工程教育改革的cad/cam教學(xué)實(shí)踐與探索

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摘要：CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺作為以培養(yǎng)應(yīng)用型工程專業(yè)人才為目的的工程訓(xùn)練平臺重要子平臺，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和工程素質(zhì).以在井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程訓(xùn)練平臺上構(gòu)建CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺為例闡述平臺構(gòu)建方法，探討平臺對教學(xué)和學(xué)生能力培養(yǎng)的促進(jìn)作用.

關(guān)鍵詞：工程訓(xùn)練；CAD/CAM；教學(xué)實(shí)踐；平臺工程

教育改革強(qiáng)調(diào)要以能力培養(yǎng)為核心，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，深化人才培養(yǎng)模式,并強(qiáng)調(diào)通過各種實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力［1］.工程教育改革的目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握必要的工程基礎(chǔ)知識，專業(yè)的基本理論,通過本專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能、工程實(shí)踐、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究等工程設(shè)計(jì)方法的訓(xùn)練,獲得具有創(chuàng)新意識和對新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備進(jìn)行研究和開發(fā)設(shè)計(jì)的初步能力［2，3］.目前，井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院正在以實(shí)施卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃為契機(jī)，加快培養(yǎng)適應(yīng)江西省“鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)”和吉安市“主攻項(xiàng)目，決戰(zhàn)兩區(qū)”建設(shè)需要的大批應(yīng)用型人才，促進(jìn)學(xué)校工程教育改革和創(chuàng)新，形成高校、行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制，努力探索并構(gòu)建工程教育人才培養(yǎng)新模式.cad/cam教學(xué)實(shí)踐平臺作為井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程訓(xùn)練平臺的重要子平臺，主要服務(wù)于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生，并兼顧電子、醫(yī)療器械工程等專業(yè)學(xué)生，通過整合現(xiàn)有CAD/CAM相關(guān)課程源和設(shè)備構(gòu)建而成.通過平臺下相關(guān)課程培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，讓學(xué)生體驗(yàn)“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作”工程教育中強(qiáng)調(diào)的四個(gè)環(huán)節(jié),使學(xué)生掌握CAD/CAM的基本原理和方法，熟悉CAD/CAM系統(tǒng)及在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，初步具備CAD/CAM開發(fā)和應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和工程素質(zhì)，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對高等學(xué)校培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的迫切要求.

1構(gòu)建CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的必要性

CAD/CAM技術(shù)是計(jì)算機(jī)、機(jī)械、材料等多學(xué)科知識相互交叉、滲透和融合的產(chǎn)物，是先進(jìn)制造技術(shù)的載體.隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，該課程體系在高校人才培養(yǎng)中的作用和地位也變得越來越重要.

1.1形勢發(fā)展的需要

我國上世紀(jì)90年代在企業(yè)和高校興起了工程領(lǐng)域“甩圖板”熱潮，使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件完成工程圖紙的繪制和打印輸出成為技術(shù)人員基本要求［4］.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM軟件越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)中，在現(xiàn)代企業(yè)中，設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件完成，復(fù)雜零件制造采用相應(yīng)數(shù)控設(shè)備.尤其隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造工作之間的聯(lián)系越來越緊密，因此現(xiàn)代制造企業(yè)希望畢業(yè)生具備良好的CAD/CAM能力.而傳統(tǒng)的教學(xué)將CAD/CAM課程獨(dú)立于工程訓(xùn)練平臺外，并存在教學(xué)案例與實(shí)踐脫節(jié)較大的問題.因此需要整合目前相關(guān)教學(xué)資源，以適應(yīng)形勢發(fā)展需要.

1.2促進(jìn)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)

目前大多數(shù)高校在大學(xué)一年級開設(shè)機(jī)械制圖課程，而計(jì)算機(jī)繪圖或機(jī)械CAD課程開設(shè)的時(shí)間偏晚，并且存在課時(shí)少的現(xiàn)象，導(dǎo)致教學(xué)效果并不理想.然而學(xué)生在接下來的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理等課程中都需要大量用到該項(xiàng)知識和技能.在日常教學(xué)中，老師會(huì)使用三維CAD軟件來輔助教學(xué)以更好地培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力.但從教學(xué)效果來講，讓學(xué)生能自己動(dòng)手繪制簡單的三維圖形，通過簡單操作可以觀察投影關(guān)系、相交相貫線等特征應(yīng)該會(huì)更好.CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的建立，能制定靈活的教學(xué)計(jì)劃，為學(xué)生提供適應(yīng)個(gè)人專業(yè)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，從而讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)有所教，學(xué)有所長，學(xué)有所用，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識同時(shí)也提升了能力.為拓寬課程知識覆蓋面、適應(yīng)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展以及機(jī)械類本科專業(yè)合并、調(diào)整的需要，近年來，在課程教學(xué)中增加了“曲線曲面造型理論”、“CAD中的數(shù)值分析方法”、“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真”、“數(shù)控加工技術(shù)”、“CAD/CAM系統(tǒng)”等內(nèi)容，豐富和發(fā)展了CAD/CAM教學(xué)內(nèi)涵.

1.3促進(jìn)專業(yè)課程學(xué)習(xí)

高年級的專業(yè)課程是學(xué)生面向畢業(yè)后工程工作的基礎(chǔ)，CAD/CAM平臺下的課程體系可以讓學(xué)生體驗(yàn)工程實(shí)踐的過程，并培養(yǎng)興趣讓其自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識.以井岡山大學(xué)材料成型專業(yè)為例，在模具設(shè)計(jì)教學(xué)中關(guān)于沖壓模、塑料模的設(shè)計(jì)很多圖紙停留在二維階段，不夠直觀，學(xué)生難理解，而采用UG、Pro/Engineer等三維軟件可以進(jìn)行模具型腔、分模和模架的設(shè)計(jì)，并可以實(shí)現(xiàn)分模動(dòng)畫、澆鑄仿真和熱流分析.同樣在數(shù)控加工教學(xué)中，數(shù)控車床大多使用手動(dòng)編程可以實(shí)現(xiàn)加工，但數(shù)控銑床在加工復(fù)雜型腔和曲面零件時(shí)難以使用手動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)，所以需要掌握一些CAM軟件來實(shí)現(xiàn).平臺下的CAD/CAM綜合實(shí)訓(xùn)能讓學(xué)生體驗(yàn)“設(shè)計(jì)→工藝→制造”的全過程，實(shí)現(xiàn)了與企業(yè)技能基礎(chǔ)教育的接軌，做到了畢業(yè)生與企業(yè)的“零對接”［5］.

2CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺構(gòu)建方法

以井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程訓(xùn)練平臺為例，其下設(shè)有：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化工程訓(xùn)練、電氣工程訓(xùn)練、CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐三個(gè)子平臺.這三個(gè)子平臺均承擔(dān)著基礎(chǔ)性訓(xùn)練、綜合性訓(xùn)練和相應(yīng)的拓展功能.其中CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺框架如圖1所示.CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺主要特色在于提供了專業(yè)的實(shí)訓(xùn)平臺，CAD/CAM平臺實(shí)訓(xùn)課程體系是集基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、CAD/CAM綜合性實(shí)訓(xùn)、設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)和研究性實(shí)訓(xùn)為一體（如圖2所示），主要服務(wù)于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生.培養(yǎng)利用常見CAD/CAM軟件進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和自動(dòng)編程的能力,也兼顧電子、醫(yī)療器械工程等開設(shè)了機(jī)械制圖等課程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)和實(shí)訓(xùn).通過整合現(xiàn)有教學(xué)課程和資源，將傳統(tǒng)課程與現(xiàn)代方法結(jié)合，使CAD/CAM課程教學(xué)實(shí)踐貫穿融合到基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的教學(xué)中，真正讓學(xué)劉朝暉，肖壽仁：基于工程教育改革的CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺構(gòu)建與探索生學(xué)會(huì)相應(yīng)CAD/CAM工具應(yīng)用在各階段的學(xué)習(xí)中.

3CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的特點(diǎn)

根據(jù)多年的實(shí)踐探索，筆者認(rèn)為，不同的高校可根據(jù)自身特點(diǎn)和周邊環(huán)境，構(gòu)建適合于自己專業(yè)的CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺，以收到良好的效果.井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院根據(jù)構(gòu)建CAD/CAM訓(xùn)練平臺教學(xué)特征，綜合運(yùn)用基于問題的探索發(fā)現(xiàn)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、示范設(shè)計(jì)教學(xué)法以及互動(dòng)討論教學(xué)法.按照“以學(xué)生為中心，以學(xué)生自主實(shí)踐為主、教師指導(dǎo)為輔，集中教學(xué)與個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合”的指導(dǎo)思想，突破過去單純的師徒式的技能傳授形式，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，鼓勵(lì)學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立或以團(tuán)隊(duì)形式自主完成訓(xùn)練任務(wù)，激發(fā)大膽探索的興趣和自主創(chuàng)新的潛能.在教學(xué)和綜合訓(xùn)練過程中結(jié)合真實(shí)產(chǎn)品進(jìn)行，注重多種教學(xué)方法的靈活應(yīng)用，教師根據(jù)產(chǎn)品實(shí)物對訓(xùn)練內(nèi)容作示范性講解，并提供相關(guān)資料條件，指導(dǎo)學(xué)生自主完成相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工仿真等訓(xùn)練內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)其積極性.通過互動(dòng)討論式教學(xué)方法，在訓(xùn)練過程中讓學(xué)生帶著問題去訓(xùn)練，并針對典型問題進(jìn)行討論，組織學(xué)生一起對教學(xué)和訓(xùn)練中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析討論，得出最佳選擇［6-8］.在實(shí)踐教學(xué)中，安排課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)和大型綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié).課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)適時(shí)交叉進(jìn)行，將理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，鞏固和加深學(xué)生對基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的CAD/CAM技能.例如：在視圖與投影關(guān)系教學(xué)時(shí)，用CAD軟件建立機(jī)械零件的三維模型，并通過軟件的視圖變換，演示各視圖之間的關(guān)系，并指導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)簡單操作，讓其明白了視圖關(guān)系及相關(guān)機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn).另外還可以探討我國采用第一角法與歐美采用的第三角法的區(qū)別.這種教學(xué)過程能活躍實(shí)驗(yàn)教學(xué)氣氛，培養(yǎng)學(xué)生興趣，加深對抽象知識的理解，能獲得更好教學(xué)效果.綜合實(shí)訓(xùn)為結(jié)合材料成型專業(yè)特點(diǎn)開設(shè)的“材料成型CAD/CAM綜合實(shí)訓(xùn)”教學(xué)環(huán)節(jié)，以加強(qiáng)對CAD/CAM技術(shù)在材料成形中的具體應(yīng)用的認(rèn)識.針對某一成形零件（鍛造、沖壓或塑料件），利用CAD/CAM/CAE系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)體建模、成形工藝分析、模具設(shè)計(jì)、模具工作零件的數(shù)控加工或快速原型制造，學(xué)生參加完成從產(chǎn)品造型、模具設(shè)計(jì)、模具數(shù)控加工(或快速原型制造)的全過程，得到成形數(shù)字化制造的系統(tǒng)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代成形設(shè)計(jì)能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識.建立多元的考核方法，考核過程按照“重視過程體驗(yàn)、兼顧平時(shí)表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力、突出創(chuàng)新思維”的指導(dǎo)思想.考核方法以平時(shí)成績與考核成績相結(jié)合，操作考核和理論考核相結(jié)合，基本技能和綜合創(chuàng)新評價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行.考核內(nèi)容由當(dāng)日訓(xùn)練綜合記分、試題庫測試、實(shí)習(xí)小結(jié)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、創(chuàng)新思維報(bào)告、小論文等組成，其中各項(xiàng)成績所占比例，可根據(jù)不同專業(yè)，不同學(xué)期通過自行開發(fā)的課程成績管理系統(tǒng)設(shè)定比例，最后統(tǒng)計(jì)成績［8］.

4結(jié)語

（1）CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的構(gòu)建可以作為高校工程訓(xùn)練的子平臺.承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生空間想象力、繪圖技能、先進(jìn)制造技術(shù)及CAD/CAM能力.（2）CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺采用了研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，對學(xué)有余力的學(xué)生通過參加“大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目”和學(xué)院新苗培育計(jì)劃，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和創(chuàng)新能力.（3）CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺能促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，促進(jìn)老師教學(xué)水平的提升，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的提高.（4）學(xué)校可每年定期在CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺下指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽、三維CAD/CAM技能大賽，對優(yōu)秀選手進(jìn)行表彰，并選拔優(yōu)秀選手參加省級和全國性的相關(guān)比賽.

作者:劉朝暉 肖壽仁 單位:井岡山大學(xué)

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