孫克銳 葉炬鋒

摘 要：隨著數(shù)字化設計、制造技術(shù)的應用，高職教育迫切需要將CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合，培養(yǎng)既懂機械理論又懂CAX應用的高素質(zhì)、高技能、創(chuàng)新型人才。本文通過對CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程關(guān)聯(lián)性的分析，探討了兩者融合的策略，包括教材設計、教學設計、教學評價等，同時提出了融合面臨的問題及解決方案。

關(guān)鍵詞：CAX技術(shù)；課程融合；高職教育；機械基礎(chǔ)課程

作者簡介：孫克銳，浙江同濟科技職業(yè)學院講師、工程師。研究方向：機械制造及其自動化技術(shù)教學與研究；葉炬鋒，浙江同濟科技職業(yè)學院講師。研究方向：機制專業(yè)教學與研究。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）02-0036-02

隨著“十三五”規(guī)劃的實施和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革推進，數(shù)字化設計、制造技術(shù)的應用越來越廣泛深入。以CAD、CAE、CAPP、CAM等為代表的CAX技術(shù)，是數(shù)字化設計制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。新時期，高職院校要在有限的教學條件下培養(yǎng)學生的數(shù)字化應用能力、創(chuàng)新能力， CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合是必須的，也是大勢所趨。

一、CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程關(guān)聯(lián)性分析

機械基礎(chǔ)課程也稱專業(yè)基礎(chǔ)課，包括機械制圖、機械制造基礎(chǔ)、機械設計基礎(chǔ)等課程。目前，高職機械類專業(yè)一般都開設了計算機二維繪圖、機械CAD/CAM等CAX課程，然而這些課程的教學偏重軟件學習和操作，與其他專業(yè)課橫向聯(lián)系不夠，不利于學生對CAX技術(shù)深入理解、掌握和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。學生學習目標不明確，學習動力不足。同樣，基礎(chǔ)課教學也未充分關(guān)聯(lián)CAX技術(shù)，學生已習得的CAX技術(shù)得不到應用和提升。待到工作需要用軟件進行實實在在的設計時，常常一籌莫展，無從下手。即使經(jīng)過一段時間痛苦適應、摸索，設計出的東西可能還是漏洞百出，要么設計方案不佳，要么可制造性太差。筆者分析，上述現(xiàn)象主要是因為學校教育偏重于學科知識體系教學，而非按照工程應用能力的培養(yǎng)來組織教學，未將CAX技術(shù)與專業(yè)課程充分融合。

二、 CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合策略

1. 教材融合

CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程的融合、推廣離不開教材建設。機械制圖、計算機二維繪圖、三維機械設計三門課程都與繪圖有關(guān)，可融合為數(shù)字化機械制圖課程。3D模型能輔助學生對投影圖的理解，發(fā)揮學生的空間想象力。3D裝配圖、爆炸圖能幫助學生從裝配角度考慮設計。3D圖轉(zhuǎn)工程圖能提高學生識讀、制作工程圖能力，加強學生對設計規(guī)范、國家標準的掌握。故在新機械制圖教材中，引入三維設計軟件的基本操作、裝配圖、爆炸圖畫法、計算機工程圖制作、標注、BOM制作等內(nèi)容。通過課程整合，將三維圖、二維圖和制圖理論有機結(jié)合，縮短了總課時量，提升了教學效率，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力和計算機繪圖能力。

“機械制造基礎(chǔ)”課程涉及金屬工藝學、公差配合與技術(shù)測量、金屬切削原理、機械制造工藝學和機床夾具設計等多學科內(nèi)容，綜合性、實踐性強。高職學生理論基礎(chǔ)、空間想象力、學習定力都較薄弱，該課程更需融合CAX技術(shù)進行教學。通過CAD軟件建模技術(shù)展現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)如鑄模、沖壓模等。通過CAE軟件動態(tài)模擬金屬壓力加工變形過程。通過CAPP軟件模擬企業(yè)工藝部門工作過程，并對典型零件編制工藝文件，再通過CAM軟件規(guī)劃走刀路徑、模擬金屬切削過程和自動編程。對于公差配合與技術(shù)測量部分的教學，可以借助CAD軟件構(gòu)建測量模型，包括被測設備、測量治具、檢具等，再通過軟件動畫功能示意測量過程。因此，在新教材中增加三維軟件繪制的模具結(jié)構(gòu)圖、金屬塑性成型應力應變分布云圖、形位公差測量模型圖、有限元基本理論、CAE軟件基本操作和工程分析案例、CAPP軟件操作和工藝文件編制方法、CAM軟件操作和自動編程方法等。CAX技術(shù)與機械制造基礎(chǔ)課程融合，展現(xiàn)了現(xiàn)代制造技術(shù)和工程實踐情境，使枯燥、抽象的機械理論、知識、不得見的設備和結(jié)構(gòu)、測量過程等形象地呈現(xiàn)出來，幫助初次接觸專業(yè)學生快速融入專業(yè)學習中，明確學習目標，增加學習興趣，啟發(fā)創(chuàng)新思維。

“機械制造基礎(chǔ)”課程涵蓋工程力學、材料力學、機械原理、機械設計等內(nèi)容，兼具理論性和實踐性。該課程主要解決機構(gòu)運動規(guī)律、機械結(jié)構(gòu)設計、尺寸設計、選材等問題。一個完整、快速、合理的機械設計離不開眾多CAX技術(shù)的應用。三維模型能更清晰地表達零件形狀、裝配關(guān)系、干涉和間隙分析、實現(xiàn)機構(gòu)運動仿真，提早發(fā)現(xiàn)設計缺陷。將三維模型轉(zhuǎn)換為標準格式導入CAE軟件，施加邊界條件等，模擬分析系統(tǒng)受力和變形情況，優(yōu)化設計。最后對設計零件采用CAM軟件模擬加工和自動編程。在新教材中可引入CAD軟件機構(gòu)運動仿真方法、裝配干涉和間隙分析方法、結(jié)合設計的CAE工程分析案例、CAM制造案例。CAX技術(shù)與機械設計基礎(chǔ)課程融合，能顯著提高教學質(zhì)量，鞏固和提高學生的數(shù)字化設計、制造能力、創(chuàng)新能力，學生畢業(yè)后能更好、更快地適應設計等工作。

2. 教學融合

真正掌握CAX技術(shù)，不是依賴于幾門獨立開設的CAX課程，不是僅僅停留在軟件操作上，CAX技術(shù)必須以工學結(jié)合的形式滲透到所有專業(yè)課的教學中，結(jié)合工程實踐，讓學生自己動手操作。

融入CAX技術(shù)的機械基礎(chǔ)課程采用基于任務的項目化教學方式。理論教學和上機操作主要安排在安裝有CAX軟件的信息化機房，輔以CAI課件、多媒體、板書、教具、現(xiàn)場演示或基于網(wǎng)絡視頻直播企業(yè)現(xiàn)場操作，并結(jié)合CAX軟件動態(tài)呈現(xiàn)機構(gòu)運動規(guī)律、機器拆裝過程、金屬壓力加工變形過程、幾何量測量方法、工藝文件自動編制和零件模擬加工過程等。實操訓練分為單項訓練和綜合訓練，根據(jù)具體任務，可在計算機上或?qū)嵱柺彝瓿?。以機械設計基礎(chǔ)課程為例，單項訓練可以讓學生設計一個單功能的機構(gòu)，如彈簧自動復位球閥機構(gòu)。學生用三維軟件設計模型并進行運動學仿真，分析設計合理性等。綜合訓練指學生完成整個設計、加工過程，即用CAD軟件設計，CAE軟件分析受力情況，CAPP軟件編制工藝，再通過CAM軟件自動編程，并將生成的可執(zhí)行代碼文件輸入到機床，完成零件加工、組裝和驗證。

新課程內(nèi)容廣博、實踐性強，僅靠有限的教學學時很難達到好的教學效果，甚至教學任務也很難達成。采用以學生為中心的混合式學習法，將線上課堂學習與線下學習、集中答疑相結(jié)合。課件提前放在網(wǎng)上，學生隨時學習，碰到不懂之處可以查閱資料、進行朋輩交流，也可以參加定期的線上和線下答疑。線上答疑可以借助網(wǎng)絡平臺，如微信平臺等。為增強學生學習主體性、表達能力、團隊意識和學習信心，采用異質(zhì)分組教學，按組完成任務和提交作品，教師多創(chuàng)造機會訓練學生的表達能力。

為貼近真實的工程環(huán)境，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)工程意識，可組織學生去企業(yè)參觀學習，了解企業(yè)信息化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化發(fā)展的應用情況，了解相關(guān)崗位職責，提高學習動力。加強產(chǎn)學研合作，選取企業(yè)項目作為教學案例或任務。

在教學師資上，采用以雙師型教師為主、企業(yè)專家為輔的教學模式。以CAX技術(shù)大講堂作為第二課堂，定期邀請企業(yè)專家或優(yōu)秀校友分享CAX技術(shù)的發(fā)展和應用。構(gòu)建新課程與專業(yè)社團、大學生科技競賽、技能考證一體化平臺，形成學CAX、用CAX氛圍。任課教師擔任平臺指導教師，既可以將CAX技術(shù)應用于實踐，又可以了解學生在CAX技術(shù)上的薄弱之處，提高教學水平和專業(yè)技能。通過平臺的人才梯隊建設，培養(yǎng)一批批懂CAX技術(shù)的專業(yè)人才，薪火相傳，以點帶面，促進CAX教學。

3. 教學評價研究

教學評價對教學起到導向作用。CAX技術(shù)重在應用，新課考核內(nèi)容除對基本理論、知識的掌握外，還包括利用CAX技術(shù)完成實際項目的能力。考核形式包括筆試、上機操作、動手操作。教學評價將過程性評價和結(jié)果性評價相結(jié)合。過程性評價包括CAX技術(shù)應用能力、表達能力、人際團隊能力、職業(yè)精神等。結(jié)果性評價包括工程技術(shù)知識掌握情況、分析推理能力、最終作品質(zhì)量等。教學評價主體包括教師評價、自我評價、生生評價、企業(yè)專家評價、專業(yè)社團評價等。

三、CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課程融合面臨的問題

CAX技術(shù)與機械基礎(chǔ)課融合符合工程實踐需要，然而兩者融合的研究與實踐還處于起步階段，面臨諸多的理論和現(xiàn)實問題。

兩者融合不是簡單的拼湊，而是自然的融合。首先，要明確CAX技術(shù)人才培養(yǎng)目標，教材編寫要緊扣該目標，且要有教學和工程實踐經(jīng)驗作支撐。教材內(nèi)容要突出CAX技術(shù)的最新應用，教材組織和教學要符合高職學生接受特點。任課教師既要懂機械理論，又要有豐富的CAX實踐經(jīng)驗，且針對不同層次的學生能制定不同的教學設計和教學評價體系。其次，線下學習質(zhì)量如何保證、CAX技術(shù)社團如何有效運作、如何調(diào)動師生參與一體化平臺建設的積極性及一體化平臺內(nèi)部如何互動、產(chǎn)學研合作形式等。此外，在硬件方面，需要購買網(wǎng)絡版的CAX軟件，需要足夠的信息化機房，電腦硬件配置要高，教學學時要盡量多。要解決這些問題，需要系統(tǒng)規(guī)劃包括制度保障、教材建設、實訓室建設、一線教師的努力配合等。

與CAX技術(shù)、信息化技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合的機械技術(shù)將助力中國制造向智能制造轉(zhuǎn)變，加快推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，為我國人工智能的發(fā)展奠定基礎(chǔ)和保障。CAX技術(shù)與高職機械基礎(chǔ)課程的融合，將有效提高教師自身的專業(yè)水平、教學水平和學生的創(chuàng)新能力、就業(yè)質(zhì)量及職業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。兩者的融合是系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌規(guī)劃師資、教材、教學、硬件配置、產(chǎn)學研合作等。

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（編輯：秦俊嫄）