机械CAD/CAM课程教学改革探索

刘菊蓉

摘 要 机械CAD/CAM课程具有较强的理论性、实践性和综合性。选取工艺夹具设计作为项目任务，将实际操作与理论教学相结合，并制定项目内容及评价内容。这种方式不但可以提高学生学习的积极性和主动性，而且可以提高学生运用专业知识解决实际工程问题的能力，教学效果较好，可以为类似专业课程的教学提供一定的参考。

关键词 机械CAD/CAM；教学改革；工艺夹具设计；项目教学法；计算机辅助设计；计算机辅助分析；计算机辅助工艺设计；计算机辅助制造

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）12-0096-03

1 前言

機械CAD/CAM课程是陕西理工大学机械设计制造及其自动化专业的一门专业方向选修课，课程教学不论是在理论性方面，还是在实践性方面，要求都很高。在机械设计制造技术和计算机技术的结合、渗透影响下，机械CAD/CAM技术得到迅速发展，并且已成为理论与实践相结合、多学科整合、广泛应用的一项技术。

虽然陕西理工大学的机械CAD/CAM课程已经开设多年，教材及教学内容也进行了多次更新，但是如何让学生通过机械CAD/CAM课程的学习来提高自身的综合设计能力和工程实践能力，机械CAD/CAM课程应该采用什么样的教学方式，学生在教学过程中应该如何学习机械CAD/CAM课程，这些问题还需要深入探讨[1]。因此，研究机械CAD/CAM课程教学模式改革是很必要的。

2 教学改革的意义

机械CAD/CAM课程中的内容涉及多个学科的相关知识，种类烦琐，比较复杂。其中包含计算机软硬件知识、数据结构、数据处理技术、计算机图形学、网络技术、机械设计、典型零件工艺夹具、机械制造技术基础及数控加工编程技术等方面。因此，通过机械CAD/CAM课程的学习，要求学生主要能掌握计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）等领域的基础理论、基本操作技能和方法。这些能力将为学生今后应用计算机技术从事机械产品开发打下坚实的基础[2]。

通过对现有机械CAD/CAM课程教学过程以及教学结果进行分析，发现存在以下问题。

1）从教师方面来说，在机械CAD/CAM课程教学中，教学方式以教师讲解为主，理论知识讲解过多。

2）从学生方面来说，他们觉得每一章节的内容过于松散，联系性不强，自己很难参与其中。

这些问题使得学生很难提起学习兴趣，更不要说要将理论知识理解透彻，提高专业技能应用能力。

为了解决机械CAD/CAM课程教学过程中存在的问题，提出基于“构思—设计—实现—运作”（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）为基础的项目教学法。项目教学法以一个具体的工作环节或者知识运用为起点，从具体的、局部的知识逐步扩展到全面的、比较抽象的知识。项目教学法通过对一个具体任务的剖析，让学生在教师的指导下独立完成参与项目相关的信息收集、设计计划、项目执行及结果评价的全过程[3]。

在机械CAD/CAM课程教学中使用项目教学法，可激发学生的学习兴趣，提高动手和解决实际问题的能力，加强学生的团队合作意识。让学生自主参与与机械CAD/CAM课程有关的项目设计，尽量把学生培养成为理论基础知识扎实，工程综合实践能力强，能参与产品设计制造全过程的制造业应用型人才。

在项目教学法过程中，教师不再是以前那种知识的灌输者，变成是教学的组织者、项目和任务的引领者，而学生一直处于主体地位。在项目教学过程中，教师要指导学生运用已经学习过的知识和新学习的知识、技能，在团队协作的基础上去解决过去未遇到过的一件具体的、具有实际应用价值的实际问题。当然，在这一过程中要让学生充分体现出分工合作，以及每个学生独立解决某一部分问题的能力。

3 教学内容的设计

教学改革的基础 在机械CAD/CAM课程开设之前，机械设计制造及其自动化专业的学生已经完成机械制图、机械原理、机械设计、机械制造技术基础、典型零件工艺夹具和三维软件设计等先修知识学习。而且对于机械设计制造及其自动化专业的学生来说，后续还要进行工艺夹具设计相关的实践性环节，也就是工艺夹具的课程设计。从目前的教学过程来看，虽然大多数学生很认真地去完成相关的实践性环节的设计过程，但是由于前期环境的局限，以及该实践性环节中具体的考核要求限制，整个工艺夹具设计过程只是体现在二维图形的绘制上。

另外，学生对于工艺夹具设计的结果如何，都是由代课教师自己评价，学生没有参与评价过程，并不了解如何去准确评价这一设计过程和设计结果。结合学生在工艺夹具课程设计中的实际情况以及机械CAD/CAM课程的改革需求，在机械CAD/CAM课程教学过程中考虑以工艺夹具设计任务作为项目任务。工艺夹具设计任务所涉及的内容难易程度适中，并且学生学习过相关的理论知识，对这些内容比较熟悉。以工艺夹具设计任务作为项目任务，可以激发学生的兴趣，有助于学生将前期所学的理论知识和需要提升的实践能力相结合，也可以为将要面临的工作打下坚实的基础。

教学改革的内容 选取工艺夹具设计任务作为联系整个机械CAD/CAM课程教学过程的项目任务，可以将机械CAD/CAM课程里的主要内容包含在其中，同时可以系统地、科学地且有层次地安排机械CAD/CAM课程中各章节的教学内容和进度。机械CAD/CAM课程教学的目的，就是让学生了解在机械行业产品开发的各个环节中如何使用计算机辅助来实现。所以，机械CAD/CAM课程的主要内容涉及与机械产品设计开发过程相关的每个环节，如CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助分析）、CAPP（计算机辅助工艺设计）、CAM（计算机辅助制造）等。

为了克服机械CAD/CAM课程教学过程原有的一些问题，以某一个复杂零件工艺夹具设计任务作为切入点，将整个设计过程具体划分为四个阶段：所给定复杂零件的结构分析以及该零件的三维结构建模；所给定零件的加工工艺过程分析及设计；所给定零件的某一个加工工序所需要的夹具设计以及三维建模和仿真分析；对所给定零件的数控仿真加工。

在机械CAD/CAM课程教学过程中要对每一个阶段项目任务的内容再进行具体细分，并将机械CAD/CAM课程的理论教学过程与具体的设计任务相互配合。在对工艺夹具设计任务的结果进行评价过程中，为了公正、客观及全面评价每个学生在项目任务实施过程中的作用，要让学生了解评价的方式并参与评价过程。在各階段任务的实施过程中，要针对学生在各阶段任务完成过程中遇到的问题，及时予以引导并且展开学生间的讨论，对各阶段任务进行教师点评，要让学生以团队的形式提出拟解决的几种方案，让学生自己评价各种方案的优缺点，并根据实际情况选择合理的解决方案。当然，在整个工艺夹具设计过程完成后要进行答辩，答辩的结果由授课教师给出主要评价和其余学生参与评价的方式进行。最后，参考各个阶段任务的完成情况，对各团队的项目任务实施结果给出一个综合评价。各阶段项目任务内容及项目评价内容如表1所示。

4 项目实施方案

为让学生充分了解和认识机械CAD/CAM技术的发展趋势及软件的集成，让学生自由选取一种或几种熟悉的软件来实施整个工艺夹具设计过程，并进行相应的理论学习。依据所给零件的复杂程度，让3～4名学生自由组合成一组，组内要相互协作，组间也要相互讨论，逐步实施某一个复杂零件工艺夹具设计过程中所包含的CAD、CAE、CAPP和CAM各部分内容。

为了使学生能更好地理解项目所要完成的任务和内容，将项目任务分配完成后，在课堂上以某一个实际零件为例，结合各章节的内容将整个夹具设计过程融合在理论教学过程中。在每一阶段任务教学过程中，以学生为主体，遇到问题先让学生小组内讨论，再进行组间讨论。教师要采用启发式教学方式，指导学生灵活运用理论知识解决实际应用问题。各阶段任务完成后，要进行展示答辩，根据教师及别的小组的意见修正。整个任务完成后进行答辩评比，提高学生合作精神以及发现问题并解决问题的能力。

5 结语

以某一个复杂零件工艺夹具设计过程为项目任务，作为机械CAD/CAM教学改革实践的一种尝试，目的是将纯理论教学与工程实践相结合，给学生将来能更好地融入工作环境做好铺垫。将工艺夹具设计过程引入机械CAD/CAM教学之中，使得学生对于机械CAD/CAM课程的应用场合有了更具体的认识，有助于提高学生的学习积极性和主动性，便于学生初步认识和理解如何运用专业知识去解决实际工程问题。工艺夹具设计过程在机械CAD/CAM教学实践中的运用，可以给类似综合性、理论及实践性强的专业课程的教学提供一定的参考。

参考文献

[1]曹建树，王殿君，代峰燕，等.应用型本科“CAD/CAM”课程的教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：105-107，142.

[2]罗洋.机械CAD/CAM技术课程教学改革与创新探讨[J].教育现代化，2017，4（2）：62-63.

[3]康瑜.基于工程案例的CAD/CAM项目教学研究[J].中国教育技术装备，2015（22）：163-164.