应用型本科机械CAD/CAM课程改革实践

摘要： 本文分析了应用型本科机械类专业CAD/CAM课程的作用、及发展现状，提出了以培养应用能力为主线的课程教学改革实施方法。实践中将实验环节、课程设计、数控实习及毕业设计与理论教学有机整合，并以实践教学作为重点。有效的提高了学生的CAD/CAM技能及工程素养。

Abstract： This paper analyzes the role of applied undergraduate mechanical engineering CAD/CAM course and the development, puts forward the implementation of course teaching reform based on the cultivation of applied ability. Combine the experiment link, course design, CNC internship and graduation project with theoretical teaching in practice, and take practice teaching as a priority to effectively improve student"s CAD/CAM skills and engineering literacy.

关键词： 机械CAD/CAM；课程改革；实施方法

Key words： mechanical CAD/CAM; course reform; implementing method

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）13-0242-02

0 前言

Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing（简称CAD/CAM）技术自20世纪50年代以来，在全球范围内得到了迅速发展与广泛应用，给设计、制造领域带来了革命性的变化，因而被评为20世纪最杰出工程技术成就之一。CAD/CAM技术在先进制造体系中已成为必不可少的技术创新基础[1-2]，随着数字化技术对传统机械制造产业改造的逐步深入，经济全球化和信息化对我国制造业提出了严峻的挑战，为实现我国制造业的跨越式发展，实施制造业数字化和信息化，以信息化带动工业化，发展先进制造技术，促进传统制造业结构调整和优化升级成为当前的重要任务。这也促成了《机械CAD/CAM》课程由以前的选修课发展成为主干专业课的重要地位。我院开设该门课程是在20世纪90年代中期，借助于本校FMS柔性制造自动化生产线的建设，使得我院在该门课程建设的开始就有一个较高的起点。而本世纪初，我校申办成立江苏省数字化制造技术重点建设实验室，使本课程的建设有了高速发展的平台。以前，CAD/CAM课程教学以基本概念的介绍为主，实践环节的教学方法及学时安排与传统的专业课基本雷同，忽略了与其他专业课的呼应，难以达到学以致用的教学效果。这在以培养应用型技术人才为主的地方本科高校尤为突出。重点高校机械类CAD/CAM教学以理论教学为主，教学中强调CAD/CAM技术的原理分析与讲解，所培养的学生定位在CAD/CAM技术开发的层次[3]。而一些高职院校，对机械类学生的基础理论教学相对较少，一般将教学重点放在具体的操作技能上，这使学生的工程素养的培养上有所欠缺[4]。针对应用型本科机械类专业的培养目标，本文提出在CAD/CAM课程教学中，以实践教学为主的教学模式，探索以工程能力和素养培养为目标的改革思路，取得明显成效。

1 目标和指导思想

当前数字化技术已成为制造业发展的重点，CAD/CAM课程教学正是以培养学生数字化制造的基本技能为目标，以强化学生CAD/CAM工程能力为建设特色，主要包括二维绘图、三维造型与运动模拟、CAPP、CAM及数控编程、数控设备操作[5]。在课程改革中构建适应企业对CAD/CAM技能人才要求的理论课程教学体系和实习教学体系。课程在实施中贯彻理论教学和实践教学并行，并以实践为重点的教学指导思想。

1.1 理论教学以“实用、够用”为原则，突出课程应用性、先进性特点。对原课程内容进行模块化整合，如在理论教学部分以图形处理的矩阵变换原理作为教学重点，并鼓励学生编制二维三维图形变换的小程序。

1.2 实践性教学主要以学生动手为主，将课程教学放在计算机机房完成，通过学习CAD/CAM软件，进一步加深理论课教学中有关CAD/CAM技术的基本概念和基本原理的理解，实践教学既要发挥学生的积极性，又要引导学生有重点地掌握。着重通过实践环节来提高学生实际工作能力。以提高学生创新技能和综合素质，使学生能通过“实践—理论学习—再实践”的教学顺序，掌握相关的CAD/CAM技能，及所谓的先会后懂。在教学中体现早实践、多实践、有针对性的实践。

1.3 教学中将CAD/CAM技能应用贯穿于专业课程教学的各个环节。鼓励并要求学生在相关专业课（如机械设计、机械制造工艺学、数控加工工艺等）的课程设计及毕业设计中使用CAD/CAM软件，从而确保学生在整个专业学习阶段，CAD/CAM能力培养不断线。

2 教学方法与教学手段

机械CAD/CAM课程内容庞杂，软件操作难度高，传统的教学方法难以适应高技术、大信息量的教学工作。如何在较短的时间内使学生快速掌握相关技能，及早跨入设计、制造的崭新领域，这无疑是教学改革的重点之一。为此我们主要从以下几个方面做了尝试[6-7]。

2.1 在CAD/CAM技术理论与实践教学过程中，应用多媒体课件授课使教学内容形象生动 充分利用我校CAD/CAM实验室的先进教学条件，采用视屏、动画与现场多种操作等多种形式授课，使教学效果明显提高。在教学中选用与教材配套的多媒体教学课件，并自行开发网络教学课件，目前正在试用阶段。教学中，由教师通过多媒体课件和现场讲解、演示软件各功能模块的功能和操作要领，学生现场完成教师布置的设计任务；同时通过课程设计等实训教学使学生进一步强化软件各模块（包括零件三维设计与装配、二维工程图制作、数控模拟及加工代码的生成、运动模拟、有限元分析等）的功能和使用方法；同时在毕业设计环节，针对具有较高CAD/CAM软件应用水平及兴趣的同学，结合实际科研或应用课题完成毕业设计。

2.2 实现传统的理论教学与实践训练无缝连接的课程教学模式 课程教学中实验环节与理论教学同步进行，课程结束后安排CAD/CAM课程设计及数控实习。将CAD/CAM软件应用的实践教学与数控高级编程技术教学有机地结合起来，使每个学生亲自动手应用CAD/CAM软件完成零件从设计、建模到生成数控加工程序及机床加工的整个过程，通过教师现场辅导及时解决学生在操作过程中出现的问题，提高了学习效率。形成了师生互动的课堂氛围，激发了学生的学习热情，并锻炼了学生的实际动手能力。

2.3 在课程设置上保证专业课学习阶段CAD/CAM能力训练的持续性 在低年级阶段以二维工程图为训练重点，鼓励学生参加三维CAD兴趣小组；高年级阶段则以三维CAD/CAM教学为主，在高年级阶段广泛开设UG、ProE、Mastercam等选修课程。针对目前企业使用的主流CAD/CAM软件大多为英文界面，实施了双语教学试点。促进学生主动学习，鼓励学生参加全国三维数字化创新设计大赛等及省内组织的机械设计创新比赛。在生产实习中将教学与技能考核有机结合，鼓励学生参加三维建模师资格认证考试、数控工艺员认证考试。

2.4 调整教学内容，把知识传授和能力培养有机地结合起来

课程教学改革必须明确培养目标和培养规格。我校的培养目标是掌握先进CAD/CAM制造技术，掌握从产品的设计、工程分析、加工制造全过程的高技术应用型人才。我们精简了原课程中大量的概念性内容、可以通过阅读即能掌握的内容以及其他专业课程已涉及的内容。突出了多层次的实践教学，通过CAD/CAM课程实验教学、CAD/CAM课程设计、数控实习和毕业设计相结合的方式，同时鼓励在相关专业课程中使用CAD/CAM软件。培养学生应用高端CAD/CAM软件解决工程实际问题的综合能力。成绩评定坚持以实践考核为主，将教学与工程应用、技术开发紧密结合起来。使教学过程由教室向生产延伸，实现理论与实践、教学与生产有机结合的有效途径。

3 加强CAD/CAM实训基地的建设

3.1 重视传统金工实训基地的建设 传统的金属加工理论与实践技能，仍是学习CAD/CAM先进制造技术的基础。现代制造技术是在传统技术的基础上发展起来的，自动化的数控机床，离不开传统的车、铣、刨、磨加工技术。一个CAD/CAM技术人员，如果不懂得刀具角度、切削用量和制造工艺，就不可能成为一个合格的应用型人才。所以，在建立现代制造技术实训基地时，也同时应重视传统金属加工技术实训基地的建设。

3.2 建设CAD/CAM实训基地 CAD/CAM是制造加工技术发展的方向，通过CAM/CAM教学软件，学生能够在计算机上进行机械制图和零件工艺分析，熟练掌握加工编程方法。软件模拟与实际的机床加工往往不能有机连接，学生不能确信所学的知识是否有效果。因此，有必要建立一定规模的CAD/CAM技术实训基地开展实践教学，基地应包括数控车床、数控铣床、加工中心、电火花成型机床、电火花线切割机床等数控加工设备，配置以小型数控机床为主，适当选用高档机床，以处理好实践教学中技能操作训练与现场观摩教学主次关系。数控系统应具备国外主要系统的绝大部分功能功能，G、M、T代码和PLC指令丰富，可设置的系统参数、轴参数、补偿参数丰富，能支持开环、半闭环和全闭环等不同控制方式。最好能有加工轨迹三维图形仿真校验和动态显示、二次开发与扩展接口，可以实现课程教学与技术开发有机的统一。

3.3 配备相应的仿真软件 目前大多数CAD/CAM软件具有运动模拟、有限元分析及加工仿真模块。这不仅可以降低教学运行成本，给学生更多的模拟练习机会，而且能够改善零件的结构设计、加深对工艺优化的理解。这些软件系统既能单机独立运行，又能在线模拟一线的生产操作。数控机床的模拟操作在显示器的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型三维动画演示，利用计算机和相关的专用硬件形成一种真实场景的交互来体验一种真实感觉，在大量的仿真练习中熟练掌握CAD/CAM技术，因此能进一步培训操作者的实际工作技能。

4 特色与创新

整个CAD/CAM课程教学坚持以能力培养为理念，改革教学方法和手段。教学过程由二维到三维，由简单到复杂，采用理论与实践、课堂与现场双向并行的教学模式，以案例、仿真为主要形式确定课程的教学方式，创新课程教学内容、考核标准及教学实施方法等。拓展学生的学习空间，为培养学生自主学习能力提供有力的支持和保障。坚持在实践中学习知识与技能，学生毕业前都能熟练使用1-2种CAD/CAM软件，掌握常规机械零件的数控加工方法，有的考取了三维建模师资格证书、数控工艺员证书。让学生在CAD/CAM课程学习中实现学以致用，极大地提高了学生的工程素养，也促进了学生的就业能力。

参考文献：

[1]方贵盛，何利力，孔繁胜.计算机辅助三维概念形状草绘设计研究进展[J].计算机辅助设计与图形学学报，2006，（9）.

[2]高慧.CAD/CAM技术及应用对我国机械制造业的影响[J].机械管理开发，2007，（4）.

[3]王军，吴凤和，于风琴等.项目学习和情境教学在CAD/CAM教学中的应用[J].教学研究，2010，（5）.

[4]尹玲，张进春，李庆.《机械CAD/CAM》课程及教学改革初探[J].重庆电子工程职业学院学报，2010，（3）.

[5]郭士清，龙泽明，姜庆昌.应用型本科机械CAD/CAM教学研究与实践[J].长沙铁道学院学报(社会科学版)，2009，（4）.

[6]于源，雷文.《CAD/CAM》课程的教学改革实践与探索[J].北京化工大学学报(社会科学版)，2009，（4）.

[7]冯方.CAD/CAM教学问题探讨及其发展前景[J].制造业自动化，2010，（10）.

推荐访问:课程改革 本科 实践 机械 CAD

---