機械CAD/CAM課程培養應用創新型人才教學改革初探

張慧鵬

（運城學院機電工程系，山西 運城 044000）

1 引言

CAD/CAM技術是一項工程應用型先進實用技術，經過半個多世紀的發展，已逐漸成熟并得到普及應用，現已成為企業產品設計與開發不可或缺的工具[1]。機械CAD/CAM課程作為機械類專業的一門專業課程，其任務是使學生了解機械CAD/CAM技術的基本概念、應用方法和關鍵技術，掌握計算機在工程圖樣繪制、產品幾何建模、工藝規程編制和數控編程中的應用技術，具有分析利用CAD/CAM技術解決生產實際問題的初步能力，是培養從事機械設計、機械制造等應用型工程技術人才的重要課程之一[2]。

由于機械CAD/CAM課程具有很強的實踐性和一定的應用性，在學生由注重理論學習向結合工程實踐學習轉變的過程中，具有重要的承上啟下的作用，且該課程涉及眾多學科，內容及其廣泛，知識門類寬，傳統教學模式和考核辦法無法有效激發學生的學習興趣和創新思維，難以保證教學質量。因此，如何培養全面、熟練掌握CAD/CAM技術的工程技術人員，以滿足社會和時代需求，是機械CAD/CAM課程進行教學改革的主要任務和目標[3]。

2 教學模式改革

教學模式是為了完成特定的教學目標和內容，依據一定的教育學和教育心理學等理論，圍繞某一主題而形成的具有一定可操作性的具體教學活動方式，具有簡明穩定的教學結構理論框架，包含教學指導思想、教學目標、教學策略等基本要素[4]。傳統教學模式通常以老師為主體，重視老師的“教”，忽視學生的“學”，導致學生被動學習，極性不高，主動性不強，教學效果不理想。現代教學模式則強調在設計“教”與“學”的活動中必須重視學生的參與程度，要求“以學生為本”，突顯學生在教學中的主體性地位[5]。

2.1 改革教學方法，提高學生學習主觀能動性

教學方法，是指在一定的教學原則和教學思想指導下，在教學過程中，為完成教學任務，達到教學目的，而采取的行為方式的總稱，包括教師在一定教學理念指導下的教學方法和學生在教師指導下的學習方法，是學生為主的學習方法和教師組織的引導方法在教學活動中的相互融合和有機統一[6]。教學方法受到特定的教學內容的制約，應根據所傳授的知識內容特點，適時采用不同的教學方法或多種教學方法組合，因材施教，才能得到好的教學效果，若運用不好，則會出現“教師滿堂灌、學生被動聽”的局面。

在《機械CAD/CAM》課程中，根據不同的章節內容特點，可采取不同的教學方法。例如，在講授機械CAD/CAM技術內涵，CAD/CAM系統的結構組成、作業過程和主要功能，CAD/CAM技術發展歷程與當前研究熱點，CAD/CAM系統常用數據結構、數據管理模式等內容時，可采用講授法。講授法是一種主要的教學方法，教師一般以生動簡潔的口頭語言為載體，系統明了地向學生傳授知識，具有在較短時間內，可向學生傳授較多的有關各種現象和過程的知識信息，教學效率高，教師容易控制教學進程的優點。在講解過程中，語言組織應生動形象、清晰準確簡練，語音語調要抑揚頓挫、富有節奏，板書要條理清楚、通俗易懂，注意手勢語言和身段語言的應用，并用充沛的精力和積極的情感感染學生。

在講授圖形變換技術、計算機輔助繪圖技術、機械CAD/CAM建模技術，有限元分析、優化設計和計算機仿真等內容時，可采用項目教學法。項目教學法是師生共同學習研究，共同實施完成，共同提高自身能力的教學方法，具有學生是主體、老師來引導、項目為主線的特點。在實施過程中，教師擔負教學過程的組織者和引導者的角色，需在課堂上有意識地引入一些具體的工程實際案例，根據案例進行有關知識點及操作方法的教學；學生需發揮自身的主體作用，在老師引領下，根據案例確定目標要求和制定具體計劃，并將自己的創新思維融入設計實踐過程。這種方法可有效調動學生學習興趣，增強學生探索新知識的欲望，培養學生多角度發現分析解決問題的能力和創新思維意識。

在講授計算機輔助工藝設計、計算機輔助數控加工編程等內容時，可適當采用現場教學法。現場教學作為一種現代教學組織形式，能夠輔助傳統教學手段，增強教學趣味性，豐富學生感性認識，彌補傳統課堂教學的不足，極大促進學生對書本知識的進一步理解和掌握，有效培養學生利用理論知識解決實際工程問題的實踐能力。在實施過程中，教師要有針對性地結合有關理論知識，創設與真實工作場景相似的實踐教學情景，多角度引導學生充分感知感性材料，深化學生理性認識，鼓勵學生勤于動手操作，發現問題、解決問題，同時通過與工作環境相似的現場教學場景，還能為學生畢業后零距離上崗創造條件。

在課堂教學中，教師需時時創新教學方法，構建師生合作關系，創造民主課堂氛圍，充分尊重學生在課堂上的權利，適時恰當地引導學生發現問題、思考問題，鼓勵學生勇于質疑，注重開展討論式學習教學。實踐證明，課堂討論本身符合教育教學的規律，是構建高效課堂的重要途徑，與傳統模式相比較，開展課堂討論，一方面能夠有效調動學生學習主動性，充分發揮學生的主體作用，能讓更多學生參與教學、主動學習，讓學生在討論中互相啟發、不斷思考，以及共同探索，從而在交流合作中完成知識的自我建構、自我生成；另一方面，課堂討論可以彌補傳統教學缺陷，使學生敢于質疑問題，敢于標新立異，敢于大膽求新，從而發展學生的創新思維、發散思維和想象能力，有利于培養學生的創新意識和探索精神等非智力因素。

2.2 采用先進教學技術，拓展學生能力提升途徑多元化

現代教育技術和先進教學手段可有效改變傳統的教與學的方法，將枯燥無味的教學內容生動化，為學生提供形象、直觀、逼真的教學環境，學生興趣濃厚、大腦興奮、思想集中，從而可使課堂教學呈現出激動活潑的學習氛圍，取得良好教學效果[7]。在教學過程中，教師應在事先明確教學目標的基礎上，依據因材施教原則，把握教學對象的差異和教學內容的特點，通過合理的教學設計，采用現代教育技術和先進教學手段，選擇運用圖片、動畫、視頻等教學素材，把抽象知識直觀化，繁雜問題簡單化，有效促進學生對知識的理解和掌握。相對采用傳統教學手段，以教師為主體的“滿堂灌”“填鴨式”的課堂教學，融合了現代信息技術以學生為主體的課堂教學，更能夠培養學生的邏輯分析能力和創新精神。在實際教學過程中，先進教學手段與傳統教學手段二者互為補充，有機結合，相輔相成缺一不可，共同參與教學全過程，可形成合理的教學過程結構，達到最優的教學效果。

積極鼓勵輔導學生參加“挑戰杯”等科技競賽、大學生創新創業訓練項目和“三下鄉”社會實踐活動，形成“一賽一練一實踐”的有利于培養大學生創新精神與實踐能力的課程教學體系，拓展學生能力提升途徑。例如學習機械CAD/CAM建模技術等課程內容，可以引導學生參加全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、全國三維數字化創新設計大賽等，激發學生的學習熱情，形成以賽促學局面；學習計算機輔助工程分析等課程內容，可把有關機械有限元分析、機構優化設計等內容融入到大學生創新創業訓練項目，增強學生的動手能力和設計能力，形成以練強學的態勢；學習計算機輔助工藝設計、計算機輔助數控加工編程等內容，可為學生“三下鄉”社會實踐活動中指導當地制造業的發展建言獻策，做到學以致用，以實踐升華學習內容。

采用先進教學技術和拓展學生能力提升途徑，容易創設特定的學習情境，在實際教學中，可創設故事、游戲及合作競爭等具有創新意識的問題情境和生動有趣的練習方法，通過入情入境的教學，有效吸引學生的求知欲望，激發學生的創新興趣。

本研究通過觀察右胸導聯(V3R、V4R、V5R)心電圖，發現V3R、V4R、V5R導聯的R波振幅比率在兩組之間比較，差異均有統計學意義，且根據V3R導聯R波振幅比率的心電圖算法，其ROC曲線下面積較大；以V3R導聯R波振幅比率≥0.41鑒別LVOT起源的敏感性為81.4%，特異性為83.3%。研究證實，右胸導聯心電圖對室早左右室起源的鑒別具有一定的臨床價值，且V3R導聯R波振幅比率的診斷價值較高。

3 課程內容改革

作為20世紀最杰出的工程技術成就之一，機械CAD/CAM技術給機械制造業從產品設計到加工制造整個生產過程帶來了深刻、全面、根本性的變革，其在高速切削和超精密切削加工技術、特種加工技術、增材制造技術、表面工程技術和微納制造技術等先進制造技術領域的不斷擴展，不但提高了生產效率，減少了生產周期，而且還能在保證產品質量的前提下，及時對產品更新換代，快速響應市場變化[8]。但是，CAD/CAM新技術、新知識在教學中增加遲緩，不利于學生全面素質的提高和創新意識的培養，且實踐訓練環節不足，多為驗證性實踐環節內容，不利于培養學生分析和解決工程實際問題的能力。

3.1 精選教學內容

教學內容是教學過程中師生相互作用有意傳遞的主要信息，是為完成教學目標，服務教學目的在教學過程中動態生成的素材及信息，其應體現與時俱進、精益求精的精神，做到適時、實時更新[9]。機械CAD/CAM技術課程需反映CAD/CAM技術在國內外的研究現狀及發展趨勢，應與計算機輔助設計職業標準相結合，滿足產品造型、裝配、加工和CAD/CAM 工程師等崗位職業能力要求，實現課程內容的職業化。在教學過程中，針對不同章節，選取國內外當前最新的研究內容，例如在講授優化設計內容時，可介紹神經網絡、模糊決策、遺傳算法等先進優化算法在機械設計中的應用，使學生了解最新的機械設計方法；在講授機械CAD/CAM建模技術時，選取一系列機械行業企業典型的軸類、盤蓋類、叉架類和箱體類等零部件，從易到難，以點帶面，循序漸進，注重提高學生學習效果和培養學生活學活用能力。

在實際教學中，教師可把教學內容按照難易程度和要求掌握的程度，分為基本內容、深化內容、綜合內容和拓展內容四個層次，做到面向全體，又兼顧個別，使不同層次的學生思維都能得到有效鍛煉。同時可結合相關內容，運用不同學科知識，從不同角度和層次分析探索解決行業痛點、社會焦點、全球熱點等問題的思維和途徑，培養學生綜合運用知識的創新能力。

3.2 強化實踐訓練

實踐技能訓練是工科類專業人才培養中至關重要的一個教學環節，可有效提高學生的動手能力、分析問題能力及創新能力。機械CAD/CAM課程在講授機械CAD/CAM建模技術、計算機輔助數控加工編程等內容時，應以典型案例為素材，強調學生上機操作為主，對于相關軟件的使用方法、操作命令、常用技巧等內容多加練習并掌握，從而能夠熟練進行機械零件的實體造型、虛擬裝配和數控加工程序編制等操作，并可后置處理自動生成NC代碼，對NC代碼進行一定程度的人工檢查編輯修改后，上傳至數控機床加工實物。積極鼓勵學生參與機械專業與CAD/CAM有關的學科競賽，如全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、全國三維數字化創新設計大賽及機器人比賽等，把比賽內容融入到日常實踐教學過程中，以賽促練；鼓勵學生積極參與老師所承擔的科研項目中與機械CAD/CAM技術有關的研究內容，如有關機械優化設計方面的課題內容、機械CAD/CAM有關課程學習資源的開發研究等，通過項目加強實踐訓練。

心理學研究表明：在手腦并用時，大腦的創造性有關區域受到刺激而活躍起來，手使大腦的功能得以發展，變得聰明，大腦使手的技能得以訓練變得靈活。因此在實際教學中，多為學生構建實踐平臺，多留實踐操作空間，讓學生多動手進行實踐，在實踐中掌握內容、學習知識，以此增加他們自主創新的信心和勇氣。

4 考核方式改革

目前，CAD/CAM課程大都采用傳統的考核方式，或以紙質考試為主，或以綜合實訓考核為主。其中紙質考試以客觀題理論考核為主，雖能考查學生理論知識的掌握程度，但不能較好地實現實踐部分的考核；綜合實訓考核則主要由任課教師根據課程內容布置一個相關的綜合性題目，學生課后完成，考核隨意性較大，不能有效考核學生已掌握的知識。兩種考核方式都是重結果、輕過程，重視學習知識內容的考核，輕視學習過程能力素養的考核，且相互割裂，沒有形成有效互補，因此考核方式單一，評價維度不足，缺乏過程發展性的評價理念，不能全面考核學生的整體學習效果和綜合能力，無法較好完成課程考核任務和培養目標，影響新工科應用型人才的培養水平及學生綜合能力和素質的提高，使得學生工作能力不能滿足社會需求。

在機械CAD/CAM課程考核過程中，不僅需要考核學生對基本概念及基本技能的掌握程度，還要考核學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力，同時還需關注學生學習過程及能力素養的考核。因此在考核過程中，機械CAD/CAM 課程考核方式應采用“理論+實踐”的過程式考核方式，即“學生成績=理論知識考核成績+實踐應用能力考核成績+學習過程考核成績+能力素養考核成績”，體現“講一學二考三”的思想和創新能力培養的要求。其中理論知識的考核主要以課程的基礎知識概念、基本原理與方法等適合理論考核的內容為主，可通過閉卷或者在線測試的形式進行考核，此部分成績重在檢驗學生理論學習的效果；實踐應用能力考核重在考查學生分析和解決工程實際問題的能力，以綜合性題目、企業典型案例、學科競賽內容、教師科研項目等內容為素材，考核學生的專業知識掌握程度，實踐技能的熟練程度及解決實際工程問題等方面能力；學習過程及能力素養考核包括學習過程中所涉及的考勤、課堂提問及討論等可定量考核的環節和實踐過程中涉及的工作態度與責任感、團隊合作精神、項目溝通能力、計劃執行能力、獨立性和創新性等可定性考核的環節，這種過程考核方式能真實地反映學生的學習過程，又能調動學生參與實踐教學的積極性與主動性，同時還可有效塑造學生團隊協同溝通及職業綜合素養能力。

5 結束語

通過教學方法和技術、教學內容、考核方式等方面的改革，改變傳統機械CAD/CAM課程課堂教學模式，實現以學生為主體的現代課堂教學模式和課程內容的與時俱進性，建立理論和實踐考核并重，加強過程性考核，定性與定量相結合的多維度考核評價體系，可有效激發學生學習興趣從而主動學習，提高學生在生產實踐中發現問題并能利用所學知識分析解決問題的能力，培養學生在學習過程中養成良好的創新意識，滿足社會和時代對高技能創新型人才的需求，實現應用創新型人才培養目標。