机械CAD/CAE课程在机械专业的教学方法改革与探讨

杜风娇　刘建刚

摘  要：列举武夷学院机械专业机械CAD/CAE课程在机械设计制造专业的设计方向的目前开展情况，针对课程进展的不足之处：学生脱离课堂的个人动手能力较差，提出相应的对策，达到提高学生动手能力目标，针对现有的实验教学大纲，进行改进，提出新型实验教学大纲，添加综合性设计应用实验课程。添加在线慕课课程，针对低年级自主学习积极的学生可以主动提前学习该软件，对课程安排时间进行了（由原先第7学期改为第5学期）的修改。

关键词：机械CAD;实验;教学;设计

ABSTRACT：This paper lists the current development of mechanical CAD/CAE course in mechanical design and manufacturing specialty of Wuyi University. In view of the shortcomings of the course progress，this paper puts forward corresponding countermeasures to improve the students'practical ability，aiming at the existing experimental teaching syllabus，and puts forward a new experimental teaching syllabus. Outline，add comprehensive design application experiment course. Adding online course，students who are active in self-regulated learning in the younger age can actively learn the software ahead of time，and modify the course schedule ahead of time.

Key words：Mechanical CAD;experiment;teaching;design

为适应社会对人才的需求及社会经济发展，人才培养类型分为学术研究型、工程研究型、技术实践型和技能实践型四种。武夷学院定位为地方应用型本科院校，其培养的重点是技术实践型和技能实践型。因此，在保证所培养学生“理论基础扎实”的同时，更要注重提高学生的“实践创新能力”。

一、课程开展情况

针对机械专业的学生，不管从事设计、工艺还是生产管理的工作类型，都必须掌握机械CAD/CAE課程，为将来的工作奠定基础，与企业进行“无缝连接”，机械CAD/CAE课程所指定的Creo软件可以进行三维设计、工程图绘制、数控车、铣自动编程、CAE工程分析等，武夷学院机械CAD/CAE技术课程目的实验教学大纲涵盖Creo以上列举的五大模块，所以CREO软件作为机械类专业的工程人员的一个设计工具，是每个大学毕业生必需掌握的。

二、我校在机械CAD/CAE技术课程的现有基础：

目前对本项目实施现有条件如下：

（1）武夷学院数控虚拟仿真平台拥有高配置电脑31台，已安装CREO3.0软件，

（2）武夷学院工程实训中心现有FANUC系统数控车床10台，数控铣床5台，可用于学生在CREO软件中导出的数控车、铣床的数控程序进行课程实验认证。

（3）机械CAD/CAE任课教师拥有CREO软件的多年企业实践使用经验，并具有高级数控技工证书，工程师证书，可以承担本课程实验操作教学、实训及考试任务。

（4）该课程安排于学生培养计划第7学期，作为专业必修课程，且约10个为实验操作学时。学生在学习机械CAD/CAE课程之前，已修机械制图、AUTOCAD等专业课程，掌握一定专业知识和技能，具备看图分析和三维逻辑空间想象能力。

（5）在教学过程中遵循以学生实践能力、创新能力、科学思维能力和探索精神的培养为核心的实验教学观念，重视实验教学与科研、工程和社会应用实践的结合。

总之，经过近几年发展，机械CAD/CAE课程已作为机械专业课中的骨干课程，也已基本具备所需硬件和软件条件，能够满足课程改革的要求。

三、提出改进的方案

为响应武夷学院作为应用型本科院校的教学模式，实践教学在本科人才培养体系中一直处于举足轻重的地位，被视为验证理论的主导性教学，实践教学教师亦被划定为主要的教学人员，这在一定程度上更利于应用型人才培养目标的实现。因此，分析传统实践教学模式中存在的问题，并提出操作性强的针对性改革措施，是提高我校实践教学效果亟待研究的重大改革之一。具体操作：1）将机械CAD/CAE课程中所使用的CAD软件-CREO实践操作录制成视频课程，制作案例库成为机械类工科学生的必备掌握的软件课程，2）建立教师与学生的互动平台，针对学习过程中出现的疑点与难点问题，首次在课堂上与学生预约疑难解答时间并进行视频与语音的录制，为第二届CREO学习的学生在学习过程中容易出现的常见问题，提供问题解决参考办法。

1.在线课程改革

结合我校参与大学生创新大赛、及机器人大赛的学大多数都为二年级、三年级的学生，而机械CAD/CAE课程这门课程的开设却安排在三年级下学期和四年级的上学期，导致很多学生在参与竞赛的前必须自学机械CAD/CAE课程所涉及的Creo软件或SolidWorks软件，机械CAD/CAE课程进行改革后，学生可以根据自己的兴趣爱好自行在线学习Creo软件。

2.课程时间的改革

将课程的上课时由元第7学期（大四上学期）修改成第5学期（大三上学期）进行授课，这样修改与学校的的机械设计创新大赛的时间相吻合，及后续夹具设计课程设计（机械制造技术课程设计）奠定基础，使得学生在设计家具时绘制夹具的三维图方案。

3.理论部分内容改革

理论部分包括机械CAD/CAM技术的基本概念和基本方法、图形处理技术、建模技术、数控编程、CAD/CAM集成等，是三维绘图运行的核心部分，掌握这部分内容有利于学生加强对三维绘图本质的理解和对数控仿真结果的认识。其内容安排以软件计算原理基本流程为主线，计算方法上有重点讲解，关键在于引导学生把握三维绘图后台计算的本质，培养学生对三维画图计算思路。

其内容安排如下：理论课程部分使用教程改进前使用的教材：机械工业出版社，陈英主编的《基于Proe的CAD/CAM技术》，改进后使用国家十三五重点出版物的教材：机械工业出版社，王隆太主编的《机械CAD/CAM技术》，改进前教材介绍Proe2.0软件的操作原理，陈述的软件版本较低，不适应当前市场的主流。主要讲解软件内的一些计算方法和计算原理，讲解Proe仿真的基本概念和基本流程;仿真模型的建立以及相互之间的转换;改进后教材主要围绕Creo软件使用的计算方法，及其目前机械CAD/CAM技术的发展阶段。

4.绘图仿真内容改革

改革前，绘图仿真工具部分主要是讲述基于Proe软件的绘图仿真软件的应用，改革后绘图仿真工具部分主要是讲述基于Creo软件的绘图仿真软件的应用，掌握这部分的内容是帮助学生掌握实现绘图、仿真的手段。绘图、仿真工具作为一种计算机辅助工具，在讲课中应始终围绕要解决的绘图问题来进行，并突出不同特征命令的特点及操作应用流程，引导学生通过操作、实践来自我学习和练习。

其内容安排如下：Creo基础、绘制二维图、实体零件建模、曲面特征建模、工程图生成、零件装配、Creo/NC加工（车削、铣削），及实验指导书附加内容：Creo simulate有限元模块（及Workbench软件的有限元的操作）：有限元软件界面的介绍、基本操作、基础建模、网格划分方法、静态分析、模态分析、预应力下静态分析、预应力下模态分析、機构运动学分析、接触分析、失稳分析、疲劳分析、动态时间、动态频率分析、动态冲击、动态随机分析、敏感度设计研究、优化设计，改革后的实验课内容较改革前添加优化设计、机构运动学分析、及Workbench软件的部分操作实验项目。

总之，绘图仿真理论和工具都始终围绕课程主线来安排，通过相互之间的联系来加强学生对绘图和仿真系统的认识和掌握，相应实验课程的安排也是如此。通过实践活动将理论知识得以应用，并进一步巩固理论。

四、实践环节的教学改革

加强实践环节：在本课程中实验课程约占总学时的69%，其中综合性设计性实验的内容占12%，实验内容基本覆盖了理论课的授课内容。在安排上也围绕课程主线进行，使理论课和实验课成为有机的整体，其目的要求如表1所示。

五、课程考核方式和评价的教学改革

考试形式可采用闭卷或大作业的形式。我们采用闭卷考试的形式，以下是评分标准：

考核成绩由平时成绩和期末考试成绩组成，平时成绩由作业和出勤、课堂纪律、平时测试四部分组成。

成绩比例按规定：平时占30%，期末考试占70%;平时成绩中作业、出勤、课堂纪律、平时测试各占平时成绩的25%。

六、教学方式改革

由于该门课程不仅涉及到机械CAD理论，还涉及到仿真工具，内容较多，如何激发学生的自主学习能力是一个关键。为了能够进行有效的课堂教学，激发学生的主观能动性，笔者在教学实践中贯彻在教师指导下的、以学习者为中心的学习方式。例如，在教学设计中结合传统教学方式，在以下几个方面发挥指导作用：

激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机。学生通过“机械CAD/CAM技术”的学习已掌握了三维绘图的机械CAD理论的基本知识。为后续三维绘图、数控仿真、有限元的应用意义奠定理论基础，

通过提出适当的使用工程实际例子，有学生主动动手绘制工程实例三维图、工程图、数控程序生产，及有限元分析，运动学分析，让学生掌握机械CAD技术在实际应用的举足轻重的作用，启发学生进行思考和讨论，增强认识。例如在计算机数控加工编程部分，讲解产品加工工艺步骤，才可以在软件中设置相关参数，如退刀坐标系的选择，退刀面的选择等。

（3）布置作业，由于机械CAD/CAE技术课程主要涉及软件操作熟练性，课后作业安排教材的练习，由学生在课后进行练习，在作业绘制过程中，出现问题及时请教同学，或者通过QQ联系老师，请教老师解决方法。每周设置一次晚自习的时间作为答疑课程的时间。

七、教学效果

通过教学设计和教学实践，学生在课堂上积极主动地进行思考和回答问题，对学习充满了兴趣，能够在老师的引导下主动自发独立主动地完成实验内容，有些同学则更为深入，与教师探讨复杂产品的数控加工程序（车、铣、钻、铰多工种程序集合应用）;及复杂装配体的有限元分析、机构分析模块知识的应用。学生在机械创新设计大赛作品方案的制作中起到非常重要的作用。

总之，学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和创新能力。

参考文献

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作者简介：杜风娇（1987-），女，江西丰城人，武夷学院机电工程学院，工程师。（福建武夷山354300）

基金项目：福建省中青年教师教育科研项目（JAT170588）-闽北凉席生产线-凉席竹片打磨机研究与分析。福建省中青年教师教育科研项目（JT180544）-耕田机的行走装置全新设计及应用;武夷学院校级课题（XL201802）：茶叶烘干机流场分析及其进气方式的优化研究。