呂東莉+張濤

摘要：本文從材料成型與控制專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)與特點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)材料成形CAD/CAE/CAM的課程特點(diǎn)，探討了以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ)的“材料成形CAD/CAE/CAM”課程改革的必要性，提出了借助虛擬仿真平臺開展“研討式案例教學(xué)”，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，合理的利用多媒體手段等教學(xué)方法改革的措施，使教學(xué)過程靈活多樣化、生動(dòng)形象化、高效實(shí)用化，從而培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運(yùn)用材料成型理論方法和技術(shù)手段分析并解決工程實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真平臺；材料成形CAD/CAE/CAM；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0263-02

CAD/CAE/CAM已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程中最重要的應(yīng)用之一。隨著各行各業(yè)對產(chǎn)品“高水平、短周期、高效率、低成本”等要求的不斷提高，材料成形CAD/CAE/CAM推動(dòng)和促進(jìn)了科技的進(jìn)步、技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的繁榮，同時(shí)也代表了現(xiàn)代材料成形技術(shù)的發(fā)展方向。隨著我國高校本科教學(xué)改革不斷發(fā)展與深入，學(xué)習(xí)和掌握材料成形CAD/CAE/CAM已成為材料成型與控制工程專業(yè)學(xué)生的基本要求。

一、教學(xué)改革必要性

“材料成型與控制”是一個(gè)典型多學(xué)科交叉的專業(yè)，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中占有越來越重要的地位?，F(xiàn)代社會(huì)需要培養(yǎng)寬基礎(chǔ)、高素質(zhì)、具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的高水平專業(yè)人才，傳統(tǒng)的材料學(xué)科教學(xué)方法和內(nèi)容已無法滿足新時(shí)期人才培養(yǎng)的需要。為了實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)，材料成型及控制工程專業(yè)課程的教學(xué)需要滿足新的要求。材料成形CAD/CAE/CAM是一門基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的多學(xué)科綜合性的技術(shù)，掌握CAD/CAE/CAM技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工科技術(shù)人員及材料成形及控制專業(yè)學(xué)生的必備技能之一[1，2]。“材料成形CAD/CAE/CAM”課程為學(xué)生介紹先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，優(yōu)化計(jì)算分析技術(shù)和高效高精度加工的相關(guān)內(nèi)容，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力。但由于該課程涉及材料成形方法很多、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)、知識密集等特點(diǎn)，特別是其中CAE的相關(guān)內(nèi)容過于抽象，很難理解，因此在教學(xué)中難度很大，若完全采用教師講授的教學(xué)方式，不僅師生互動(dòng)不足，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差，且教學(xué)活動(dòng)必定是學(xué)生的應(yīng)付式學(xué)習(xí)，無法培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，也無法培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。因此，為了培養(yǎng)出具有工程素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才，有必要對材料成形CAD/CAE/CAM課程教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行相應(yīng)的改革。

二、教學(xué)改革與實(shí)踐

材料成型虛擬加仿真平臺憑借其豐富的信息資源、多向交互功能和空間時(shí)間無界性，成為了教育高度信息化時(shí)代高校教育改革發(fā)展的必然趨勢。依托材料科學(xué)與工程學(xué)院已建立的材料成型虛擬仿真教學(xué)平臺，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、同時(shí)、異地、互動(dòng)教學(xué)和學(xué)習(xí)的新的教學(xué)模式。虛擬仿真教學(xué)相較于傳統(tǒng)教學(xué)更有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)和自主探究學(xué)習(xí)能力。借助材料成型虛擬加工仿真平臺，在線演繹材料加工中的行為及其結(jié)構(gòu)變化，不僅使許多過去受教學(xué)實(shí)驗(yàn)手段不足而無法分析的復(fù)雜問題通過仿真平臺成型模擬得到滿意的解答，還可節(jié)省大量的時(shí)間和成本。此外，通過成型仿真，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)成型工藝參數(shù)，觀察工藝參數(shù)變化對加工過程的影響，有效提升教學(xué)效果。（1）合理運(yùn)用多媒體教學(xué)?！安牧铣尚蜟AD/CAE/CAM”是材料成型及控制工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其結(jié)合了材料成形工藝與計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)基礎(chǔ)理論，較傳統(tǒng)的成型工藝學(xué)課程更具有實(shí)用價(jià)值和創(chuàng)新性。該課程包括材料成形CAD建模、CAE模擬仿真、CAM虛擬制造一體化技術(shù)，都離不開計(jì)算機(jī)軟硬件及相關(guān)技術(shù)，而且課程內(nèi)容寬泛，概念性強(qiáng)，實(shí)踐操作要求高。采用多媒體教學(xué)，可將圖像文字、聲音、動(dòng)畫等多種媒體進(jìn)行綜合運(yùn)用，知識容量大，直觀性強(qiáng)，通過音頻和視頻同步講解演示各種成型工藝原理動(dòng)畫和生產(chǎn)視頻，進(jìn)行生產(chǎn)場景再現(xiàn)。同時(shí)應(yīng)用多媒體課堂教學(xué)拓展了知識的廣度，加強(qiáng)對專業(yè)知識的感性認(rèn)識，通過虛擬實(shí)驗(yàn)把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，奠定了專業(yè)理論的知識基礎(chǔ)，并構(gòu)建出理論體系框架且運(yùn)用多媒體技術(shù)進(jìn)行課堂教學(xué)，充分利用多媒體等現(xiàn)代化教育教學(xué)手段已是當(dāng)前教學(xué)改革的趨勢。（2）增加實(shí)際案例教學(xué)。結(jié)合生產(chǎn)中的實(shí)際問題進(jìn)行講解，比單純地采用視頻教學(xué)更感性，也使教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系更為緊密。通過對實(shí)際案例的分析和討論，學(xué)生將書本上的知識靈活運(yùn)用到實(shí)際案例之中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了分析和解決問題的能力，對于培養(yǎng)高層次的應(yīng)用型人才具有重要的意義。（3）以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中普遍缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在“材料成形CAD/CAE/CAM”課堂教學(xué)中可以采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”，將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成一個(gè)或多個(gè)具體的任務(wù)，力求以任務(wù)驅(qū)動(dòng)來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。通過以某個(gè)具體實(shí)例為先導(dǎo)，進(jìn)而提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考。學(xué)生通過思考和課后的資料調(diào)研來加深對課題的理解，從而掌握教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，有效培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，其核心思想是“以任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體?！保?）充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。利用學(xué)生在業(yè)余時(shí)間經(jīng)常上網(wǎng)的特點(diǎn)，在課堂中引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)較傳統(tǒng)教學(xué)更有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)和自主探究的能力。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能推進(jìn)現(xiàn)代具備綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是教育信息化和網(wǎng)絡(luò)化的必然趨勢，也是建立終身教育體系和實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)化社會(huì)的必由之路[3，4]。利用“材料成形CAD/CAE/CAM”課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系中課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)安排、課程通知、課程作業(yè)、課程管理等功能輔助課堂教學(xué)，并且引導(dǎo)督促學(xué)生在課余強(qiáng)化吸收課堂教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，強(qiáng)化了專業(yè)知識系統(tǒng)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程中，借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行師生交流，對實(shí)驗(yàn)過程中的問題進(jìn)行及時(shí)指導(dǎo)，并指引學(xué)生對自己感興趣的知識和技術(shù)去做深入的學(xué)習(xí)研究[5]。（5）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。周濟(jì)曾指出，我國本科教學(xué)質(zhì)量在世界上是先進(jìn)的，但也存在嚴(yán)重不足，最為突出的就是教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)非常薄弱，嚴(yán)重制約著教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高[6，7]。“材料成形CAD/CAE/CAM”課程中涉及到材料成型與控制專業(yè)中的壓力加工、液態(tài)成形、焊接成形等方向，這些專業(yè)方向和工程實(shí)踐結(jié)合非常緊密，在專業(yè)培養(yǎng)過程中應(yīng)盡量加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)（如認(rèn)知實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等），讓實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)貫穿整個(gè)培養(yǎng)過程，從而使專業(yè)課教學(xué)中難以理解和消化的相關(guān)概念、理論和觀點(diǎn)在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)更加形象通俗地被學(xué)生接受和消化。

三、結(jié)語

材料成型及控制工程專業(yè)要求學(xué)生具有CAD/CAE/CAM應(yīng)用能力等專業(yè)核心技能與相關(guān)知識，針對材料成形CAD/CAE/CAM課程的特點(diǎn)，提出了借助虛擬仿真平臺開展“合作研討式案例”教學(xué)、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、充分利用網(wǎng)絡(luò)資源、合理利用多媒體手段等教學(xué)方法，使教學(xué)過程靈活多樣化、生動(dòng)形象化、高效實(shí)用化，同時(shí)虛擬仿真技術(shù)可突破實(shí)驗(yàn)課在時(shí)間與空間上的局限，充分延伸課堂教學(xué)內(nèi)容，展現(xiàn)那些在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)過程。因此，充分挖掘和發(fā)揮數(shù)字化虛擬仿真平臺在成形CAD/CAE/CAM課程教學(xué)中的優(yōu)勢，可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，從而培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運(yùn)用材料成型理論方法和技術(shù)手段分析并解決工程實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃貞益，等.材料成型及控制專業(yè)建設(shè)探討[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2005，（1）：107-108.

[2]張喜燕.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)信息生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建與優(yōu)化[J].中國電化教育，2010，（6）：26-29.

[3]王清.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].科技信息，2009，（34）：232.

[4]高曉星.淺析虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2015，（12）：160

[5]丁建松，等.基于虛擬仿真的ERP實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].信息與電腦（理論版），2016，（2）：251-253

[6]周濟(jì).大力加強(qiáng)教學(xué)工作切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量[J].中國高等教育，2005，（1）：3-7.

[7]李東峰，等.基于“卓越工程師”培養(yǎng)的材料成形CAD課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014，（1）：112-114.