討論（10%）。

這種考核方式相比傳統的考核方式更加多元化，更加能體現出來學生的創新思維及自主學習態度，對學生綜合能力的評價更為準確。

3結論

立足應用型本科教育的人才培養目標，針對《機械CAD/CAM》這門課程傳統教學方式進行了分析，在應用背景下對教學方法及考核方式進行相關優化，并在機械設計制造及其自動化專業的兩個班級進行實踐。

從實踐效果來看，在這門課程中，增加工程實例分析及課堂自主課題討論，更加符合這門專業核心課程的學習形式，有利于激發學生的學習興趣和掌握整個課程知識點，符合應用型本科機械類專業的培養目標，取得了一定的效果。

首先，通過對工程實踐案例分析，提高了學生對就業方向的認識以及后續所從事工作的了解，對以后自身的職業定位及規劃有了根本性的認識。

其次，通過自主課題討論，使學生自主完成了相關課題的文獻搜索并歸納總結，提高了文獻檢索和總結能力、團隊協作能力及相關語言表達能力。

第三，引發教師對教學效果的反思，對于教師如何利用多元化的手段提高這門課程的教學質量及后續課程的教學改革和完善也提供了必要的幫助。

參考文獻：

[1]李志永，劉儼后，張海云，司馬中文.面向卓越計劃的《機械CAD/CAM》微課教學研究[J].教育教學論壇，2018（39）：179-180.

[2]張楠.CAD/CAM軟件技術在機械工程自動化中的應用[J].自動化與儀器儀表，2018（7）：163-165.

[3]崔松華.CAD/CAM技術在機械設計制造中的應用研究[J].考試周刊，2014（35）：99-100.

[4]李慧.機械CAD/CAE/CAM一體化技術的應用與發展前景[J].山東工業技術，2015（4）：37.

編輯/岳鳳