机械CAD/CAM技术课程教学改革与创新探讨

乔东平 李 浩 罗国富 马 军

(郑州轻工业学院 机电工程学院，河南 郑州 450002)

CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer Aided Manufacturing)概念形成于20世纪50年代末60年代初，经过近50多年的发展，已经被广泛地应用于制造的设计和制造过程中，其应用水平已经成为衡量一个企业技术水平和综合实力的重要标志[1]。因此掌握CAD/CAM技术已经成为各类工程技术人员的基本要求，培养具备CAD/CAM技术的各类优秀人才也成了高等院校机械专业教学的重要任务，目前CAD/CAM技术课程是机械工程专业重要的基础课程之一。

目前很多高校的CAD/CAM技术课程教学还不能满足企业对人才的需求。一方面企业需要能够在生产一线从事设计、制造、检测等的工程应用型人才，具备能够应用相关技术解决实际工程问题的动手能力[2];另一方面很多学校的CAD/CAM技术课程教学通常采用传统的“以教师讲授为主”的教学方式，缺少课堂教学理论与实践相结合的机会，导致学生学习兴趣不高，实践能力较差。因此如何在注重理论教学的基础上对CAD/CAM技术课程进行改革和创新，增加学生实践机会，提高动手能力是目前CAD/CAM技术课程教学中急需解决的问题。

1 CAD/CAM技术课程介绍

CAD/CAM技术涉及的内容十分广泛，从课程题目来看主要包括计算机辅助设计和计算机辅助制造两方面的内容，但在实际应用中涉及从产品概念设计到最终产品报废整个过程，包含更多的内容，如计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning CAPP)等。其内容可以概括为应用计算机技术辅助人们进行产品设计、分析、制造过程的综合性技术，贯穿于产品的全生命周期。课程的目的是在已经学习过“计算机应用基础”、“计算机辅助绘图”、“机械制造基础”、“数控技术”等课程的基础上，系统学习计算机在设计和制造中的应用和开发技术，使学生建立计算机在机械工程领域应用的整体概念，开阔学生的思路，培养学生分析和解决实际问题的能力。

目前CAD/CAM技术已经成为反映机械专业领域前沿的重要专业基础课程，包容了现代机械工程领域的整个技术体系，能够为学生提供更加广泛的专业视野，为学生创新能力的培养提供保障和途径。一般来说，CAD/CAM技术课程的教学对象是高年级本科生和研究生，但是伴随着CAD/CAM技术应用的日益广泛，该课程也成为高职类院校的重要课程。

2 CAD/CAM技术课程教学改革和创新的内容

2.1 教学内容改革和创新

伴随着应用的深入和软硬件水平的不断提高，CAD/CAM相关的理论、方法和技术也得到了提升，其内涵和外延技术都在不断更新，相对于其它课程而言，其新内容的更新较快[3]。但是目前的教学通常以讲授教材内容为主，而且所选用的教材通常是基于上世纪九十年代末的技术编制的，一些先进的理论、方法和优秀软件没有在教材中体现，教材内容跟不上主流技术的发展，因此对CAD/CAM技术的教学内容进行改革和创新，剔除过时、陈旧的内容，补充与技术发展趋势一致的新内容是必要。

首先在实际教学中，要结合课程教学目的，围绕提高学生实践能力的目标，采用目前国际主流的高端软件作为教学和实践平台，如 Tecnomatix Plant Simulation、CAXA、UGNX、Pro/E、Solidworks、MastaCAM、ANSYS等，使相关理论能够以直观的形式展现给学生，如Pro/E系统擅长参数化设计，在相关理论教授时，就尽量采用Pro/E进行演示;其次在演示环节，教师可以结合自己的科研实践向学生展示一些复杂的实例，也可以结合日常生活中的产品，如手机、相机外壳等进行展示，由学生操作设计自己理想的产品外型，提高学生的参撾度，这些都可以激发学生的学习兴趣;另外在教学过程中可以围绕某一个主题，如三维数字化模型在产品全生命周期中的应用，教师和学生共同探讨目前的发展趋势、研究和应用现状，并就获取的资料展开讨论，通过学生的参与加深对目前技术发展的理解，同时也实现教学互长;在保持教学内容完整的基础上根据技术的发展调整教学内容的重点，如CAD技术成熟度已经很高，并且商用软件很多且功能强大，对这部分内容要理论和应用技术并重，而对于计算机辅助工艺设计相关内容，目前技术的发展与理论研究有较大的差距，商用软件成熟度低，因此要侧重于理论教学，激发宴生思考。

2.2 教学方法改革和创新

目前CAD/CAM技术的教学通常以灌输式的讲授为主，内容主要是产品设计、建模、数字化制造和管理相关的理论和方法，学生不可避免的感到枯燥，没有学习兴趣。因此需要进行教学方法的改革和创新，突出学生的主体意识和个性，培养学生的参与意识，主动投入到课程学习中来。

首先CAD/CAM技术的理论教学要融入到实践教学中，多采用实践教学法，增加实践课的学时，让学生结合实例去理解相关的理论，并运用相关理论去指导教学中的实践环节，加深对理论的理解。在实践环节，根据学生掌握的情况，对于同一类型的实验安排不同难度的项目，学生根据自己掌握的程度选择适当的实验项目，有些项目可能仅靠讲授的内容还不能完成，要学生重新查找资料或团队协作才能解决问题，通过动手解决问题，让学生感到学习的快乐，实现掌握知识从量变到质变的飞跃。

其次由于CAD/CAM技术涉及的内容多且不断发展，由于研究领域的不同，单个教师很难对相关的内容全部熟悉并能够跟踪最新的技术发展，如CAD版本的更新，新特性的出现等。因此在实际教学中，根据教学内容的重点不同，由不同研究领域的教师讲授相关的内容，教师一方面可以结合自己的理解和研究实践讲解相关的理论，同时也可以将自己最新的研究成果展示给学生，让学生了解相关技术发展的趋势，激发学习兴趣。同时参与教学的教师要结合实际讲一些相关技术的难点和发展趋势，鼓励学生充分利用网络资源查找相关资料进行深入的了解，提升学生通过网络获取学习资料的能力。

另外要加强信息技术手段在教学中的应用。目前大部分教师都使用多媒体课件教学，但是应用的程度有差异。对于CAD/CAM技术课程来说，很多教师主要是采用PPT进行课程内容的展示，应用还比较简单。在实际教学中要把包括视频、PPT、动画、软件演示等在内的现代化教学手段进行综合应用，使课堂教学能够给学生更多的信息，如对于一些简单的建模实例，可以通过软件演示的方式直接展示给学生，而对于一些复杂的装配仿真过程，可以事先录像，通过视频播放的方式展示。通过信息技术的充分应用，把教学时间主要集中于重点内容的分析，并且直观的展示各种过程，帮助学生从动态直观中得出结论，有利于学生对课程内容的理解，从而明显提高教学效果。

2.3 与实践教学的结合

为了培养学生的实践能力，机械工程专业在四年的本科教学中安排了众多的实践环节，如金工实习、各种课程设计、工厂实习和毕业设计等。这些实践环节的内容通常都会涉及到零部件设计和制造相关的内容，部分还会涉及到产品或是系统的设计和制造。目前这些实践环节通常要求学生进行二维设计，图纸要手工绘制，基本没有应用CAD/CAM技术，也不符合目前企业的实际设计模式。为了提高学生的CAD/CAM技术实践能力，在保证基本功训练的前提下，可以在实践环节中增加CAD/CAM技术的应用，比如零部件的设计采用三维模型代替二维图纸，加工过程采用计算机编程、模拟，系统的设计可以增加计算机仿真验证等。这一方面对学生掌握的CAD/CAM技术进行应用，提高了学生实际解决问题的能力，同时也让教学过程与企业的实际运行更加接近，培养的人才更能满足企业需要。

另外从事CAD/CAM技术相关领域研究的教师可以把科研课题进行分解，形成一些本科生能够完成的子课题，在实践教学环节，学生可以根据自己的兴趣和知识掌握情况，选择相应的子课题进行实践，相关的教师进行指导，学生通过自己的努力获取资料并制定方案。在此教学过程中要注重发挥学生的主动性和潜能，培养其创新能力，教师主要起方向把握和适当引导的作用。通过这样的实践，学生可以有针对性的带着问题深入进行理论和实践学习，同时也培养了学生解决实际问题的能力，加强了其创新和协作意识。

3 确保CAD/CAM技术课程教学改革和创新成功的因素

首先要建立平等与民主的师生关系，在CAD/CAM技术教学过程中，教师和学生之间要相互尊重、信任。CAD/CAM技术中的新技术、新系统和新方法不断出现，学生在充分发挥主观能动性的情况下，可能会掌握或了解教师还没有了解的知识，此时教师不能以权威自居，更不应该对学生表现出轻视，学生也不能唯教师为权威，要给学生独立思考和表达见解的机会，师生之间通过平等地进行交流和沟通实现教学互长。另外如果个别学生已经熟练掌握了一些技术，要给他们机会与大家分享学习的过程、方法和对技术的理解，从学习方法上实现共享，从而有更多的学生获益。

其次要对考试进行改革，通过有效考核方式调动学生学习的积极性。在CAD/CAM技术课程的考核中增加实践考核的内容，实现理论考核与实践考核相结合，学生平时参与的所有与CAD/CAM技术运用的实践环节都计入课程成绩，这些实践可以是课程的实验，也可以是参与的教师科研项目或学科竞赛。由于考核贯穿于平时的实践过程中，学生学习的目的性较强，可以根据实际需要认真学习并掌握需要的CAD/CAM技术，并提高运用所学知识分析和解决问题的能力，增强学生的适应能力，从而使得该课程的教学目的得到更好的实现。

4 结束语

CAD/CAM技术是数字化、信息化制造技术的基础，是实现信息化和工业化融合的重要支撑技术，因此通过课程改革和创新使学生更好的掌握CAD/CAM技术，提高人才培养的质量，满足行业和社会对人才的需要是目前机械工程专业急需要解决的问题之一。

[1]宁汝新，赵汝嘉.CAD/CAM技术M，第二版，北京：机械工业出版社，2005

[2]祁卫华，夏军英.CAD/CAM/CAE课程教学改革探讨J.成都教育学院学报，2006，20(8)：76-78

[3]曾文瑜.CAD/CAM课程项目教学改革探讨J，昆明冶金高等专科学校学报，2012，28(5)：82-84