機械CAD/CAE課程在機械專業的教學方法改革與探討

杜風嬌　劉建剛

摘? 要：列舉武夷學院機械專業機械CAD/CAE課程在機械設計制造專業的設計方向的目前開展情況，針對課程進展的不足之處：學生脫離課堂的個人動手能力較差，提出相應的對策，達到提高學生動手能力目標，針對現有的實驗教學大綱，進行改進，提出新型實驗教學大綱，添加綜合性設計應用實驗課程。添加在線慕課課程，針對低年級自主學習積極的學生可以主動提前學習該軟件，對課程安排時間進行了（由原先第7學期改為第5學期）的修改。

關鍵詞：機械CAD;實驗;教學;設計

ABSTRACT：This paper lists the current development of mechanical CAD/CAE course in mechanical design and manufacturing specialty of Wuyi University. In view of the shortcomings of the course progress，this paper puts forward corresponding countermeasures to improve the students'practical ability，aiming at the existing experimental teaching syllabus，and puts forward a new experimental teaching syllabus. Outline，add comprehensive design application experiment course. Adding online course，students who are active in self-regulated learning in the younger age can actively learn the software ahead of time，and modify the course schedule ahead of time.

Key words：Mechanical CAD;experiment;teaching;design

為適應社會對人才的需求及社會經濟發展，人才培養類型分為學術研究型、工程研究型、技術實踐型和技能實踐型四種。武夷學院定位為地方應用型本科院校，其培養的重點是技術實踐型和技能實踐型。因此，在保證所培養學生“理論基礎扎實”的同時，更要注重提高學生的“實踐創新能力”。

一、課程開展情況

針對機械專業的學生，不管從事設計、工藝還是生產管理的工作類型，都必須掌握機械CAD/CAE課程，為將來的工作奠定基礎，與企業進行“無縫連接”，機械CAD/CAE課程所指定的Creo軟件可以進行三維設計、工程圖繪制、數控車、銑自動編程、CAE工程分析等，武夷學院機械CAD/CAE技術課程目的實驗教學大綱涵蓋Creo以上列舉的五大模塊，所以CREO軟件作為機械類專業的工程人員的一個設計工具，是每個大學畢業生必需掌握的。

二、我校在機械CAD/CAE技術課程的現有基礎：

目前對本項目實施現有條件如下：

（1）武夷學院數控虛擬仿真平臺擁有高配置電腦31臺，已安裝CREO3.0軟件，

（2）武夷學院工程實訓中心現有FANUC系統數控車床10臺，數控銑床5臺，可用于學生在CREO軟件中導出的數控車、銑床的數控程序進行課程實驗認證。

（3）機械CAD/CAE任課教師擁有CREO軟件的多年企業實踐使用經驗，并具有高級數控技工證書，工程師證書，可以承擔本課程實驗操作教學、實訓及考試任務。

（4）該課程安排于學生培養計劃第7學期，作為專業必修課程，且約10個為實驗操作學時。學生在學習機械CAD/CAE課程之前，已修機械制圖、AUTOCAD等專業課程，掌握一定專業知識和技能，具備看圖分析和三維邏輯空間想象能力。

（5）在教學過程中遵循以學生實踐能力、創新能力、科學思維能力和探索精神的培養為核心的實驗教學觀念，重視實驗教學與科研、工程和社會應用實踐的結合。

總之，經過近幾年發展，機械CAD/CAE課程已作為機械專業課中的骨干課程，也已基本具備所需硬件和軟件條件，能夠滿足課程改革的要求。

三、提出改進的方案

為響應武夷學院作為應用型本科院校的教學模式，實踐教學在本科人才培養體系中一直處于舉足輕重的地位，被視為驗證理論的主導性教學，實踐教學教師亦被劃定為主要的教學人員，這在一定程度上更利于應用型人才培養目標的實現。因此，分析傳統實踐教學模式中存在的問題，并提出操作性強的針對性改革措施，是提高我校實踐教學效果亟待研究的重大改革之一。具體操作：1）將機械CAD/CAE課程中所使用的CAD軟件-CREO實踐操作錄制成視頻課程，制作案例庫成為機械類工科學生的必備掌握的軟件課程，2）建立教師與學生的互動平臺，針對學習過程中出現的疑點與難點問題，首次在課堂上與學生預約疑難解答時間并進行視頻與語音的錄制，為第二屆CREO學習的學生在學習過程中容易出現的常見問題，提供問題解決參考辦法。

1.在線課程改革

結合我校參與大學生創新大賽、及機器人大賽的學大多數都為二年級、三年級的學生，而機械CAD/CAE課程這門課程的開設卻安排在三年級下學期和四年級的上學期，導致很多學生在參與競賽的前必須自學機械CAD/CAE課程所涉及的Creo軟件或SolidWorks軟件，機械CAD/CAE課程進行改革后，學生可以根據自己的興趣愛好自行在線學習Creo軟件。

2.課程時間的改革

將課程的上課時由元第7學期（大四上學期）修改成第5學期（大三上學期）進行授課，這樣修改與學校的的機械設計創新大賽的時間相吻合，及后續夾具設計課程設計（機械制造技術課程設計）奠定基礎，使得學生在設計家具時繪制夾具的三維圖方案。

3.理論部分內容改革

理論部分包括機械CAD/CAM技術的基本概念和基本方法、圖形處理技術、建模技術、數控編程、CAD/CAM集成等，是三維繪圖運行的核心部分，掌握這部分內容有利于學生加強對三維繪圖本質的理解和對數控仿真結果的認識。其內容安排以軟件計算原理基本流程為主線，計算方法上有重點講解，關鍵在于引導學生把握三維繪圖后臺計算的本質，培養學生對三維畫圖計算思路。

其內容安排如下：理論課程部分使用教程改進前使用的教材：機械工業出版社，陳英主編的《基于Proe的CAD/CAM技術》，改進后使用國家十三五重點出版物的教材：機械工業出版社，王隆太主編的《機械CAD/CAM技術》，改進前教材介紹Proe2.0軟件的操作原理，陳述的軟件版本較低，不適應當前市場的主流。主要講解軟件內的一些計算方法和計算原理，講解Proe仿真的基本概念和基本流程;仿真模型的建立以及相互之間的轉換;改進后教材主要圍繞Creo軟件使用的計算方法，及其目前機械CAD/CAM技術的發展階段。

4.繪圖仿真內容改革

改革前，繪圖仿真工具部分主要是講述基于Proe軟件的繪圖仿真軟件的應用，改革后繪圖仿真工具部分主要是講述基于Creo軟件的繪圖仿真軟件的應用，掌握這部分的內容是幫助學生掌握實現繪圖、仿真的手段。繪圖、仿真工具作為一種計算機輔助工具，在講課中應始終圍繞要解決的繪圖問題來進行，并突出不同特征命令的特點及操作應用流程，引導學生通過操作、實踐來自我學習和練習。

其內容安排如下：Creo基礎、繪制二維圖、實體零件建模、曲面特征建模、工程圖生成、零件裝配、Creo/NC加工（車削、銑削），及實驗指導書附加內容：Creo simulate有限元模塊（及Workbench軟件的有限元的操作）：有限元軟件界面的介紹、基本操作、基礎建模、網格劃分方法、靜態分析、模態分析、預應力下靜態分析、預應力下模態分析、機構運動學分析、接觸分析、失穩分析、疲勞分析、動態時間、動態頻率分析、動態沖擊、動態隨機分析、敏感度設計研究、優化設計，改革后的實驗課內容較改革前添加優化設計、機構運動學分析、及Workbench軟件的部分操作實驗項目。

總之，繪圖仿真理論和工具都始終圍繞課程主線來安排，通過相互之間的聯系來加強學生對繪圖和仿真系統的認識和掌握，相應實驗課程的安排也是如此。通過實踐活動將理論知識得以應用，并進一步鞏固理論。

四、實踐環節的教學改革

加強實踐環節：在本課程中實驗課程約占總學時的69%，其中綜合性設計性實驗的內容占12%，實驗內容基本覆蓋了理論課的授課內容。在安排上也圍繞課程主線進行，使理論課和實驗課成為有機的整體，其目的要求如表1所示。

五、課程考核方式和評價的教學改革

考試形式可采用閉卷或大作業的形式。我們采用閉卷考試的形式，以下是評分標準：

考核成績由平時成績和期末考試成績組成，平時成績由作業和出勤、課堂紀律、平時測試四部分組成。

成績比例按規定：平時占30%，期末考試占70%;平時成績中作業、出勤、課堂紀律、平時測試各占平時成績的25%。

六、教學方式改革

由于該門課程不僅涉及到機械CAD理論，還涉及到仿真工具，內容較多，如何激發學生的自主學習能力是一個關鍵。為了能夠進行有效的課堂教學，激發學生的主觀能動性，筆者在教學實踐中貫徹在教師指導下的、以學習者為中心的學習方式。例如，在教學設計中結合傳統教學方式，在以下幾個方面發揮指導作用：

激發學生的學習興趣，幫助學生形成學習動機。學生通過“機械CAD/CAM技術”的學習已掌握了三維繪圖的機械CAD理論的基本知識。為后續三維繪圖、數控仿真、有限元的應用意義奠定理論基礎，

通過提出適當的使用工程實際例子，有學生主動動手繪制工程實例三維圖、工程圖、數控程序生產，及有限元分析，運動學分析，讓學生掌握機械CAD技術在實際應用的舉足輕重的作用，啟發學生進行思考和討論，增強認識。例如在計算機數控加工編程部分，講解產品加工工藝步驟，才可以在軟件中設置相關參數，如退刀坐標系的選擇，退刀面的選擇等。

（3）布置作業，由于機械CAD/CAE技術課程主要涉及軟件操作熟練性，課后作業安排教材的練習，由學生在課后進行練習，在作業繪制過程中，出現問題及時請教同學，或者通過QQ聯系老師，請教老師解決方法。每周設置一次晚自習的時間作為答疑課程的時間。

七、教學效果

通過教學設計和教學實踐，學生在課堂上積極主動地進行思考和回答問題，對學習充滿了興趣，能夠在老師的引導下主動自發獨立主動地完成實驗內容，有些同學則更為深入，與教師探討復雜產品的數控加工程序（車、銑、鉆、鉸多工種程序集合應用）;及復雜裝配體的有限元分析、機構分析模塊知識的應用。學生在機械創新設計大賽作品方案的制作中起到非常重要的作用。

總之，學生在學習過程中發揮了主體作用，提高了綜合分析能力和創新能力。

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作者簡介：杜風嬌（1987-），女，江西豐城人，武夷學院機電工程學院，工程師。（福建武夷山354300）

基金項目：福建省中青年教師教育科研項目（JAT170588）-閩北涼席生產線-涼席竹片打磨機研究與分析。福建省中青年教師教育科研項目（JT180544）-耕田機的行走裝置全新設計及應用;武夷學院校級課題（XL201802）：茶葉烘干機流場分析及其進氣方式的優化研究。