CAD/CAM课程的“阶段”教学法研究①

张东方

摘 要：针对CAD/CAM类课程教学中存在的问题提出了“阶段”教学的解决方法。首先对教学过程中存在问题的原因进行了分析，根据分析结果提出了新的教学方法，即根据不同的专业培养阶段，结合案例教学法来讲授不同的CAD/CAM软件功能模块，这将有助于提高学生的实际操作能力、学习兴趣及综合专业素质。

关键词：CAD/CAM 教学方法 教学改革

中图分类号：G624 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0165-02

1 CAD/CAM课程

CAD/CAM技术是先进制造技术的核心内容。对于现今的机械行业来说，CAD/CAM技术的熟练掌握已成为相关从业人员的基本技术要求。因此，为我国现代制造业培养一大批CAD/CAM技术人才，成为了高校机械类专业人才培养的重要任务[1]。

为应对目前行业对应用型人才的实际需求，现今高校的机械类或近机械类专业基本都开设了CAD/CAM的相关课程。CAD/CAM课程的实际教学内容是各种计算机辅助设计软件的应用，因此属于技能型课程。在大多数高校的专业培养计划中，这些课程主要分为两部分：第一，以AutoCAD软件为主的二维绘图软件的教学，目的是培养学生能够掌握AutoCAD软件进行工程图的绘制；第二，以CATIA， Pro/Engineer， Solid Works， UG等软件为主的三维设计软件的教学，目的是培养学生能够使用这些软件进行机械设计、工程分析及辅助制造的相关工作。

但现在CAD/CAM课程的实际教学效果仍存在一些问题，主要是学生对软件的灵活应用能力较差。针对这一点，一些高校教师已经展开了相关研究，如唐春华提出了项目教学法在课程教学中的应用[2]，宁旺云提出通过趣味图形的创新教学法提升学生学习的兴趣[3]等。但这些已有研究基本只针对教学中的某一环节提出解决方法，因此，在汲取之前研究成果的基础上，针对专业培养计划与CAD/CAM类软件的特性，本文提出了“阶段”教学法，旨在有效发挥CAD/CAM课程在学生专业素质培养中的积极作用。

2 目前教学中存在的主要问题

由于CAD/CAM类课程本身为应用性极强的课程，所以课程的教学目标是让学生在课程结束后可以掌握并熟练使用一种或多种软件从事CAD、CAE、CAM方面的基本工作。但这一目标的实现程度却往往并不理想，原因主要和学生培养计划中的相关课程时间设置及目前相关教材内容的整体结构有关。

2.1 课程设置

目前CAD/CAM在大多数高校的培养计划中基本都是作为一门课程来设置进行集中学习。这种设置方法是造成教学效果无法达到预期的原因之一。主要是因为CAD/CAM类软件由于自身广泛的功能模块，其所涉及的知识面基本贯穿了大部分的专业核心课程。在集中学习的情况下，如果课程设置在专业培养的早期，因为学生还未接触到更多的专业知识，会造成一些诸如CAE，CAM类功能模块课程的学习障碍，如设置到专业培养末期的话同样也会出现学生对一些基础知识由于学习时间已过太久而不熟悉的情况。所以传统的教学情况往往是只教授了基本的CAD模块，由于课时数的限制（因为课程必须安排大量的上机教学时间，这会导致实际讲授的时间大幅度缩小），其余功能模块的学习往往只是介绍性的一带而过，这样的话就很难达到CAD/CAM课程教学的初衷。因此，CAD/CAM类课程应处于专业培养计划的哪个阶段也是一个非常重要的问题。

2.2 教材

现如今教学中常用到的一些相关教材，它们的编写特点有以下几方面：

（1）教材中软件内容以基本工具的使用为主，实例为辅。基本工具的介绍与实例的联系性较差。学生在基本工具的学习过程中会感觉比较乏味，虽然他们按照实例的要求一步步进行操作可以完成图形的绘制，但却会出现“知其然却不知其所以然”的情况，举一反三的能力较差。

（2）教学内容较全面，但系统性不强。由于CAD/CAM类软件的功能数量非常强大，教材一般会要求面面俱到，但篇幅数的限制使得教材对每一方面并不能进行深入，在这一方面，通用教材的教学效果可能比不上一些非教材类的专用软件教程类书籍。

（3）教材中所涉及到的部分模块功能可能会出现与现培养阶段其他专业课程脱节的情况。

3 “阶段”教学法应用分析

通过之前的分析，可以得知传统CAD/CAM类课程教学中教学效果难以提升的主要原因在于集中学习的课程设置与学生其他专业课程的学习存在一定程度的脱节现象。这种情况一方面导致学生并不能深入理解所学CAD/CAM课程的内容，另一方面会导致学习积极性的下降。针对这两点主要原因，以提高教学效果为目标，提出了如下的解决方案。

3.1 课程设置与“阶段”教学法的应用分析

在课程设置中所出现的问题，提倡使用“阶段”教学法进行解决。所谓CAD/CAM的“阶段”教学法，即不同于现今将CAD/CAM课程集中开设在一个学期进行学习的方法，而是将其分散在不同专业课程的学习阶段进行各种相关功能模块的学习。如以PRO/Engineer软件为例，各阶段性功能模块与专业课程的学习阶段对应关系（如图1所示）。这种课程设置虽然是以PRO/Engineer软件为例，但由于现今大多数CAD/CAM类软件在功能模块的设置上基本相同，因此也同样适用于此图所示的方法。

这种阶段式的课程设置方法有助于解决之前所提到的各种教学问题。这种课程设置的核心内容是将计算机辅助技术完全渗透到专业课的学习当中，使CAD/CAM课程和其他专业课程在学习的进程中进行结合，起到相互促进的作用。这符合当前对高校机械类人才培养的要求。学生在整个专业课学习的过程中会持续性的学习软件的各种功能模块，不会产生软件与专业课学习脱节的情况。将CAD/CAM课程的学习分散开，避免了传统教学中因学习内容的大量灌输而导致学习效果较差的情况。同时，这也有助于提高学生的软件使用频率，进而提高实际操作熟练度，有利于解决各种实际应用中遇到的问题，在进入工作岗位之后能更快的投入到工作中去。

另一方面，这种“阶段”教学法有利于发挥CAD/CAM软件的辅助作用。与专业课程相对应阶段的软件功能模块学习实际上是给学生一个专业课知识的虚拟实践环境，有助于激发学生的专业学习兴趣和对所学专业课知识的理解。

比如在学习机械制图的第一学期安排学习CAD/CAM软件的二维绘图及零件特征模块有助于对学生三维形态结构和相对位置的锻炼。在工程类三维辅助设计软件的设计中，所有的三维实体模型都是由各个方向的平面投影截面为基础生成的，学生在学习和操作软件进行三维设计的同时能够直观的理解三维实体与二维投影图之间的关系。工程图模块的核心内容则基本是国标中的各种零件的表示及标注标准，学生与第二学期的机械制图一起学习则有利于对这些国标标准的记忆及理解。CAD/CAM软件都能够提供零件的一些诸如密度、质量、表面积、惯性力矩等基本信息和有限元分析工具，这些内容都同工程力学课程的学习有着紧密的联系，所以在工程力学课程开设的同时学习CAD/CAM软件的有限元模块，则有利于学生对所学课程内容的直观理解。同样，在机械设计基础课程学习的同时学习装配和运动仿真模块，能够让学生直观的认知到各种机构的运动及传动关系。现代数控技术的核心内容与CAD技术密不可分，数控技术与CAM模块的关系本身就是紧密联系在一起的。最后学生的课程设计是对CAD/CAM课程学习的一次综合应用，也可以作为该课程的最终考核标准。

3.2 案例教学法的结合应用

阶段教学法和现在大多数CAD/CAM教材的内容有矛盾之处，主要在于大多数教材由于篇幅的限制，很难将这些内容介绍的面面俱到，大多数教材的主要内容都以CAD功能模块的教学为主，在很多CAE/CAM模块没有理想教材的情况下，要发挥阶段教学法的优势会存在一些困难。关于这一点，可以尝试合理运用案例教学法来解决。

关于案例教学法在CAD/CAM课程中的应用，已有很多人做过讨论[2][7]。在实际的教学中采用案例教学法确实会对学生学习兴趣的提高起很大作用。因为与传统的正向教学相比，即先介绍各种功能定义再具体演示使用方法，采用案例教学这种逆向教学方式更有利于学生对一些功能命令产生深刻印象，尤其在一些功能模块教材相关内容较少的情况下。

在案例的选择中需要注意两点，一是所选案例必须能有效解决典型命令的学习问题，且具有各种命令的综合应用方法；二是案例最好选择一些实际案例，只有实际案例才具有说服力，引起学生的重视。

在采用案例教学法进行教学的时候应注意在案例的示范中向学生提供最具有效率的操作流程，在CAD/CAM类软件繁多的命令群中只向学生讲授实际工作中经常用到的命令。这有利于学生更快速学会实际的应用方法，从而不会因为卡在某个操作流程中而丧失了学习的兴趣。这种方法是让学生在能够掌握一种基本操作方法，完成一个案例的前提下，再在新案例中学习新的功能命令，是一种有效的学习方法，这能够避免学生由于学习障碍而造成丧失学习兴趣，提高学生自学及解决具体问题的能力。

此外，在案例教学的过程中，要重点向学生讲授案例，分析在工作流程中的逻辑关系，这有助于学生理解CAD/CAM软件设计的理念，如在草绘截面的案例教学中要求学生严格按照图元、约束、尺寸的流程进行绘图，将有助于学生理解“参数化”设计的概念，这对学生学习其他同类软件是有益处的。

4 结语

该文针对传统CAD/CAM课程教学中存在的教学效果问题提出了一种“阶段”教学法，这种教学方法的主要特点是将CAD/CAM课程学习分散到培养计划的各个专业课程学习阶段当中。这种方法能够解决传统教学方法中学生实际操作应用能力差，对部分模块功能理解不深入等问题，同时也能起到对其他专业课程学习的辅助作用，提高学生整体的专业素养。与传统的教学方法相比其优点主要在于：一、减少一次性知识点学习的数量；二、软件相关功能模块的学习不会与专业课知识学习脱节；三、能有效提高学生的实际操作能力和学习兴趣；四、对其他专业课程的学习同样能起到辅助作用。

参考文献

[1] 张红蕾.Pro/E在机械CAD/CAM技术课程教学中的应用研究[J].科技创新导报，2010（36）：135-138.

[2] 唐春华，廖桂波.基于项目教学法的Pro/E课程教学的应用研究[J].襄樊职业技术学院学报，2010，9（3）：104-106

[3] 宁旺云.计算机辅助设计教学创新与应用探析[J].装备制造技术，2011（10）：233-235.

[4] 张伏，杨欣，付三玲.论农自专业计算机辅助设计教学改革[J].中国现代教育装备，2010（1）：122-124.

[5] 张鹏，张运九，刘旭涛.计算机辅助设计教学改革研究.农业网络信息，2011（3）：139-140.

[6] 黄效贺.Pro/E软件用于机械专业课程的辅助教学[J].中国制造业信息化，2005，34（10）：133-134.

[7] 赖兴余，鄢春艳.案例教学法在Pro/E模具设计教学中的应用[J].职业教育研究，2009（6）：82-83.