CAD/CAM课程“虚实结合”实践教学体系的改革与实践

摘 要：针对目前机械CAD/CAM课程教学过程中存在“重理论，轻实践；虚拟多，实战少”等一系列问题，结合CAD/CAM课程特点和应用技术型人才培养的目标，中国石油大学胜利学院机械制造实训中心本着“实用、够用、能用、会用”和“以实为本，虚实结合、能实不虚”的原则，从教学内容、教学方法、教学环境等环节展开了深入的研究和改革，构建了以培养学生综合分析能力和工程应用能力的开放式实践平台、建立了“多元化”的实践评价体系，探索出了一种“软硬件结合，能实战不虚拟”的实践教学体系，保障CAD/CAM实践教学的有效开展，并已取得初步成效。

关键词：CAD/CAM；虚实结合；实践教学改革；实验评价

随着CAD/CAM技术在企业中的推广应用，CAD/CAM技术已经渗透到社会发展的各个领域，有力地推动了国际制造业的发展。熟练掌握与运用CAD/CAM技术已成为工程师不可或缺的一项专业技能，同时也成为衡量企业综合实力的重要标志。因此，为我国的现代化建设培养一大批在CAD/CAM上有成就的人才就成为当今应用型本科院校机械类专业的一项重要任务[ 1 ]。

近年来，国内大学教学围绕“计算机辅助设计与制造”（CAD/CAM）课程的实践教学进行了一系列的研究，为培养具有较强的实践能力并能与理论结合的复合型人才做出了贡献[ 2-3 ]。但实践教学改革任重道远，进一步研究如何有效地培养学生的动手实践能力、综合分析能力和工程应用能力仍具有重要意义。为此，展开软件结合、能实不虚的实践教学改革显得尤为重要。本文作者经过长期的实践探索和经验总结，从CAD/CAM教学内容、教学方法、开放式实践平台和考核方法等方面做出了有效改革并取得了良好效果，为机械类专业学生在工程思维的培养、专业操作技能提高等综合能力的形成奠定了良好的基础。

1 “虚实结合”教学体系的改革

CAD/CAM课程是一门理论性和实践性都很强的综合性课程，涉及的学科众多、内容广泛，给教学工作带来了一定的难度[ 4 ]。在理论教学方面，由于该课程设计到的教学内容多、面广，在有限的学时内，教师很难讲全面、讲透彻。很多章节的只能是点到为止，根本没有时间让学生讨论交流，学生只是被动的接收碎片式的理论知识，不利于激发学生学习的主动性和积极性。在实验教学方面，虽然多数高校已设置虚拟仿真实验室，学生可以利用计算机软件实现产品的结构设计到加工制造整个流程的虚拟仿真，但这样的教学模式只停留在软件虚拟制造环节，并没有真正操作机床进行产品的加工制造，学生的动手能力和创新思维得不到实物实践的训练和验证，不能实现“教、学、做”为一体，不能切实的培养学生解决工程实际问题的能力。此外，实验教学受到设备、场地、师资、安全等条件的限制，不能采用与企业完全相同的全“实”的产品制造方式进行实验教学，制约了学生的动手能力、分析和解决实际工程问题等综合能力的培养。

1.1 “复合化”、“模块化”教学体系

应用型本科专业有着共同的特点，它们的培养目标就是为行业或区域经济社会培养有可持续发展的应用型人才。这类人才应具有适用的理论基础、较强的动手能力和一定的技术开发与创新能力。因此本着“实用、够用、能用”的原则，对CAD/CAM教学内容进行改革，剔除过时、理论性强的内容。把传统的“哪些内容我要讲授”（以知识输入为导向）转变为“哪些能力应该是教学进程的最终成果”（以知识输出为导向），并将理论教学和实践教学均围绕这些“能力”进行复合化、模块化改造。将CAD/CAM教学内容按照专业能力发展需求进行了有机整合，形成模块，打通理论与实践教学环节，培养学生的综合素质，致力达到的综合分析能力和工程应用能力的培养和发展。

1.2 “虚实结合、能实不虚”的实践教学平台

由于受到而机床成本、场地、安全性等因素的制约，许多高校都存在数控设备匮乏与CAD/CAM技术的实践之间的矛盾，尽管多数高校建立了虚拟仿真实验室但软件所构建的虚拟加工环境终究无法有效解决实际加工中存在的问题。

我院在培养具有专业应用技能型人才过程中，积极转变实践教学观念，大力加强实践教学的现代化、信息化建设，将微型数控机床引入到了CAD/CAM的实践课堂，建立了微型数控实验室，搭建了“虚实结合、能實不虚”的实践教学平台。微型数控机床可通过USB接口与电脑上的控制软件进行通讯，其控制软件可读取MasterCAM软件生成的G代码，获得操作指令，执行相应的加工动作，操作方式完全模拟大型数控机床。微型数控机床体积小、功率低、运动惯性小，不易造成人身伤害。

在“虚实结合”实践环境中，学生在掌握理论知识的前提下，从虚拟加工环境中观察生成的刀位轨迹是否合理可行，初步形成认知技能和操作要领，并将这些技能进一步应用到产品实际加工中去。学生既可充当工程师运用AutoCAD、SolidWorks、UG、MasterCAM等软件进行产品设计和实验仿真模拟，又可以作为操作工操作微型数控机床完成产品的实际加工。通过设置大量新颖性和开放性的实验项目激发学生实践热情，真正的让学生从“被动参与”转变为“主动实践”，从而强化学生的动手能力和工程实践能力，让学生化“心灵”为手巧，全面提升学生CAD/CAM技术方面的综合素质。

1.3 多维立体式考核评价体系

针对CAD/CAM传统考试模式单一、功能片面，注重考核对知识的静态记忆和虚拟操作，忽视学生实践能力培养的现状，构建了面向实践过程和实践能力的考核机制，基本思路是：

1）采取过程考核与集中考核相结合。过程考核主要从平时表现、作品加工难度和质量等方面加强对学生实验实践技能的培养和监督；集中考核主要采取阶段性测试、小组自选项目集中答辩等方式加强对学生的综合素质和自主创新能力的培养和考核。

2）坚持规定项目和自主探究项目相结合。规定项目主要是培养学生的专业实践技能，夯实操作基本功；同时，鼓励学生结合工程难题，成立兴趣小组，自主探究和研发新型产品并加工试制，以培养和锻炼其工程意识和创新能力。

3）拓展多样化的实践能力提升途径，如鼓励学生刷新自选项目作品难度值、定期科技创新竞赛、鼓励学生参与教师的科研项目、进企业顶岗实习等途径提升学生实践能力。

4）建立三方共同参与的综合考核小组。该考核小组有教师、学生和企业工程师组成，从不同的维度对学生的实践能力和工程应用能力进行全面客观的立体化考核。

5）打通认证考试通道全面考核学生专业综合素质和实践能力。与国家信息化工程师岗位技能认中心及SolidWorks工程师认证建立联系，挂牌设置考点，学生自由选择认证考试种类，证明自己的专业技能。

2 教学改革实施效果

通过教学改革实践CAD/CAM课程教学质量有了明显的提升，主要体现在：

1）通过建立“虚实结合”微型数控实验室，变“虚拟仿真”为“实际加工”。学生能够真正的自己动手操作机床加工作品，全面了解整个加工流程，不仅培养了工程意识，锻炼了分析和解决工程问题的能力，也激发了学习热情和自发设计和加工作品的主动性，变“被动参与”为“主动实践”，取得了教学的学习效果。反馈调查显示，95%的学生基本掌握了数控编程与制造的关键技术点。

2）优化整合CAD/CAM课程知识点，剔除过时、不实用的教学内容，构建了复合化、模块化教学新体系。各模块之间既相互联系又相互独立，每个模块都有各自的主题和特定的能力培养目标。这种新的教学体系，系统性、逻辑性、实用性更强，教与学的质量更容易把控，更重要的是学生可以根据自己的基础和发展方向对教学内容有的放矢。

3）改变传统以考试为中心，一卷定高低的评价方式，建立多維立体式考核评价体系。坚持规定项目和自选创新项目相结合让学生可以根据自己的兴趣和特长，在

3 结语

针对目前CAD/CAM教学现状存在的问题，本文从教学内容、教学方法、教学环境等环节展开了深入的研究和改革，构建了以培养“工程应用能力”为主线的“层次化、模块化”教学体系，搭建了“虚实结合、能实不虚”的开放式实践平台，探索出了多维立体式考核评价体系，解决了理实孤立、虚拟实践、一张考卷定高低等突出问题。

参考文献：

[1] 张红蕾，袁铁军，黄晓峰.CAD/CAM技术模块化实践教学体系研究[J].中国科技信息，2012（20）.

[2] 邓敏和，梁式.CAD /CAM 综合实验的实践与思考[J].实验科学与技术，2006（2） ：67-68.

[3] 胡义刚，沈永刚.CAD /CAM 综合性训练的探索与实践[J].实验室研究与探索，2008，27（6） ：131-135.

[4] 廖敏.《机械CAD /CAM》教学改革实践[J].实验科学与技术，2007，5（6）：74-76.

作者简介：

尹晓丽（1985-），女，山东东营人，博士生，讲师，中国石油大学胜利学院机械工程系主任，从事机械工程、石油装备等方面的教学与科研工作。