《CAD/CAM》課程優化與改革

李萌崛 曹劍飛 陳德平

成都工業學院材料與環境工程學院 四川 成都 611730

引言

在應對全球范圍內制造業技術變革和產業調整，我國正在積極實施“中國制造2025”，“國務院關于深化‘互聯網+先進制造業’發展工業互聯網的指導意見”，“國務院深化制造業與互聯網融合發展的指導意見”等一系列政策，推動制造業與互聯網的融合，加快建設制造強國的步伐[1-3]。模具CAD/CAM是互聯網與制造業融合的重要環節之一，高度的網絡化，智能化和精密化是模具工業發展的方向。模具CAD/CAM不僅僅能夠縮短制造周期提高制造精度，也能夠實現與互聯網和人工智能的高度融合[4-5]。

《CAD/CAM》是高校材料成型及控制專業的必修課程，是培養學生的計算機輔助建模能力和計算機輔助加工能力一門重要課程。該課程主要目標是培養學生能夠獨立地按照制品結構設計開發相應的模具，并在此基礎上進行數控編程完成模具的加工?！禖AD/CAM》具有高度的綜合性，兼具《塑料成型工藝與模具設計》，《機械制圖》，《機械設計》等基礎知識，是一門高度融合的學科。然而，當前高校教學中《CAD/CAM》課程出現了諸多不適應之處，無法滿足人才市場的需求。因此，國內高校將對《CAD/CAM》課程做出相應的改革及調整，從而有效應對人才市場的需求。

1 《CAD/CAM》存在的問題及面臨的挑戰

《CAD/CAM》課程是一門專業性非常強的實踐課程，需要學生具有一定的三維造型基礎和模具設計基礎，并應用所學的機械相關知識和模具設計知識，獨立進行模具設計和三維造型。目前，高?！禖AD/CAM》課程教學效果一般，外加上《CAD/CAM》課程缺乏實踐環節，從而導致了該課程教學水平發展遲滯，教學內容更新較慢。該門課程在教學過程中依然面臨諸多挑戰，具體如下。

1.1 課程體系不成熟

《CAD/CAM》課程教學體系依然處于探索階段，課程總體上缺乏系統性和規范性。在課程設計方面，部分章節的內容在深度和廣度不能滿足設計的需求，很多知識點依然停留在講述上，對于實際操作要求方面依然相對薄弱。在課程教學方面，系統性和科學性依然存在著不足，尚未形成完善的課程教學體系。

1.2 課程內容更新較慢

《CAD/CAM》課程在設計技術方面依然存在一定的滯后性，新的設計標準和設計方法在課程教學中難以體現。目前最新的設計標準和設計方法沒有引入《CAD/CAM》課程中，現在的設計方法依然沿用傳統的設計標準和設計理念。該現象將導致學習與實踐環節脫節，教學效果不理想和學生興趣都會不佳。

1.3 教學模式局限性

《CAD/CAM》課程主要是以上機實訓為主，學生缺乏對基礎知識的理解，UG模具設計的架構學習和相關的工程實踐。學生主要通過模仿教師的操作進行模具設計和數控加工的學習，缺乏對自主的設計和發現生產加工過程中所存在問題。

1.4 評價機制尚未健全

《CAD/CAM》課程考評體系處于探索階段，考評體系很難以直接全面反映學生對《CAD/CAM》課程的掌握情況，在知識應用方面的考評相對較少。學生通過上機操作完成模具的設計和數控加工程序的編寫，對學生應用方面和創新思考方面的考評依然是薄弱環節。對學生學習效果和知識掌握情況的考評體系依然處于探索階段。

2 《CAD/CAM》教學改革措施

針對以往《CAD/CAM》教學過程中存在的不足和面臨的挑戰，在新疫情防控常態化的前提下，穩步的推進《CAD/CAM》教學改革，培養學生創新實踐能力，協調好教學與考評之間的關系，從而充分激發學生的興趣和主動性，提高學生的創新意識和解決問題的能力。

2.1 轉變CAD/CAM課程教學觀念

對于高校《CAD/CAM》教學改革而言，首先應當徹底完成教學觀念的轉變，為后續的教學改革打下堅實的基礎。在“互聯網+”的時代背景下進行《CAD/CAM》課程改革，積極轉變教學觀念拓寬教學思路，是教學改革的重要環節。具體而言，高校教學中教師應當明確自己教學的目標，堅持正確的指導思想，以國家的教學教育方針及要求為導向，結合人才市場需求和學科特點，積極轉變課程教學的觀念，有意識地建設信息化的教學活動和教學環境，充分尊重學生個體差異化和多樣化特點，促進學生的專業技能發展。

2.2 對傳統教學內容進行調整和優化

對《CAD/CAM》課程改革首先應當對其教學目的和教學內容進行調整。在調整教學目的的基礎上，將《CAD/CAM》課程劃分為如下幾個教學模塊：

模塊一：模具結構和MISUMI設計標準。該模塊主要介紹國際模具企業所通用的MISUMI設計方案，模具功能化模塊設計方案，詳細介紹兩板式模具和三板式模具所包含的必要功能模塊。

模塊二：UG軟件中模具設計架構。該模塊主要介紹UG軟件在模具設計應用中的架構，其中包括模具裝配樹（項目初始化），裝配樹中組件，裝配樹中組件的管理（新建、移動及刪除等）。

模塊三：UG軟件在模具設計的應用。該模塊主要對UG在模具設計的應用教學，其中包括模具坐標系建立，模型的修補，分型面的建立，型芯和型腔的生成，龍記模架結構和調用，澆注系統和冷卻系統的設計。

模塊四：UG軟件在數控加工中產品方案。該模塊在主要介紹數控加工基本原理，數控程序基礎理論，刀具運動軌跡，刀具補償了，主程序和輔助程序，刀具切削方法和刀具種類等。

模塊五：UG在數控零件加工中的應用。該模塊主要詳細講解平面銑（底壁銑、面銑加工、手工面銑削加工、平面銑加工、平面輪廓銑加工、清角銑加工、精銑側壁加工、精銑底面、底壁加工等）和輪廓銑（型腔粗加工、型腔銑、拐角粗加工、剩余銑加工、插銑、深度加工銑、深度加工輪廓銑、陡峭區域深度加工銑、固定軸輪廓銑、邊界驅動、區域驅動、流線驅動、清根切削、3D輪廓加工）。

模塊六：模具設計及數控加工新的發展方向。該模塊主要介紹UG在模具設計和數控加工方面的新應用，主要包括UG與3D打印成型，多軸加工系統，多軸電火花加工系統，數控加工與仿真等。

2.3 優化教學活動設計

教學活動設計應當圍繞“以學生為中心，鼓勵人才成長”的成果導向（Outcome-based Education 簡稱：OBE）教育教學理念，根據社會需求的變化和技術發展，圍繞學生能力培養為目的進行教學活動設計。一方面，主要在教學內容中增加了模具結構和MISUMI設計標準模塊，以及來自企業的實際應用案例，使得教學和市場需求進行充分契合；另一方面，按照“興趣—實踐—理解—應用”的培養方法，對課程的教學內容和實踐項目進行設計。改變傳統的教學方法，改變學生被動接受知識局面，啟發學生進行主動探索式學習。對于教學活動的優化改革方面，主要從如下幾個方面進行改革：

改變傳統的教學活動授課方法。傳統《CAD/CAM》課程的授課地點是在機房，老師首先對設計過程進行在線操作，然后由學生進行模仿操作。這種傳統的教學方式，同學缺乏對設計加工零件結構特點思考進行思考，只用進行機械化的教學和復制。對授課方面的改革方面，應當在上課之前將下節課的任務進行布置，學生在上課前通過資料查詢，尋求解決的方法和總結失敗的原因，深入了解模具設計的過程和軟件建模的思路。完成任務以后再由教師進行講解，并對學生解決方法進行點評，將機械式的“收聽”轉變為“吸納”，并后續相關的課程和章節也采用CAD/CAM進行完成，強化學生對所學知識的應用。

采用多元化的教學手段。對傳統的教學活動進行優化，依靠多遠化的教學手段及教學活動實現教學過程中的師生互動，激發學生的學習熱情，促進學生的自主學習。教師應當逐步轉變傳統落后的教學模式，將《CAD/CAM》與云課堂和慕課平臺相互融合，利用最新信息技術，將三維造型和模擬仿真展現于學生面前。與此同時，云課堂和慕課平臺將講學內容做進一步的延伸，讓學生能夠了解并實際操作最新的設計平臺，獨立進行模具設計和產品加工仿真。

開展座談和學術交流活動。開展學術交流活動，并鼓勵同學們積極學習和交流是模具設計能力提升的最快的途徑。一方面，積極要求企業一線工程師和設計人員到學校參加交流活動，建立“雙師同堂”的教學模式；另一方面，借助信息化手段豐富教學形式，利用先進的網絡技術，對模具設計生產加工進行在線學習和交流。構建以學生為中心的線上線下結合的混合教學模式，促進課程教學由知識傳授到能力培養。

2.4 增設CAD/CAM的實踐環節

傳統的《CAD/CAM》教學是沒有實踐環節，通常認為上機操作就是實踐。但是上機練習操作和真實的模具設計工作依然存在不小的差距。在《CAD/CAM》課堂上多數學生都會機械記住操作的過程，對于究竟該如何一步一步完成設計工作還是不清晰。CAM教學過程中，同學單一學會各種銑削工藝，如何通過多種工藝協同加工零件依然存在較多的疑惑。因此《CAD/CAM》課程改革中增加實踐環節，安排部分學時同學進入企業的設計部門進行系統的了解和學習。實踐過程中，靈活應用各種教學方法，實現對學生的學習能力、設計能力、實踐能力和創新能力的培養。在合作企業完成《CAD/CAM》課程實訓，實訓時企業根據學生的意愿和企業的生產需要，安排學生進入所選擇的崗位進行學習。實踐過程中，學生必須進行獨立設計和獨立操作，讓實踐過程與企業的生產實際相互融合，防止實踐過程僅僅停留在觀摩層面。

2.5 進一步完善CAD/CAM成績考評體系

對《CAD/CAM》課程成績考評體系采用持續改進的多元化考評體系。多元化考評體系評量內容：評量教學目標所設定的知識、設計能力和實踐能力。傳統的成績考評方式主要是以課堂簽到、課堂作業及期末上機測驗三個部分構成，沒法量化考評學生的設計能力和實踐能力。傳統的考評方式過多注重學習的過程，對最終設計能力的考評相對較為忽視。新的考評體系將增加設計能力和實踐能力在考評體系中的分值比重，引導學生注重設計能力和實踐能力的培養。

多元化考評體系，評價主體除了教師以外，根據課程內容和教學需要，組織企業工程師和技術人員進行考評。根據教學性質和內容需要，采用多樣化的測試方法，比如：筆試、實際操作、作業、設計鑒賞，書面報告全面考評學生綜合設計能力。

3 結束語

將傳統的教學模式轉變為OBE教學模式，從根源上改變了我國自古以來的工科教育理念，將成為我國工科教育改革的新起點，使得學校的教學與市場和企業更好地契合。本文探索了《CAD/CAM》課程教學改革，明確闡述了以國家和市場需求為導向，對教學內容和教學活動進行重新設計，改變傳統的以教師為主體的原則，以學生為中心，鼓勵人才成長為導向。《CAD/CAM》課程教學改革從教學內容，教學活動，實踐環節和考評體系四個方面優化方案和改進措施，并在此基礎上對教學大綱和培養方案進行優化升級，最終探索出適合材料成型及控制專業的課程實施方案。該項改革強化了學生工程實踐能力，促進了老師教學水平，研究水平和實踐意識，推動了本科教學建設與課程改革。