基于项目教学法的机械CAD/CAM课程改革初探

陈 荣

(陕西广播电视大学理工教学部,陕西 西安 710119)

随着计算机技术和信息技术的发展,CAD/CAM技术在全球迅速普及开来。对制造业来说,CAD/ CAM技术是提高产品设计品质和制造品质、缩短产品开发周期,降低产品开发成本的强有力手段,已成为企业赢得市场的制胜法宝。

目前,高职类院校机械类专业都相继开设了“机械 CAD/CAM”这门课程。这门课程具有综合性强、实践性强的特点。传统教育中这门课程只是与一般专业课或专业基础课一样进行教学,即教师按照教材进行操作命令讲解,学生在机房学习软件操作。这种模式以教师为中心,学生被动地完成任务,课程结束后学生也只是提高了软件操作的熟练程度,没有真正掌握 CAD/CAM技术。很多学生到工作岗位之后都反映在学校学得太少、太浅、不会解决实际问题等。针对这些问题,我校机电教研室在机械 CAD/CAM课程中引入项目教学法,调动了学生的积极性和主动性,提高了其自学能力和解决问题的能力。

一、项目教学法的特点

项目教学法是以学生的自主性、探索性学习为基础,以培养学生综合能力为目标,采用类似科学研究的方法,师生通过共同实施一个完整的“项目”而进行教学活动。在职业教育中,项目是指以生产一件具体的、具有实际应用价值的产品为目的任务,能将某一教学课题的理论知识和实际技能结合在一起,具有一定的难度,不仅是对已有知识、技能的应用,而且还要求学生运用新学习的知识、技能解决过去从未遇到过的实际问题。

二、项目数学法在机械CAD/CAM课程中的应用

(一)确定实训项目及任务

项目教学法就是要借助具体的项目进行教学活动,使学生独立完成学习过程。因此,项目的确定是该教学法成败的关键,要求项目的可实践性强,完成项目过程的可操作性强,要让学生能根据自己掌握的专业知识和自己具备的认知水平、认知能力完成或至少能初步完成,使学生在完成整个项目的过程中实现从感性认识到理性认识的飞跃,并能为完成相似的项目积累经验和培养能力。

根据教学大纲有关知识技能的要求,经过认真斟酌,课程项目选用机械行业比较典型的减速器来实现CAD/CAM应用,具体任务是应用UGNX5.0软件实现一级圆柱齿轮减速器的几何造型和箱体加工,减速器如图1所示。

图 1 一级圆柱齿轮减速器

该项目体现了如下特点:

1.基本包括了全部教学内容

项目内容包括各零部件的几何造型,装配,工程图的生成,上、下箱体及其组合加工等,几乎涵盖了本门课称的全部教学内容。

2.难度适中并能适当拓宽学生的知识面

既有对以前所学知识的进一步巩固,又渗透了新知识。使学生运用已有知识、技能解决过去从未遇到过的实际问题。在项目中包含了以前课程中没讲过的内容,直口齿轮参数化设计、螺纹加工、箱体夹具设计等。

3.综合性强,覆盖面宽

本门课程在教学计划中安排在最后阶段,学生已经学完了大部分专业课,该项目涉及学生所学过的大部分专业知识,如机械制图、机械设计基础、机械制造基础、数控加工技术等。通过完成这个项目,学生可综合应用已学过的知识。

4.学生对教学内容既熟悉又有兴趣

对于减速器学生比较熟悉。在机械设计基础课程设计中已经完成了减速器实物模型的测绘及设计,在机械制造课程中也接触过,但如何应用 CAD/CAM技术实现三维造型和加工,学生对此有着强烈的兴趣。

5.具有广泛的实际应用价值

减速器用于汽车、矿山机械、冶金机械、化工机械、建筑机械、轻工机械等各种机械的传动,应用比较广泛,是典型的机械传动装置。

(二)项目的具体实施

该项目的实施过程包括如下四个阶段:

1.准备阶段

(1)布置本次实训要完成的项目、实训目的、要求和具体任务。任务按UG提供的功能模块布置,共有四个模块:零件几何造型、零部件装配、工程图创建、数控加工。

(2)教师与学生一起分析减速器工作原理和零部件的特点,画出减速器的零件组成结构,确定所属模块图,如图 2所示。

(3)将学生分成几个小组,每组 3-5人,以小组为单位制定项目实施计划,包括确定完成任务的方法、步骤、时间安排和每个人的具体任务分工;教师与各组学生一起修改完善实施计划,最后确定计划。

(4)准备好资料、手册等。

(5)确定减速器各零部件尺寸,由各组使用自己课程设计的图纸进行三维造型、装配。

2.实施阶段

项目实施按模块进行,分成四个步骤:

(1)在UG实体模块中进行零件几何造型;

(2)在组装模块中,装配轴部件和整个减速器;

(3)在工程图模块中,创建箱体工程图;

(4)在加工模块中,对箱盖、箱座和其组件进行数控加工。

3.描写实训报告

编写实验报告是整个教学的重要组成部分。它是制作者制作思想的体现,是项目成果的文字表达,也是学生撰写技本性文件能力的体现,因此,它是培养学生分析、总结、归纳和表达能力的重要方面。从课程开始时就应提醒学生将整个工作情况记人草稿本内,完成时将草稿丰的内容整理归纳后编写正式的实验报告。根据本课程和项目特点,实训报告要求学生在计算机上完成,通过抓图和使用Word软件,学生的计算机应用能力可得到很大提高。

(三)项目教学法实施过程中应注意的几个问题

在机械 CAD/CAM课程中应用项目教学法,应重视以下几个问题:

1.鼓励学生自己解决问题

当学生遇到困难和新知识时,鼓励学生自己解决,教师可以适当引导,提高学生在一定范围内学习新知识、新技能的能力。如在项目中遇到齿轮的参数化设计内容,学生以前从未接触过,感到无从下手,教师只讲解决这类问题的关键点,然后引导和启发学生自己去查资料,运用已有知识去解决问题。学生通过自己努力掌握了参数化设计的方法,完成了齿轮参数化设计并生成族表,各组又独立完成了其他标准件库的建立,学生体会到了战胜困难和自己获取新知的乐趣,也学会了学习。

2.采用“一题多解”形式

在零件几何造型和加工中,有多种方法可以实现,每一种方法不管难易都应该展示给学生,再由教师与学生共同评价各种方法的优缺点及适用范围,这样学生可以学到更多的操作技巧,全面吸收整个项目活动的精髓。如对于箱体零件造型有三种方法:第一种是整体造型再分割的方式;第二种是用箱座、箱盖分别造型的方式进行;第三种是将箱座、箱盖相关部分及共有部分集中造型,余下结构分开造型。这三种方式各有优缺点,整体造型方式造型方便,但形成箱座、箱盖的模型数据较大,其中包含有不是本体的数据(即箱座含有箱盖的数据,反之亦然);分体造型方式造型相对较为繁琐,但数据量合适;第三种造型方式综合了前两种造型方式的优点。经过与学生分析比较,决定采用第三种方式。

3.与生产实际紧密结合

学生对所学知识真正能融会贯通,需要到生产实际中通过体验和感性认识而内化知识和技能。在加工模块教学进行箱体加工时,学生对箱体在数控机床上的装夹和工艺参数的选择感到茫然。教师可利用现场录像或者让学生带着问题到实习工厂观察有关箱体加工,如箱体如何定位、如何夹紧,夹具的形式,压板和螺栓的形状,加工的整个过程等。这样,学生对以前所学的知识及其应用有了更深的理解。

4.教师指导要恰到好处

项目教学法的根本宗旨是让学生自己发现知识、提高技能,因此,教师一定要把握好指导尺度。在完成项目的过程中要因材施教,针对不同层次的学生教师指导的深度要有所不同。如果学生有问题,教师应该给予启发性、提示性指导,不但使学生记忆深刻,还能锻炼学生的思维,培养其创新能力。

项目教学法有其独特的优势,它体现了职业教育教学的特征。在机械 CAD/CAM课程中采用项目教学法激发了学生的学习兴趣,使学生在整个学习过程中充满热情。通过参与项目,学生理解了知识,学会了操作,提高了分析问题和解决问题的能力,培养了团队精神和合作能力。

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[3]肖国玲.高职院校开放实验室的思考 [J].机械职业教育,2005,(12).

[4]罗广思.对高职 CAD/CAM校本课程开发的思考 [J].中国职业技术教育,2004(1).