《机械CAX》课程构建探索与实践

孙克锐，叶炬锋

（浙江同济科技职业学院机械与电气工程系，浙江杭州311231）

《机械CAX》课程构建探索与实践

孙克锐，叶炬锋

（浙江同济科技职业学院机械与电气工程系，浙江杭州311231）

通过对机械C A X相关学科的教学研究和分析，创新性的构建一体式《机械C A X》课程。该课程融合现代工程制图、计算机绘图、机械C AD/C AM和机械创新设计等学科内容。根据课程特点、学生层次差异和C A X人才培养要求，规划和设计教学内容、探索多样化的教学方法和手段，建立多元教学评价体系，教学改革取得较好效果。

机械C A X；机械创新设计；教学改革

CAX是CAD、CAM、CAE、CAPP、CAS、CAT、CAI等各项技术之综合叫法，CAX技术核心是计算机辅助技术[1-2]。机械CAX技术是将传统的机械设计、制造技术与计算机技术有机融合的综合技术，CAX技术是提高机械创新能力的有效方法[3]。我国正在实施《中国制造2025》强国战略，需要掌握先进制造技术的人才和创新性人才。

机械CAX系列课程涉及知识广、学科多，不少院校已开展机械制图和CAD课程融合、三维动态建模辅助工程制图教学等相关研究[4-5]。本文结合机械创新设计和机械制造工艺等学科内容对机械CAX系列课程进行集成融合，创新性的构建《机械CAX》课程并对教学内容、教学方法和教学评价等方面进行改革和实践。

1 机械CAX类课程教学现状

学院《现代工程制图》、《计算机绘图》、《机械CAD/CAM》在不同学期开课，教学多以教材例题为参照，学生仿照练习。《机械创新设计》也是一门独立课程，主要讲述基于TRIZ原理的机械创新设计。机械CAX类课程教学存在的主要问题：

（1）重复教学，如教计算机绘图时，需重复讲授工程制图相关内容，课堂效率降低。

（2）周期长，不利于学生系统学习和记忆。

（3）教学案例单一，与工程实践联系不紧密或滞后于生产实践，学生学习兴趣不浓。

（4）仿照练习方式，学生学习积极性不高，创新能力得不到充分培养。

（5）《现代工程制图》是一门较抽象的课程，采用传统教学方式，空间想象力差的学生学习有一定难度，教学达不到预定效果。

（6）《机械创新设计》与《机械CAD/CAM》分开授课，未起到互为补充、相互促进的作用。

针对上述问题，融合现代工程制图、计算机绘图、机械CAD/CAM和机械创新设计等学科内容，构建一体式的《机械CAX》课程，培养符合社会发展需要的具有扎实的工程基础知识、专业技能和职业素养的创新型机械CAX人才。

2 《机械CAX》课程构建

在学院《现代工程制图技术》教学改革基础上，构建《机械CAX》课程，贯穿工程制图到计算机辅助设计和计算机自动编程。针对CAX技术人才培养要求、课程特点和学生层次的差异，设计教学内容，配置师资力量，探索多样化的教学方法、手段，建立多元考核评价机制。

2.1 教学内容

机械CAX课程涵盖四大模块，见图1，分为基础知识、零件测绘、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）。基础知识主要讲授工程制图等知识。零件测绘让学生拆、装零件并使用测量工具测量零件，完成手工或计算机绘图。计算机辅助设计不是简单的对照教材学习三维设计软件，而是融入机械创新设计，将工程基础知识、行业标准、机械设计理论和制造理论等知识应用到实际产品设计中。借助CAD软件的强大功能，实现设计的直观化、动态化、智能化和高效率。计算机辅助制造是将已设计零件通过应用计算机辅助制造技术，实现零件工艺分析、刀具路径规划、切削参数选择和刀具选用，自动生成NC指令代码用于数控加工。

图1 《机械CAX》课程体系

随着互联网技术发展，教学模式和学习模式发生巨大变化。学生可以通过MOOC在线学习、在网络上交流互动和寻求知识。《机械CAX》是基于创新的课程，主要采用项目化教学，项目来源主要是生产实践、学科竞赛、教师科研项目等。

生产实践案例可以来自校企合作单位、学生顶岗实习项目和教师根据教学目标对上述案例的筛选和改进。通过鼓励和指导学生参加学科竞赛如大学生机械创新设计大赛和学院技能竞赛等，锻炼学生创新设计能力，提高教师专业技能水平，丰富教学内容。通过竞赛，发现教学存在的不足，总结经验教训，改进教学。教师科研项目紧跟技术发展潮流，具有一定新颖性、实用性，学生参与积极性高。教师可根据教学目标将科研项目分解为一个个易操作的小项目，提高学生参与度。

通过《机械CAX》课程项目训练让学生将理论应用实践，学以致用，提高创新能力和工程能力。

2.2 教学方法、手段

机械CAX是多学科的融合，从几何学到行业标准，从系统的理论知识到实际动手测量，从手工绘图到计算机绘图，从逻辑思维到形象思维，从设计到制造。不同教学内容、不同层次学生，需要相应的教学方法、手段。

基础知识模块偏重于理论讲解，结合板书、多媒体课件和道具教学。对空间想象力差的学生借助于橡皮泥和三维动画，帮助想象理解。教学采用边讲边练方式。

零件测绘模块主要考察学生测绘能力，采用任务驱动法和分组教学法。通过已有产品如竞赛作品、企业提供或外购的成品等，让学生动手拆装、测绘。通过实际动手，学生巩固制图知识、掌握测量工具使用，锻炼手绘技能，初步了解设计理念。

计算机辅助设计是《机械CAX》课程核心模块，以服务生产、社会的机械创新产品设计为依托，学生综合应用已学知识通过设计软件完成设计。教学初期，教师指导学生拆装观察已有产品，模仿设计，积累设计经验和熟悉软件使用。教学中期，布置学生设计实现特定功能的机构，提高学生理论应用于实践的能力、局部设计能力和初步创新能力。教学后期，以解决实际生产、生活问题为目标，让学生完成机械创新产品设计。教学采用分组教学，教师引导，学生交流讨论。设计过程中，指导学生通过软件干涉分析功能、动画仿真功能，及时发现设计缺陷，优化改进设计。通过完整的产品设计，提高学生综合能力、全局设计能力、创新能力、软件使用能力和团队协作能力。

设计能否转化为好的产品，关键是能否制造、制造是否经济合理、工艺是否环保。计算机辅助制造模块教学以企业常用的Mastercam软件作为教学工具，采用案例教学法、对比教学法、仿真教学法。案例可以是先前设计的零件，通过计算机仿真制造过程，优化零件设计和工艺。通过该模块教学，学生综合运用金属切削理论、加工工艺理论和工装夹具等知识，加深设计和制造关联认识。

2.3 教学评价

《机械CAX》理论性、实践性、创新性等特点决定教学评价的多元化。基础知识部分采用笔试加口试考核办法，并结合计算机考证成绩，以“证”促学。零件测绘等模块，基于项目化教学，采用过程性考核、终结性考核和学科竞赛相激励的考核方法。每个项目对应一定分值，由教师评价、学生自评和互评三部分按一定比例组成。不同的项目采用不同的评价指标，尽可能体现每个学生的长处，提高学生自信和学习动力。

3 《机械CAX》课程改革效果

通过对机械CAX相关学科集成融合、教学方法和教学评价的创新改进，《机械CAX》课程改革取得了较好效果。

（1）由独立的多门课融合为一门课，避免重复教学，缩短了学时，学生有更多时间参与第二课堂、第三课堂学习实践。

（2）加强了学科间的联系，提高学生工程系统能力。机械CAX是一个较完整的产品生命周期体系，从产品构想到最终制造。产品设计时，学生要考虑到后端的生产制造、可能失效形式。借助软件的强大功能，优化设计和改进工艺。

（3）通过分模块循序渐进的项目训练和完整的产品创新设计、制造，学生的工程基础知识更扎实、学习信心更足、动手能力和创新能力显著提高。

（4）基于项目的分组教学，提高学生职业技能、职业素养、职业可持续发展能力和团队协作能力。

4 总结与展望

《机械CAX》课程是对机械CAX相关学科的有效融合，针对不同知识模块，采用相应的教学方法、手段和教学评价体系。通过课程改革提高学生创新能力、设计能力、制造能力和团队协作能力。CAX课程教学离不开计算机软件支撑和实践意义的项目。软件发展日新月异、产品创新永无休止，指导教师要关注前沿技术，不断学习，提高技术水平和综合能力。

《机械CAX》课程改革是系统工程，需要顶层设计和相关学科老师打破学科壁垒，通力合作，改革进一步发展方向是引入支持协同设计的产品数据管理（PDM）系统和产品生命周期管理（PLM）系统。

[1]钱宇强.现代信息技术融合“模具设计基础及CAX"课程教学实践探讨[J].中国信息界，2010，（8）：46－47．

[2]谢青云.计算机辅助技术应用的探讨[J].装备制造技术，2006，（4）：140－141．

[3]汪小华.CAX技术应用于机械创新设计的实践研究[J].企业技术开发，2012，（2）：9－10．

[4]高红英，刘军旭，袁惊滔.CAD与机械制图“融合式”教学改革的探讨[J].成都工业学院学报，2015，（4）：82－85．

[5]吴擎，杨扬，夏俊芳，等.三维CAD动态建模辅助工程制图教学的方法[J].大学教育，2015，（9）：161－162．

Exploration and Practice of Mechanical CAX Curriculum Construction

SUN Ke－rui，YE Ju-feng
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 311231，China）

Through the research and Analysis on the teaching of mechanical CAX related subjects，the integrated mechanical CAX curriculum is innovatively constructed，which combines the multidisciplinary contents of modern engineering graphics，computer graphics，mechanical CAD/CAM，mechanical innovation design and other disciplines.According to the characteristics of the course，the student level differences and personnel training requirements，the teaching reform includes the planning and design of teaching content，the explorationof a variety of teaching methods，the establishment of multiple teaching evaluation system，which achieves better results.

mechanical CAX；mechanical innovation design；teaching reform

G642

A

1672-545X（2016）09-0222-03

2016-06-13

浙江省高职教育研究会课题《机械CAX课程教学模式的研究与实践》

孙克锐（1979-），男，安徽全椒人，硕士，工程师，主要从事机电一体化、数控技术教学研究。