冉險(xiǎn)生，林立

“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程教學(xué)探索

冉險(xiǎn)生，林立

聯(lián)系“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程的特點(diǎn)，進(jìn)行了課程教學(xué)改革的嘗試。著重介紹了為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力而在教學(xué)方式、方法上進(jìn)行的一系列改革實(shí)踐。

課程教學(xué)；CAD/CAM；教學(xué)方法

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（簡(jiǎn)稱CAD/CAM）技術(shù)是制造工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合、相互滲透而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)，具有知識(shí)密集、學(xué)科交叉、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。CAD/CAM技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，是衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。機(jī)械設(shè)計(jì)與制造類企業(yè)都將是否掌握CAD/CAM的基本理論和操作技能作為招聘大學(xué)畢業(yè)生的首要條件。因此，學(xué)習(xí)和掌握CAD/ CAM技能對(duì)當(dāng)今大學(xué)生來(lái)說(shuō)，具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

一、課程的特點(diǎn)

目前，CAD/CAM課程在高校分成兩部分：一是基礎(chǔ)部分，即二維CAD/CAM，主要在“機(jī)械制圖”課程后期教授相關(guān)內(nèi)容，軟件以AUTOCAD為主；二是進(jìn)階部分，開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程，作為機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)三維設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行專門講解與上機(jī)實(shí)作。按教學(xué)大綱，該課程的研究對(duì)象是CAD/CAM技術(shù)概論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)控加工編程基礎(chǔ)、三維軟件應(yīng)用等，涉及的學(xué)科有數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械制圖、數(shù)控加工、注塑成型等?；A(chǔ)知識(shí)面寬，實(shí)踐技能性強(qiáng)，是該課程的基本特點(diǎn)。由于在校學(xué)生缺乏工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，課程學(xué)習(xí)難度較大。

二、教學(xué)改革嘗試

借鑒美國(guó)心理學(xué)家、教育學(xué)家布魯納所倡導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法，在“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程教學(xué)中，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)心理等方面，通過(guò)案例分析，啟發(fā)學(xué)生積極思維，教給學(xué)生解決問(wèn)題的各種策略，促使其成為自主學(xué)習(xí)的主體。

（一）關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的處理

課堂教學(xué)以CAD/CAM的實(shí)體建模為主線，從點(diǎn)、線、面等基本元素開(kāi)始，逐步過(guò)渡到圓柱、球體、錐體、長(zhǎng)方體等基本體素特征，再到實(shí)體加減的布爾運(yùn)算等。教學(xué)中，穿插介紹曲線、曲面的發(fā)展歷史以及一些里程碑式的人物對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所做的貢獻(xiàn)，講解曲線、曲面的發(fā)展及不同曲線、曲面的優(yōu)缺點(diǎn)，以便在實(shí)際軟件運(yùn)用過(guò)程中正確選擇合適的曲線、曲面設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，通過(guò)工程實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的一般流程和解決方法。既突出操作的重點(diǎn)，又兼顧計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，鞏固基本知識(shí)，完善知識(shí)體系。

機(jī)械工程的CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展很快，課本上的知識(shí)和現(xiàn)實(shí)情況總是有一定差距。為此，教學(xué)中需要對(duì)課本內(nèi)容進(jìn)行取舍，補(bǔ)充最新的知識(shí)。例如，在講解逆向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)增加最新的光學(xué)測(cè)試技術(shù)、油泥模型的數(shù)字化過(guò)程、逆向設(shè)計(jì)軟件的最新發(fā)展和應(yīng)用等方面的知識(shí)，增強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）教學(xué)方法的改革

“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程涉及的知識(shí)面寬，實(shí)踐機(jī)能性強(qiáng)。授課教師應(yīng)能熟練操作三維CAD/ CAM軟件，最好有工程實(shí)踐背景。教師要通過(guò)不同形式的教研活動(dòng)，研究探討教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)難點(diǎn)及其處理，并把關(guān)注的重點(diǎn)從教授課程的具體知識(shí)向教授學(xué)生學(xué)習(xí)方法轉(zhuǎn)變。

1.結(jié)合工程實(shí)例教學(xué)軟件的運(yùn)用

在講解具體的三維軟件應(yīng)用時(shí)，以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，課堂上實(shí)時(shí)操作軟件并對(duì)學(xué)生啟發(fā)提問(wèn)，將操作步驟先進(jìn)行分解，再和學(xué)生共同完成軟件操作。不能一味孤立地講解軟件命令的使用。例如：講解如何在一個(gè)長(zhǎng)寬高分別為500 mm、300 mm、40 mm的長(zhǎng)方體上打一個(gè)直徑為30 mm的通孔。教師可與學(xué)生共同制定建模計(jì)劃。首先，使用CATIA零件設(shè)計(jì)模塊中的草圖設(shè)計(jì)構(gòu)建一個(gè)500×300的長(zhǎng)方形，完成草圖；接著，拉升草圖，按40 mm完成長(zhǎng)方體；然后，按給定尺寸構(gòu)建直徑30 mm的通孔。完成以上三個(gè)步驟后，使用軟件的具體命令確定具體參數(shù)，完成建模。再讓學(xué)生思考：還有沒(méi)有其他辦法達(dá)到相同目的。告訴同學(xué)們完成一項(xiàng)工作不應(yīng)該局限于一種方法、一種思路。這個(gè)建模計(jì)劃還可以通過(guò)先構(gòu)建一條直線，通過(guò)直線拉升成一張平面，再以此平面為基準(zhǔn)，通過(guò)增厚來(lái)完成長(zhǎng)方體，最后完成打孔。通過(guò)運(yùn)用不同的方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)比不同方法的優(yōu)劣，從中選擇最優(yōu)方案進(jìn)行零件設(shè)計(jì)。

2.適時(shí)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教具，幫助理解操作流程

課堂上適時(shí)引入實(shí)驗(yàn)教具，可幫助學(xué)生加深理解。在講CAD設(shè)計(jì)中的逆向設(shè)計(jì)部分時(shí)，將零件油泥模型和便攜式光學(xué)掃描儀拿到教室，現(xiàn)場(chǎng)演示油泥模型如何轉(zhuǎn)變成為電腦軟件可以識(shí)別的數(shù)據(jù)。還可以讓學(xué)生自己提供實(shí)物，如讓學(xué)生掃描自己的手，在電腦中觀察掃描出來(lái)的點(diǎn)云，用卡尺測(cè)量手上任意兩點(diǎn)的尺寸，并與電腦中測(cè)量的尺寸進(jìn)行比對(duì)。通過(guò)這些活動(dòng)，加速對(duì)逆向設(shè)計(jì)階段知識(shí)的理解和鞏固。到課堂教學(xué)結(jié)束的時(shí)候，讓學(xué)生完成點(diǎn)云的曲面處理。如果經(jīng)費(fèi)允許，還可以使用實(shí)驗(yàn)室的雕刻機(jī)，通過(guò)CAM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加工，生產(chǎn)出手的模型。這樣，通過(guò)一個(gè)完整的流程操作，學(xué)生對(duì)CAD/CAM的流程就有了清晰的認(rèn)識(shí)。

3.課內(nèi)課外相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練

“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程的理論教學(xué)32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)，分8周講授。每周理論4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。每周2學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，對(duì)于掌握這門課程所要求的技能來(lái)說(shuō)是不夠的。因此，必須充分利用課余時(shí)間進(jìn)行上機(jī)練習(xí)。上機(jī)時(shí)間應(yīng)該讓學(xué)生帶著問(wèn)題來(lái)，在上機(jī)的時(shí)候把平時(shí)練習(xí)遇到的問(wèn)題與教師進(jìn)行交流、探討，只有這樣才能牢固掌握所學(xué)知識(shí)。

大綱要求學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，完成相應(yīng)的上機(jī)練習(xí)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。根據(jù)學(xué)生第一次上機(jī)練習(xí)情況，教師可以進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，布置課外作業(yè)。增加課堂節(jié)點(diǎn)練習(xí)時(shí)間，及時(shí)鞏固課堂教學(xué)成果，加深對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的印象，掌握處理和解決一般建模問(wèn)題的基本思路。課外作業(yè)要杜絕同學(xué)之間的相互抄襲?？梢砸詫W(xué)習(xí)小組方式對(duì)上機(jī)練習(xí)進(jìn)行討論，并寫下討論心得。必要時(shí)，可讓學(xué)生隨堂上講臺(tái)實(shí)際操作，既鞏固知識(shí)，又鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力。

多媒體的運(yùn)用在CAD/CAM教學(xué)中尤其重要。每次上課前應(yīng)精心準(zhǔn)備一二段小視頻，幫助學(xué)生理解實(shí)際操作和使用這些操作帶來(lái)的實(shí)際價(jià)值。操作視頻可以從網(wǎng)上下載，任課教師也可以自己制作。教師自己制作的更貼合所教學(xué)生的實(shí)際情況，教學(xué)效果會(huì)更好。通常的三維CAD軟件都能進(jìn)行演示文件的制作，使用這種自制的課件教學(xué)效果是非常明顯的。

另外，可讓學(xué)生參與到實(shí)際項(xiàng)目中來(lái)。如參加全國(guó)性的“HONDA杯節(jié)油大賽”。為此，成立CAD/CAM興趣小組，給學(xué)生布置項(xiàng)目。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，使用CAD/CAM等現(xiàn)代設(shè)計(jì)加工手段，完成節(jié)油車輛的造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并最終加工制造成比賽用車。

課外學(xué)術(shù)交流活動(dòng)可拓展學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自信心。參與實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)活動(dòng)，讓學(xué)生把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，學(xué)生的理論水平和設(shè)計(jì)能力都能得到提高。通過(guò)CAD/CAM興趣小組參與設(shè)計(jì)競(jìng)賽，在參賽過(guò)程中的加強(qiáng)學(xué)習(xí)和交流，從很大程度上彌補(bǔ)了課堂教學(xué)中學(xué)生之間缺乏交流的缺陷,對(duì)專業(yè)知識(shí)的完善有重要意義。

三、結(jié)束語(yǔ)

在課程教學(xué)中引入新的教學(xué)方法后，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握更牢固了，軟件操作能力有了很大提高，特別是對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的獨(dú)立分析能力提高了，對(duì)軟件與產(chǎn)品的聯(lián)系的認(rèn)識(shí)更清晰了。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果有了明顯的提高。在課外實(shí)踐中，學(xué)生學(xué)以致用，鞏固了課堂所學(xué)理論知識(shí)，鍛煉提高了運(yùn)用軟件解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

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G642.4

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1673-1999（2010）11-0192-02

冉險(xiǎn)生（1971-），男，重慶長(zhǎng)壽人，重慶交通大學(xué)（重慶400074）機(jī)電與汽車工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代交通工具設(shè)計(jì)方法、車輛造型技術(shù)；林立，男，重慶交通大學(xué)講師。

2010-03-13