工業軟件自主化背景下CAD/CAM技術課程思政教學改革探索

摘" 要" 在當前我國大力推進工業軟件自主可控的背景下，分析工業軟件核心技術被西方國家“卡脖子”的困境，指出實施課程思政的必要性。將思政元素融入計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術課程教學，以社會主義核心價值觀為核心，以工匠精神為主旨，從教學目標、教學內容、教學方法以及教學評價等方面進行改革創新，并初步研究課程思政實施方案。將思政元素應用在課堂教學過程中，對大學生的世界觀、人生觀和價值觀均能夠產生潛移默化的積極影響。

關鍵詞" CAD/CAM技術；工業軟件；課程思政；教學改革

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）14-0092-03

0" 引言

計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術是機械類專業的主干課程，主要教授CAD/CAM系統的實現原理[1]。該課程旨在培養學生利用數學和機械科學方面的知識，解決工程數據計算機管理和處理、計算機圖形處理和模型數據表示等科學問題[2]。此外，該課程還旨在培養學生運用CAD/CAM系統對復雜機械工程問題進行建模、計算、測試和分析的能力[3]，從而為學生從事智能制造領域特別是工業軟件研發領域的相關工作奠定基礎[4]。

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，需要開展各類課程的思想政治教育，推進各類課程與思想政治理論課協同發展，形成協同效應[5]。2020年5月，教育部發布《高等學校課程思政建設指導綱要》，進一步強調推進思想政治教育的重要性，明確教師在育人方面的職責，堅持知識傳授與人才培養同等重要的原則，將價值引導與知識傳授相結合，幫助學生建立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

CAD/CAM技術課程是機械類專業中培養工業軟件領域復合型技術人才的核心專業課。該課程涵蓋理論知識，橫跨機械、自動化與計算機等多學科領域，同時對軟件的實際操作能力有較高的要求。然而，隨著課程難度的逐漸增加，學生在學習后期容易心生畏難情緒。因此，引入課程思政內容，將課程思政與專業知識傳授相融合，弘揚社會主義核心價值觀，傳播正能量，如愛黨、愛國和積極向上的力量，潛移默化地培養學生的科學精神和工匠精神等，形成深度融合專業知識與思政元素的專業課堂。

1" 課程現狀分析

1.1" 我國工業軟件發展現狀分析

工業軟件是工業領域知識軟件化的結晶，也是我國航空航天、汽車工業等高端裝備制造業的命脈。工業軟件的應用貫穿制造型企業的產品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）之中，對于推動我國現代制造業發展、變革和重塑制造業具有重要意義[4]。

我國在發展工業軟件方面相對較晚，與西方國家相比，工業軟件核心技術積累相對薄弱，主要依賴進口技術，如幾何造型內核、約束求解器等，導致我國工業軟件自主化水平嚴重低下，已成為制約我國制造業發展的“卡脖子”問題[6]。此外，某些西方國家還對我國的核心技術發起制裁，禁止將關鍵技術和軟件出口到我國，導致我國工業軟件的自主化之路布滿荊棘，容易陷入技術瓶頸。

為了擺脫這一困境，我國政府認識到，發展自主可控的工業軟件，對我國實現智能制造具有支撐引領作用，是推動我國現代制造業發展，擺脫工業技術“卡脖子”困境，使我國由“制造大國”走向“制造強國”的必由之路。因此，我國正在培育本土工業軟件企業，加大科技投入力度，鼓勵企業與高校、研究機構合作，推動研發創新，提高軟件產業核心技術水平。隨著持續的技術研發和政策支持，我國工業軟件核心技術將在未來逐漸得到提升[7]。

1.2" 學生現狀分析

作為中南民族大學機械類專業的基礎課程，CAD/CAM技術課程對于培養智能制造領域特別是工業軟件研發領域的專業技術人才發揮著至關重要的作用。受學校定位及辦學宗旨的影響，民族院校生源中少數民族學生比例較高，而區域教育發展的不平衡導致生源個體差異性較大[8]。在授課時間有限且授課內容難度大的情況下，如何保證教學任務的完成質量，同時激發學生學習興趣，是值得深思的問題。

此外，隨著互聯網的普及，一些缺乏自制力、自我管理和自我規劃能力的學生在學習CAD/CAM技術課程時容易產生懈怠和畏難情緒，隨著課程難度不斷提高，這會導致部分學生無法取得滿意的成績，甚至使用不正當手段通過考試。如果教師只注重CAD/CAM技術專業知識的傳授，而忽略德育知識的傳授，那么學生就無法意識到認真學習這門專業課對于我國擺脫工業軟件核心技術被西方國家“卡脖子”困境的重要性。

總之，教師作為知識的傳播者和課堂的掌控者，應該自覺地承擔教書育人的責任，在課堂上將思政元素融入專業知識教學，提高學生的專業素養和思想道德水平，從而培養有責任感、有擔當、有能力的復合型專業人才。

2" 思政元素融入課堂

2.1" 思政元素融入教學目標

根據工程教育認證對機械類專業的要求，在課程目標中新增終身學習目標，具體為：能夠理解智能制造時代CAD/CAM技術發展概況與現狀，掌握CAD/CAM理論的發展歷程、發展現狀以及工業軟件發展現狀，能夠結合大數據、人工智能等熱門信息技術展望未來工業軟件領域的發展趨勢。在實際教學過程中，教師可以從教學內容中抽象出學科的目標、內涵以及社會價值，使學生了解學科的實際應用和價值，引導學生正確認識科技的價值與作用，注重技術與人文的融合，增強學生的職業道德、責任感和使命感。同時，還可以引導學生關注國家科技政策與發展戰略，尤其是工業軟件核心技術被西方國家“卡脖子”的困境，強調工業軟件自主可控的必要性，鼓勵學生積極融入國家科技創新體系，強化民族自信心和凝聚力，使學生擁有終身學習的意愿和精神。

2.2" 思政元素融入教學內容

經過對專業知識的梳理、滲透和領會，挖掘思政元素與CAD/CAM技術專業知識之間的關聯。這些關聯可以用表1所示的專業知識、思政元素和課程育人目標的對應關系描述。

2.3" 思政元素融入教學方法

2.3.1" 問題導向

問題導向教學法是將CAD/CAM技術課程的理論知識轉化為問題形式，引導學生以問題為核心、以探究為主線進行思考、反思與質疑，增強學生的學習興趣和動力。通過引入與理論知識相關的實例，引發學生討論和思考，以此促進學生參與課堂，并形成主動式教學的“提出問題、分析問題、解決問題”方法。例如，在講解實體模型的計算機內部表示方法時，基于國內外不同的幾何造型內核，采用編程的形式創建機械零件的三維實體模型，對不同幾何造型內核所創建實體模型進行拓撲合法性檢查，讓學生了解我國在幾何造型內核這一類工業軟件底層核心技術領域與世界先進水平之間的差距，討論在國家、地方、高校、企業等不同層面應采取何種措施縮小這種差距，逐步培養學生執著專注、精益求精、一絲不茍、追求卓越的工匠精神。

2.3.2" 工程驅動

以實際工程項目為導向，能夠讓學生更加深刻地認識到理論知識在工程實際中的應用，在加強對CAD/CAM技術理論知識理解的同時，讓學生認識到工業軟件對于縮短研發周期、提升產品競爭力具有重要意義。攻克工業軟件底層核心技術，發展自主可控的國產工業軟件，是推動我國現代制造業發展、擺脫工業技術“卡脖子”困境，使我國由“制造大國”走向“制造強國”的必由之路。如在有限元分析實驗環節，分別采用機械設計課程所教授的傳統設計計算與強度校核方法以及基于ANSYS Workbench的結構靜力分析方法，針對典型機械零件進行強度校核，讓學生認識到工業軟件在機械產品數字化設計過程中的重要地位，感受“科技興則民族興，科技強則國家強”。同時，引入“華為事件”以及“哈工大MATLAB軟件禁售”事件，讓學生認識到工業軟件被西方國家“卡脖子”給我國科學研究和工業發展所帶來的嚴重后果，激勵學生投身自主化工業軟件核心技術研究領域，進而培養學生的家國情懷，激發學生為實現中華民族偉大復興而奮斗終身。

2.4" 思政元素融入教學評價

采用“線上+線下”多元化考核方式，將思政元素融入教學評價環節，例如：通過基于工業軟件的實驗環節，提升學生的職業素養；通過觀看我國工業軟件發展現狀的相關視頻資料，鼓勵學生對工業軟件自主化的思考。教學評價共分為四個環節。

1）課堂交流討論：占比10%，包括線上觀看視頻、查閱文獻資料并進行綜述等。

2）課程實驗：占比20%，主要是基于指定工業軟件，解決機械工程領域建模、仿真等問題。

3）平時作業：占比20%，主要是評價學生對工業軟件研發所涉及基礎學科知識的掌握程度。

4）期末考試：占比50%，采用閉卷筆試的形式，通過具體的工業軟件被西方國家“卡脖子”的案例，引導學生分析是否有必要發展自主可控的工業軟件。

3" 教學效果分析

對中南民族大學機械類專業CAD/CAM技術課程的評教分數進行分析，結果如表2所示，數據來源于學校教務處評教系統。其中，分指標評教選擇最能夠與課程思政相契合的“教書育人相結合”以及“增強創新意識與綜合能力”兩項。可以看出，兩項均能夠維持在“優秀”等級，表明學生普遍對課程知識與思政元素融合的教學模式感到滿意，對于培養學生的科學精神與工匠精神起到積極作用。

4" 結束語

在我國大力推進工業軟件自主可控的背景下，將思政元素融入CAD/CAM技術課程教學進行改革和創新，包括教學目標、教學內容、教學方法和教學評價等方面，并研究實施課程思政方案。教學實踐表明，教學改革對于大學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀產生積極影響，達到潛移默化的效果。

5" 參考文獻

[1] 劉菊蓉.機械CAD/CAM課程教學改革探索[J].中國教育技術裝備，2018（12）：96-97，106.

[2] 范一強，張懿奕，于源，等.研討式教學量化研究方法初探：以“計算機輔助設計與制造”課程為例[J].高教學刊，2018（2）：68-71.

[3] 夏紅梅，甄文斌，王紅軍，等.基于企業產品開發過程的“機械CAD/CAE/CAM綜合訓練”方法研究[J].實驗技術與管理，2015，32（9）：183-186.

[4] 趙飛宇.云架構CAD軟件及其關鍵技術與應用綜述[J].計算機集成制造系統，2022，28（4）：959-978.

[5] 習近平在全國高校思想政治工作會議上強調：把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

[6] 邵珠峰，趙云，王晨，等.新時期我國工業軟件產業發展路徑研究[J].中國工程科學，2022，24（2）：86-95.

[7] 高亮，李培根，黃培，等.數字化設計類工業軟件發展策略研究[J].中國工程科學，2023，25（2）：254-262.

[8] 雷聲，李薇，孔德龍.民族類院校機械制圖課程教學的思考[J].科技資訊，2019，17（8）：97-98，100.

[9] 郭冠男.基于Parasolid的CAD幾何造型系統的設計與實現[D].沈陽：東北大學，2012.

[10] 王牌.基于ACIS-HOOPS三維電磁仿真中的模型構建和網格剖分研究與實現[D].江蘇：蘇州大學，2015.

*項目來源：國家自然科學基金資助項目“融合輕量化網格與B-Rep的云架構CAD軟件特征模型數據表示方法研究”（基金編號：52105291）；中南民族大學中央高校基本科研業務費專項資金資助項目“基于B-Rep邊界特征約束的輕量化離散流形網格精確尺寸編輯方法研究”（基金編號：CZQ21023）；中南民族大學引進人才科研啟動基金自科項目“基于Web的三維輕量化建模技術及軟件研究”（基金編號：YZZ20002）。

作者簡介：趙飛宇，通信作者，博士，講師；楊詩怡，工程師。