高职《机械CAD/CAM》课程改革初探

王 颖

（陕西工业职业技术学院,咸阳,712000）

0 引言

进入21世纪以来，数控加工技术迅速普及起来，企业中对机械CAD/CAM人才的需求也越来越多、要求也越来越高。为了适应行业需求，高职院校机械类专业均开设了《机械CAD/CAM》课程，且作为机械类专业的核心课程。

《机械 CAD/CAM》课程的内容涵盖广泛，是一门综合性的机械专业技能课程。该课程综合应用机械制图、计算机绘图、工程力学、机械设计等方面的基本理论和基本技能，课程教学目标是培养掌握先进CAD/CAM制造技术，掌握从产品的造型设计、工程出图、加工制造全过程的高技能应用型人才。主要包括二维绘图、三维造型与运动仿真及数控编程。我院在教学中使用的是Pro/E野火版5.0软件，使用此软件教学可以使学生在有限的教学时间内掌握利用Pro/E软件进行零件的三维建模、产品的虚拟装配、零件的数控加工自动编程等专业技能，在这方面的教学，我院具备较丰富的知识储备和解决问题的思维方法与手段。

1 目前教学存在的主要问题

1.1 教学内容陈旧、理论与实践脱节

大多数学校在课程日常教学中，都存在着理论教学内容比较陈旧、理论与实践教学环节脱节、没有把CAD/CAM技术与相应的工程实际结合起来的现象。

课程结束后，一般都要进行实训周来进一步加强实践能力。目前，大多数教师课程实训周的任务布置大同小异，都是给学生提供一套二维图纸，例如减速器或虎钳，学生根据图纸画出三维实体造型并进行装配，或者是由学生自行选定成熟的装配进行设计并装配，也有要求学生测绘实体模型后，再绘制出实体造型。这样的实训项目不能体现出实际工程设计的理念，仅仅是从二维到三维的“转换”而已，将《机械 CAD/CAM》课程与其他机械类相关课程孤立起来，不利于培养学生的独立设计能力和实践创新能力。

1.2 教学资源有限，实践性不强

Pro/E 软件版本不断更新，市面上也有不少针对软件应用的参考书。但是真正面向高职院校学生的教材仍然匮乏，现有教材有些是着重讲解各项命令与按钮的使用，仅仅强调软件的使用，工程实践性不强，也不是具有机械行业背景的专业人员编写；有些是行业资深人士编写，这类教材生产实践的例子很多，也很鲜活，但讲解说明性的文字过少，适合具有一定工作经验的业内人士作为参考用书使用，并不适合作为基础比较薄弱的高职学生作为日常教材使用。

1.3 教学方法单一，教学手段不丰富

目前我院专业教师使用的教学方法，一般都是比较传统的软件应用类教学方法，就是按照教材章节的顺序，先讲解相关功能模块中命令和按钮的用法，然后让学生按照教师演示的具体做法学习软件操作，实训课上对课后相关图例进行综合练习。这样下来，学生对于课程的认识就仅仅停留在对基本概念及操作步骤的掌握上，当需要独立完成综合性的实例时就显得力不从心了。到课程结束时，也只是将Pro/E 软件用得比较熟练而已。将来走上工作岗位，面对实际问题时就会出现捉襟见肘的局面。这种教学方法割裂了软件与专业相关课程之间的相互联系，专业知识之间不能对接，专业素质体系就无法完善，当然就不能满足快速发展的 CAD/CAM 技术行业对高技能应用性人才的需求。

此外，教学过程中多是以教师为中心，学生只是被动地接受，实训环节也仅仅是完成老师布置的任务，不能有效激励学生，也没有充分体现课程的实际应用价值。

1.4 教师能力参差不齐,学生学习动力不足

Pro/E 软件属于CAD/CAM类中的高端软件，功能模块多，掌握起来难度也比较大，另外软件版本不断更新，对任课教师的自学能力也提出更高的挑战。高职教师平时教学和科研的工作量很大，外出培训的机会有限，对软件的掌握程度也就参差不齐。另外，部分教师机械类专业知识不够扎实，教学过程中只能局限于软件的使用方法和使用技巧上，无法灵活地将相关专业理论知识融入到课程中，讲课就是生硬的灌输，实训中对学生的指导也限制在软件应用上，并不利于学生职业能力的培养。

1.5 考核方式不合理，挫伤学习积极性

传统考核虽然同样将平时成绩和期末考试成绩都作为最终成绩的评价参照，但是期末考试成绩权重达到60% -70%，这种评价方式明显对学习过程的关注和考核太少。这样容易造成学生平时不注重知识的积累，到学期末搞突击学习，投机取巧来通过考试，造成学习动机不纯，学习氛围不够浓厚。

2 课程改革的具体内容

2.1 教学内容

《机械CAD/CAM》涉及计算机图形学、数控加工技术、计算机仿真等多门课程，是理论性和实践性都很强的综合性课程，具体教学时内容应体现知识的系统性、完整性、先进性和实用性，要兼顾理论和实践教学环节，并适当加强实践性环节。

首先，《机械CAD/CAM》课程分为CAD和CAM两个部分，其中CAD部分要求学生能够运用Pro/E软件对产品进行二维草绘、三维造型设计并进行装配；CAM部分要求学生能够利用Pro/E软件产生零件的加工轨迹，仿真加工过程，实现后置处理，并能将数控加工代码传输到数控机床上完成零件的加工。此外，教学内容根据专业及培养学生素质的需求，灵活掌控教学内容及进度。

其次，为了更好的培养Pro/E软件的实际应用能力，实训课程内容的改革也很关键。我院在《机械CAD/CAM》课程的实训专用周教学中，改变过去“一班一题”的陈旧实训项目，而选择能够把课程内容与专业相关知识结合起来的题目，例如结合《机械设计》课程，从而使学生的任务具有更强的实践性和综合性。例如，可以采用大型机械产品设计，学生要在实训周内完成设计任务的分析方案的确定、装置的总体设计、零件设计、装配图和零件图的绘制、机构运动仿真、设计说明书的编写等。学生在零件模块下设计完实体造型后，可通过工程图模块进行二维视图的转换，大大降低了传统二维作图的时间，提高了机械设计质量。最后还可以对所设计的零件进行模拟加工。这样整个实训环节就充分全面地体现了《机械CAD/CAM》课程的精髓，也锻炼了学生的实际解决问题的能力，潜移默化中提高了学生的职业素质。

2.2 教学资源

2.2.1 选择适合的教材

我院教学团队根据工程应用能力的需求，通过精选实例、融合专业知识编写了适合高职高专学生使用的《Pro/E5.0项目化教学任务教程》教材，属于“高职高专国家示范性院校机电类专业课改教材”，已经开始在本院2012级学生中使用，反馈效果良好。同时，为了保证学生课后练习的有效性和参考性，还编写了配套的《Pro/E5.0项目化教学上机指导书》。除此之外，为了满足高职高专教育对人才的要求，还编写了校内使用的实训指导书。这些教材涵盖范围合适，精心选择具体项目实例，有效地增强了学生的学习动力与兴趣，同时能保证学生专业和职业能力的培养。在学生具备一定的软件操作基础和设计能力后，教师再推荐一些由行业资深人士编写的参考书作为学生的课外用书。

2.2.2 结合实训基地

CAD/CAM 是制造加工技术发展的方向，Pro/E软件具有零件设计、工程图制作、机构运动仿真、有限元分析及加工仿真模块。通过该软件，学生能够在计算机上进行机械制图和零件工艺分析，熟练掌握加工编程方法。软件模拟与实际的机床加工往往不能有机连接，学生不能确信所学的知识是否有效果。因此，有必要将CAD/CAM 机房与我院的机加工技术训练中心结合起来开展实践教学，该中心集教学、科研、生产功能于一体，已开始承担机械工程、数控工程，材料工程学院“大机械类”专业学生实训和技能培训等任务。目前共有数控车床、数控铣床、数控加工中心、特种加工和普通车床、铣床、磨床等221台（套），为学生实训、教改科研提供强有力的支持和保障，也能进一步培训学生的实际工作技能。

2.2.3 不断完善的网络学习平台

建立开放式的《机械 CAD/CAM》课程网络教学与资源管理平台，将课程的教学课件、授课录像、电子教案、试卷以及课本实例文件等资源都上传到网络课程平台，学生平时课余时间也能继续学习、测试或者进行资源下载，还可以通过课程平台连接到主要的机械CAD/CAM学习网站进行学习，真正实现了教学资源的共享。

2.3 师资培养

2.3.1 培养双师素质教师队伍

我院的《机械CAD/CAM》课程的任课教师通过清华大学Pro/ E师资培训等项目，取得了相关职业资格证书的培训资格，他们既是课程的主讲教师，又是实训专用周的指导教师，同时还是职业资格证书的培训教师及考评员，这样无形中就提高了教师的整体软件应用能力，也培养了教师的专业实践能力，有利于双师型师资队伍建设。

2.3.2 以校企合作形式培养教师

定期安排任课教师深入企业进行实践调研，以企业真实案例为素材编写项目化教学内容，完成基于工作过程的课程开发，同时聘请企业工程技术人员进行现场教学，让学生从中熟悉并了解企业真实工作过程。教师在下企业锻炼的过程中，从生产一线获取了生动的第一手教学素材，大大丰富了教师的专业知识储备，帮助其更好地将机械CAD/CAM 知识运用到解决生产实际问题中，避免了理论和实践脱节的现象。

2.3.3 教师队伍的培养要多元化

首先，学生在实训中经常会碰到电脑出现问题的情况，任课教师需要具备较强的计算机基础知识，帮助学生及时处理，保证不影响学生的正常学习；其次，教师还需要有较强的机械理论知识，要把自身的机械制图、机械原理、机械设计、机械制造基础等基础课程和专业课程的相关知识夯实，整合知识结构，树立以培养学生的工程实践能力、创新意识与工程意识为主，三维软件设计能力为辅的教学理念，让学生明白软件终究是工具，无论功能多么强大，也离不开专业理论知识的支撑；第三，还要求教师具备再学习能力，Pro/E软件不断更新，教师应及时熟悉和掌握新版本的新功能、新界面，要做到这一点，教师一方面可以利用课余时间寻找最新资料进行自学，另一方面学校也要安排教师通过相关的专业培训机构的培训，从而进一步提高教师的业务能力。

2.4 教学方法与手段

2.4.1 采用项目教学法进行课程教学

课程教学采用项目教学法进行，紧扣工作任务，以项目为单位组织教学内容。对于建模方法或操作步骤，只需要分配少量课时给学生介绍清楚用法就行了。教学实例多采用工程中设计的零件或者加工的零件，让学生独立思考，完成三维建模并加工出来，在这个过程中总结软件的应用，逐渐培养了学生发现问题、解决问题的能力。这样，到具体工作岗位后才能更快地适应企业所使用的CAD/CAM软件与学校学的不一样或版本不同等情况，从而更快解决实际的工程问题。例如，教学案例可以选择一系列典型的图形、零件或机械产品作为项目，项目与项目之间遵循由浅入深、循序渐进的原则。

2.4.2 实行一体化教学

改变过去传统的理论教学与实践教学分开的教学方式，将教学课堂移至CAD/CAM实训实验室进行讲解，实行“教、学、练”的结合，在教学中以理论为基础，以Pro/E软件为平台，在软件教学讲解时溶入具体的理论知识，从而生动形象地让学生掌握课程知识。整个教学过程把握“老师少讲学生多做”的原则。通过师生的有效互动让学生独立地获取信息、制定计划并实施，在实践中学习，在实践中掌握技能和知识，自我构建知识与能力体系。

2.4.3 结合其它课程设计和毕业设计提高CAD/CAM的使用

可以在其它的课程中，尤其是一些课程设计的课程中，如《机械设计课程设计》、《工艺与夹具课程设计》、《数控加工工艺课程设计》、《数控编程课程设计》等课程的设计都可以利用Pro/E软件来完成，加强了本课程与其他专业课程的联系，整合了知识结构，同时也提高了软件的利用率。通过大量实际训练，使学生熟悉并掌握该课程在本专业各个工作岗位的应用，也提高了学生分析、解决问题的能力。同时通过课程设计等实训教学使学生进一步强化软件各模块（包括零件三维设计与装配、二维工程图、数控加工仿真及加工代码的生成、机构运动仿真等）的功能和使用方法；同时在毕业设计环节，针对具有CAD/CAM 软件应用水平较高及具有浓厚兴趣的同学，布置一些结合企业实际生产问题的课题，在毕业设计环节进一步培养知识的综合运用能力和专业素养。

2.4.4 积极开展第二课堂，发挥学生的主动性和创造性

在课堂之外，组织学生参加学院举行的Pro/E技能竞赛，从中选拔出的佼佼者再参加全省乃至全国大赛，在参与这些活动中，不仅使学生加深对所学知识的理解，同时让学生在参与竞赛的过程中主动思考，自觉参与探索，学会发现和解决问题的方法，为以后的继续学习打下扎实的基础。同时在全院范围推行清华大学认证的Pro/E培训，增强学生的就业竞争力。此外，教师团队与校内的“Pro/E”协会加大合作力度，定期举办一些专题讲座或技能竞赛，激发广大学生的学习热情，帮助更多的学生掌握好这项专业技能。

2.5 考核方式

成绩的评定不能只以平时成绩加上期末考试来总评，而是要对学生的实际能力进行全面的评价，坚持知识、能力、技能考核并重，以能力和技能为主的原则。考核方式既侧重学生对理论知识的掌握程度，又突出对解决实际工程问题能力的培养。任课教师团队编写了一套与课程体系密切配合的实训指导书，加强实践教学体系，同时进行全面的工程应用训练，激发了学生学习的兴趣与潜能，真正实现岗位能力的目标。

课程考核分数比例为“平时成绩40﹪+专用周设计20﹪+期末上机操作40﹪模式。

平时成绩占40﹪，主要包括上课考勤、课堂表现、实验课练习、网络课程平台自测等，此部分考核主要对学生学习积极性和阶段学习效果进行评价。专用周设计占20﹪，用完成一个设计的形式进行考核，开卷进行。期末上机操作占40﹪，由教师命题建立相应题库，考试时从题库随机出题，学生在计算机上进行答题，考试结束后统一将考试结果上传至服务器。考核方式和标准的改变突出了对学生《机械CAD/CAM》课程学习全过程的考核，改变了仅凭一次考试决定学生课程学习能力的状况，有利于对学生课程学习全过程的进行管理，减少了考试投机行为，加强学生学习的自律性和积极性。

3 结语

总之，机械《CAD/CAM》课程教学改革针对以前存在的教学内容与实际工作岗位脱节、考核方式不合理、教学方法单一、师资培养等问题，改革中以企业真实案例优化课程教学内容，以校企合作模式培养师资，以职业素质要求改进教学方法，以学生为中心开展教学，探索适应行业发展的教学模式。力图让学生在课程学习中实现学以致用，逐渐提高学生的职业素养，为学生就业助力。同时，课程建设是一个长期艰苦的过程，还需要教学团队的不断总结，实践、优化，在教学改革的路上走得更稳更好。

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