探索“模具CAD/CAM”課程的創新教學模式與考核方式改革

摘 要：模具制造作為現代制造業的重要組成部分，廣泛應用于汽車、航空、電子等多個行業。隨著智能制造和工業4.0的快速發展，模具設計與制造專業人才的需求持續增長。然而，當前“模具CAD/CAM”課程在教學中仍存在理論為主、實踐機會不足、設備更新緩慢、教學內容滯后等問題。本文分析了“模具CAD/CAM”課程本科教學的現狀，提出虛擬仿真、校企合作、項目制教學、教師培訓等創新教學模式以及課程考核方式改革措施，探討了如何通過教學模式創新和考核方式改革提升“模具CAD/CAM”課程的整體教學效果，培養具有現代模具設計與制造能力的復合型人才。

關鍵詞：模具CAD/CAM；本科教學；創新教學模式；考核方式

1 概述

模具制造作為現代制造業的核心組成部分，其設計與加工技術廣泛應用于汽車、航空、電子、醫療等多個行業［1］。隨著智能制造技術的快速發展，模具設計與加工領域對人才的要求也日益提高，要求學生不僅要具備扎實的理論基礎，還需要具備實際操作的能力。然而，當前“模具CAD/CAM”課程的教學模式仍然以傳統的理論教學為主，學生的實踐機會相對較少，教學內容也難以跟上行業技術的更新。

此外，隨著工業4.0的推進，企業對從事模具設計和加工的工程師要求更加多樣化，不僅要求其掌握傳統制造工藝，還要熟悉智能制造、數字化管理及現代化加工設備的操作與維護。這對高校的課程設置和教學模式提出了新的挑戰，迫切需要進行教學改革，以培養適應時代需求的高素質模具設計與制造人才。

2 現狀分析

目前，本科院校的“模具CAD/CAM”課程仍以理論教學為主，課堂講授側重設計、加工原理及數控編程，學生主要接觸二維圖紙、三維模型及軟件操作，缺乏實踐機會，難以直觀理解加工問題。受設備和課時限制，實踐教學有限，尤其是五軸數控機床等先進設備因昂貴復雜難以普及，影響對現代加工技術的掌握。同時，設備更新滯后，仍以基礎機床為主，難以覆蓋智能制造、增材制造等前沿技術，導致學生所學與企業需求脫節。傳統教學模式枯燥、互動性差，學生被動接受知識，學習興趣不高，實踐能力不足。此外，部分教師缺乏生產經驗，難以融入實際案例，教學內容滯后，進一步加劇理論與實踐的脫節。

3 “模具CAD/CAM”課程的教學模式創新與考核方式改革

3.1 增強實踐教學環節

3.1.1 引入虛擬仿真軟件

引入虛擬仿真軟件是增強實踐教學環節的重要手段，有助于彌補本科院校實踐教學資源不足的問題。目前，Mastercam、PowerMill、HyperMill等專業仿真軟件以及斯沃數控仿真軟件，在模具設計與加工中應用廣泛，尤其在復雜的五軸數控加工仿真、驗證及機床操作培訓方面具有較強的功能。這些軟件不僅涵蓋二維、三維數控編程，還能實現動態仿真、碰撞檢測、刀具軌跡優化等功能，使學生能夠在安全、可控的環境中熟悉加工過程。通過虛擬仿真，學生可以在計算機上完整模擬數控加工的全過程，包括刀具路徑生成、切削過程分析、工件最終成型效果評估等。同時，軟件提供的多軸加工仿真功能，使學生能夠直觀理解五軸聯動加工的復雜運動軌跡，并學習不同加工策略的應用，提高加工編程能力。此外，軟件還能模擬各種實際生產中的問題，如刀具干涉、工件變形、裝夾穩定性等，幫助學生在上機實操前發現潛在錯誤，培養發現問題、解決問題的能力。

相比傳統教學，虛擬仿真軟件減少了對實體設備的依賴，降低了實踐教學成本。通過該類軟件可以提供更豐富的案例教學，讓學生在有限的教學資源條件下反復練習不同的工藝方案，提升動手能力。同時，虛擬仿真還能突破時間和場地的限制，使學生能夠隨時隨地開展自主學習，增強學習主動性。結合實際設備的操作，虛擬仿真軟件不僅能提高教學效率，還能幫助學生更快地適應企業的實際生產環境，從而實現從理論到實踐的高效銜接。

3.1.2 應用虛擬現實技術

虛擬仿真和虛擬現實（VR）技術為“模具CAD/CAM”課程提供了創新的教學手段。在完成虛擬仿真后，學生可以通過VR設備沉浸式體驗加工過程。使用VR頭戴設備，學生可以以第一人稱視角觀察刀具的運動，仿佛親身操作數控機床，有助于學生更深入地理解加工過程。VR技術的互動性可使學生在虛擬環境中實時調整模型，如修改尺寸、優化結構等，從而提升設計質量。與傳統的二維模型展示相比，VR可以幫助學生更好地理解復雜幾何結構和加工要求。參考文獻［2］中的學者的研究表明，VR技術顯著提高了學生的空間理解力和實踐能力。張宇航［3］提出將VR技術應用于CAD/CAM課程的混合式教學研究中。此外，VR還能模擬真實的機床操作場景，結合力反饋裝置，幫助學生感受加工過程中的力學變化，這不僅彌補了實際設備的不足，還能在安全環境中進行操作訓練，降低了設備損耗和錯誤風險。虛擬仿真與VR技術的結合，不僅增強了學生的實踐體驗，還為模具設計與制造課程的教學改革提供了有力的支持。

3.2 更新課程內容，緊跟行業發展

3.2.1 引入新技術的教學內容

“模具CAD/CAM”的課程內容需要與時俱進，緊跟行業發展，確保學生能夠掌握現代模具設計與制造的前沿技術，以適應企業的實際需求。當前，智能制造、增材制造（3D打印）、數字孿生等新興技術正廣泛應用于模具行業，因此，在“模具CAD/CAM”課程設計和教學中應主動融入這些技術，使學生不僅理解其基本原理，還能掌握其在模具設計與加工中的具體應用［46］。例如，智能制造涉及數據驅動的生產優化、自動化加工和實時監測，可通過案例分析和軟件模擬讓學生直觀了解如何利用大數據、人工智能優化加工工藝，提高生產效率。通過優化課程內容，并結合理論講解、仿真模擬與實際操作，能夠有效提升學生的專業素養，使其在未來就業中更具競爭力。

3.2.2 企業合作課程開發

為了使課程內容更加貼近實際生產需求，高校可以與模具制造企業合作，共同開發教學內容和案例。學校可以邀請相關模具設計制造企業專家參與授課，講解企業實際生產中的模具設計與加工案例，并將學生設計的模具應用于企業實際生產中。企業也可以提供最新的技術和設備，使學生接觸到前沿的模具設計和加工技術。這種校企合作模式不僅能夠增強學生對企業需求的理解，使課程內容與企業需求相結合，還能幫助他們更好地將理論知識應用于實際工作中，學生能夠獲得更好的實習和就業機會，增強職業能力。此外，企業專家參與教學，也可以提升教師的專業素養和行業理解，促進教學質量的提升。

3.3 推行項目制教學

項目制教學是一種以學生為中心、以項目為載體的教學模式［7］。在“模具CAD/CAM”課程中，教師可以通過設立實際的模具設計與加工項目，讓學生分組合作，完成從設計到加工的全過程。項目制教學能夠將理論學習與實際操作相結合，通過項目實踐，學生不僅能提高動手能力，還能學會解決實際問題，培養團隊協作能力和項目管理能力。通過以下具體實施步驟實現：（1）項目選題，教師可以根據實際生產需求，設立多個模具設計與加工項目，要求學生根據不同的應用場景設計模具，并進行數控編程和加工；（2）設計階段，學生使用NX等三維設計軟件，設計模具結構，并生成數控加工路徑；（3）數控編程與仿真，學生將設計文件導入虛擬仿真軟件，進行數控編程和加工模擬，確保加工路徑正確，工件成型符合要求；（4）項目匯報與展示，學生在完成項目后，進行匯報展示，詳細闡述設計思路、數控編程過程以及加工結果。

3.4 教師培訓與實踐能力提升

為了使教師能夠緊跟模具制造行業的發展動態，學校應定期組織教師參加行業培訓和技術交流活動。通過與企業專家、技術人員的互動，教師可以及時了解最新的模具設計與加工技術，并將其融入教學中。此外，教師還可以通過參與企業的項目研發，獲得更多的實際生產經驗，并將這些經驗傳授給學生。學校還應該出臺相應措施鼓勵教師積極參與科研活動和技術開發項目，提升其科研能力和實踐經驗。通過參與科研項目，教師不僅能夠提升自身的專業素養，還能為學生提供更多的實際案例和項目指導。

3.5 考核方式創新改革

3.5.1 多維度考核體系的建立

傳統的課程考核方式主要以期末筆試為主，缺乏對學生實際操作能力、項目管理能力、團隊合作能力等多維度的考核。為應對當前教學需求的變化，“模具CAD/CAM”課程的考核方式應從單一的理論考試逐漸轉向多維度、多環節的綜合考核。該體系應包括以下幾個維度。

3.5.1.1 理論與實踐結合考核

在“模具CAD/CAM”課程中，考核應兼顧理論知識與實踐操作。理論部分仍然可以通過期末考試來評估學生對模具設計與數控加工原理的理解，但不應占據過高的比例。實踐部分可以通過課程中的操作項目、虛擬仿真練習、設計文件提交等方式進行考核。這不僅可以考查學生的操作技能，還可以檢查他們對模具設計的完整理解和創新能力。

3.5.1.2 項目式考核

結合項目制教學，可以將考核方式與學生在課程中所完成的項目掛鉤。通過設置實際項目任務，讓學生分組設計、編程并仿真加工，考核不應局限于結果，還應關注項目的過程管理、團隊合作、問題解決能力等。具體的考核指標可以包括：設計方案的合理性與創新性；數控編程的正確性與效率；加工模擬的精確度與安全性；團隊合作與項目管理的表現。

3.5.1.3 動態考核與持續評估

將考核貫穿整個學期的學習過程中，而非集中在期末。這種動態考核方式可以包括：課上討論、階段性設計報告、操作演示、虛擬仿真作業、進度匯報等。學生在完成每個環節后提交作業或報告，教師對學生的進步進行持續跟蹤和反饋，從而幫助學生在學習過程中不斷改進。動態考核的優勢在于其能夠促使學生自發地投入持續學習與改進過程中。通過不斷的反饋機制，學生可以更快發現自身的薄弱環節，并加以改進。此外，動態考核有助于培養學生的獨立研究能力，使其在未來工作中具備解決復雜問題的思維方式與能力。

3.5.2 引入創新性考核方式

3.5.2.1 電子檔案和過程性評估

鼓勵學生在整個課程過程中建立電子檔案（EPortfolio），記錄他們在模具設計和數控加工過程中的學習成果、反思和改進點。電子檔案可以包括設計草圖、編程過程截圖、仿真操作視頻等，這種方式不僅有助于教師進行全過程評估，還可以促使學生在學習過程中反思，提升學習效果。

3.5.2.2 應用基于問題的考核方式

基于問題的學習（Problem Based Learning，PBL）已經被證明是一種行之有效的教學方法［8］。在“模具CAD/CAM”課程中，教師可以設定實際生產中的問題，要求學生在規定的時間內提出解決方案并進行模擬驗證。通過這種考核方式，教師不僅能夠考核學生解決問題的能力，還能夠評估他們的創新能力和思維深度。

3.5.2.3 在線平臺與實時考核

隨著信息化技術的普及，越來越多的課程引入了在線學習和考核平臺。“模具CAD/CAM”課程也可以通過在線學習管理系統（LMS）進行部分考核內容的分發與評定［9］。比如，在線測驗、虛擬仿真操作作業上傳、遠程項目展示等。在線平臺的實時性使得考核更加靈活，并且學生的每次練習和操作記錄都能被系統追蹤，從而為教師的評價提供更多數據支持。

3.5.3 考核方式的個性化和靈活性

考慮到每位學生的學習風格和能力水平的差異，考核方式的設計應具有一定的個性化和靈活性，可以允許學生在特定范圍內選擇考核項目，如選擇五軸加工或三軸加工項目，或是選擇不同類型的模具設計案例。這樣不僅能滿足不同層次學生的學習需求，也能激發他們在擅長領域中發揮自己的優勢。

3.5.4 實施中的挑戰與對策

盡管創新性的考核方式能夠有效提升學生的學習體驗與能力，但在實施過程中也可能面臨一定的挑戰，如考核標準的不統一、教師負擔加重等。為解決這些問題，學校應加強教師隊伍的培訓，使其能夠熟練掌握新型考核方式的設計與評估方法。此外，借助信息化工具，如在線考核平臺和數據分析軟件，可以大大減輕教師的考核負擔，提高考核的公平性與效率。

結語

在“模具CAD/CAM”課程中，通過引入虛擬現實和虛擬仿真技術，不僅可以有效提升學生的實踐能力和學習興趣，還能彌補傳統教學設備與方法的不足。同時，教學考核方式的創新改革，包括多維度考核、項目制評估和過程性考核等，能夠更加全面地評估學生的綜合素質與能力，為他們未來的職業發展打下堅實基礎。未來，隨著智能制造技術的不斷進步，高校還需要不斷調整課程內容和教學方式，緊跟行業發展，為社會培養更多具備創新能力和實踐能力的高素質人才。

參考文獻：

［1］李和平，吳霞.現代模具行業現狀與發展趨勢綜述［J］.商場現代化，2007（3）：257.

［2］LIN X Y，SU X B.The Application of Virtual Reality Technology in Teaching Reform［J］.Advanced Technology in Teaching，2012，163：149156.

［3］張宇航.開放大學CAD/CAM課程混合式教學研究［J］.電大理工，2021（2）：6871.

［4］于佳濱，王非石，文天蔣，等.模具的智能化制造研究進展［J］.中國塑料，2024（7）：100105.

［5］雷學鵬.3D打印技術在塑料模具制造中的應用與創新方法［J］.網印工業，2024（10）：8890.

［6］朱姚，郭巍，劉小銳，等.基于數字孿生的注塑模具監控系統研究［J］.機床與液壓，2024（16）：1320.

［7］王慧，李長永，趙洋，等.新工科視域下項目制教學在卓越工程創新人才培養中的實踐探索［J］.華北水利水電大學學報（社會科學版），2024（5）：103107.

［8］喬連全.論基于問題的學習［J］.江西教育科研，2002（4）：810.

［9］陶蘭.高校學習管理平臺上的教師教學行為與教學信念研究［D］.杭州：浙江大學，2018.

作者簡介：呂濱江（1983— ），男，漢族，山東青島人，博士研究生，副教授，研究方向：材料成型與控制工程。