工程教育改革的cad/cam教学实践与探索

摘要：CAD/CAM教学实践平台作为以培养应用型工程专业人才为目的的工程训练平台重要子平台，培养学生多学科知识的综合应用能力、创新精神和工程素质.以在井冈山大学机电工程学院工程训练平台上构建CAD/CAM教学实践平台为例阐述平台构建方法，探讨平台对教学和学生能力培养的促进作用.

关键词：工程训练；CAD/CAM；教学实践；平台工程

教育改革强调要以能力培养为核心，加强实践教学，深化人才培养模式,并强调通过各种实践教学环节，培养学生的实践能力［1］.工程教育改革的目的是培养学生掌握必要的工程基础知识，专业的基本理论,通过本专业实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究等工程设计方法的训练,获得具有创新意识和对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究和开发设计的初步能力［2，3］.目前，井冈山大学机电工程学院正在以实施卓越工程师培养计划为契机，加快培养适应江西省“鄱阳湖生态经济区建设”和吉安市“主攻项目，决战两区”建设需要的大批应用型人才，促进学校工程教育改革和创新，形成高校、行业企业联合培养人才的新机制，努力探索并构建工程教育人才培养新模式.CAD/CAM教学实践平台作为井冈山大学机电工程学院工程训练平台的重要子平台，主要服务于机械类专业学生，并兼顾电子、医疗器械工程等专业学生，通过整合现有CAD/CAM相关课程源和设备构建而成.通过平台下相关课程培养学生的工程实践能力，让学生体验“构思-设计-实施-运作”工程教育中强调的四个环节,使学生掌握CAD/CAM的基本原理和方法，熟悉CAD/CAM系统及在工程实践中的应用，初步具备CAD/CAM开发和应用能力，培养学生多学科知识的综合应用能力、创新精神和工程素质，以满足现代生产对高等学校培养高素质创新型人才的迫切要求.

1构建CAD/CAM教学实践平台的必要性

CAD/CAM技术是计算机、机械、材料等多学科知识相互交叉、渗透和融合的产物，是先进制造技术的载体.随着现代工业生产的高速发展，该课程体系在高校人才培养中的作用和地位也变得越来越重要.

1.1形势发展的需要

我国上世纪90年代在企业和高校兴起了工程领域“甩图板”热潮，使用计算机绘图软件完成工程图纸的绘制和打印输出成为技术人员基本要求［4］.随着计算机技术的发展，CAD/CAM软件越来越广泛地应用在机械行业中，在现代企业中，设计采用计算机辅助设计软件完成，复杂零件制造采用相应数控设备.尤其随着数控技术的发展，设计与制造工作之间的联系越来越紧密，因此现代制造企业希望毕业生具备良好的CAD/CAM能力.而传统的教学将CAD/CAM课程独立于工程训练平台外，并存在教学案例与实践脱节较大的问题.因此需要整合目前相关教学资源，以适应形势发展需要.

1.2促进基础课程学习

目前大多数高校在大学一年级开设机械制图课程，而计算机绘图或机械CAD课程开设的时间偏晚，并且存在课时少的现象，导致教学效果并不理想.然而学生在接下来的机械设计和机械原理等课程中都需要大量用到该项知识和技能.在日常教学中，老师会使用三维CAD软件来辅助教学以更好地培养学生的空间思维能力.但从教学效果来讲，让学生能自己动手绘制简单的三维图形，通过简单操作可以观察投影关系、相交相贯线等特征应该会更好.CAD/CAM教学实践平台的建立，能制定灵活的教学计划，为学生提供适应个人专业特点的学习计划，从而让学生实现学有所教，学有所长，学有所用，在学习基础知识同时也提升了能力.为拓宽课程知识覆盖面、适应CAD/CAM技术的发展以及机械类本科专业合并、调整的需要，近年来，在课程教学中增加了“曲线曲面造型理论”、“CAD中的数值分析方法”、“机构运动仿真”、“数控加工技术”、“CAD/CAM系统”等内容，丰富和发展了CAD/CAM教学内涵.

1.3促进专业课程学习

高年级的专业课程是学生面向毕业后工程工作的基础，CAD/CAM平台下的课程体系可以让学生体验工程实践的过程，并培养兴趣让其自主学习相关知识.以井冈山大学材料成型专业为例，在模具设计教学中关于冲压模、塑料模的设计很多图纸停留在二维阶段，不够直观，学生难理解，而采用UG、Pro/Engineer等三维软件可以进行模具型腔、分模和模架的设计，并可以实现分模动画、浇铸仿真和热流分析.同样在数控加工教学中，数控车床大多使用手动编程可以实现加工，但数控铣床在加工复杂型腔和曲面零件时难以使用手动编程实现，所以需要掌握一些CAM软件来实现.平台下的CAD/CAM综合实训能让学生体验“设计工艺制造”的全过程，实现了与企业技能基础教育的接轨，做到了毕业生与企业的“零对接”［5］.

2CAD/CAM教学实践平台构建方法

以井冈山大学机电工程学院工程训练平台为例，其下设有：机械设计制造及自动化工程训练、电气工程训练、CAD/CAM教学实践三个子平台.这三个子平台均承担着基础性训练、综合性训练和相应的拓展功能.其中CAD/CAM教学实践平台框架如图1所示.CAD/CAM教学实践平台主要特色在于提供了专业的实训平台，CAD/CAM平台实训课程体系是集基础实训、CAD/CAM综合性实训、设计性实训和研究性实训为一体（如图2所示），主要服务于机械类专业学生.培养利用常见CAD/CAM软件进行机械零件设计、模具设计和自动编程的能力,也兼顾电子、医疗器械工程等开设了机械制图等课程专业学生的教学和实训.通过整合现有教学课程和资源，将传统课程与现代方法结合，使CAD/CAM课程教学实践贯穿融合到基础课程和专业课程的教学中，真正让学刘朝晖，肖寿仁：基于工程教育改革的CAD/CAM教学实践平台构建与探索生学会相应CAD/CAM工具应用在各阶段的学习中.

3CAD/CAM教学实践平台的特点

根据多年的实践探索，笔者认为，不同的高校可根据自身特点和周边环境，构建适合于自己专业的CAD/CAM教学实践平台，以收到良好的效果.井冈山大学机电工程学院根据构建CAD/CAM训练平台教学特征，综合运用基于问题的探索发现法、任务驱动教学法、示范设计教学法以及互动讨论教学法.按照“以学生为中心，以学生自主实践为主、教师指导为辅，集中教学与个别指导相结合”的指导思想，突破过去单纯的师徒式的技能传授形式，充分发挥学生的学习主体作用，鼓励学生在教师指导下独立或以团队形式自主完成训练任务，激发大胆探索的兴趣和自主创新的潜能.在教学和综合训练过程中结合真实产品进行，注重多种教学方法的灵活应用，教师根据产品实物对训练内容作示范性讲解，并提供相关资料条件，指导学生自主完成相关的产品设计和加工仿真等训练内容，充分调动其积极性.通过互动讨论式教学方法，在训练过程中让学生带着问题去训练，并针对典型问题进行讨论，组织学生一起对教学和训练中出现的问题进行分析讨论，得出最佳选择［6-8］.在实践教学中，安排课内上机实验和大型综合实训环节.课内上机实验与理论教学适时交叉进行，将理论和实践有机结合，巩固和加深学生对基本理论的理解和掌握，培养学生的CAD/CAM技能.例如：在视图与投影关系教学时，用CAD软件建立机械零件的三维模型，并通过软件的视图变换，演示各视图之间的关系，并指导学生实现简单操作，让其明白了视图关系及相关机械制图标准.另外还可以探讨我国采用第一角法与欧美采用的第三角法的区别.这种教学过程能活跃实验教学气氛，培养学生兴趣，加深对抽象知识的理解，能获得更好教学效果.综合实训为结合材料成型专业特点开设的“材料成型CAD/CAM综合实训”教学环节，以加强对CAD/CAM技术在材料成形中的具体应用的认识.针对某一成形零件（锻造、冲压或塑料件），利用CAD/CAM/CAE系统进行产品实体建模、成形工艺分析、模具设计、模具工作零件的数控加工或快速原型制造，学生参加完成从产品造型、模具设计、模具数控加工(或快速原型制造)的全过程，得到成形数字化制造的系统训练，培养学生的现代成形设计能力、工程素质和创新意识.建立多元的考核方法，考核过程按照“重视过程体验、兼顾平时表现，强调实践能力、突出创新思维”的指导思想.考核方法以平时成绩与考核成绩相结合，操作考核和理论考核相结合，基本技能和综合创新评价相结合的方式进行.考核内容由当日训练综合记分、试题库测试、实习小结、实验报告、创新思维报告、小论文等组成，其中各项成绩所占比例，可根据不同专业，不同学期通过自行开发的课程成绩管理系统设定比例，最后统计成绩［8］.

4结语

（1）CAD/CAM教学实践平台的构建可以作为高校工程训练的子平台.承担着培养学生空间想象力、绘图技能、先进制造技术及CAD/CAM能力.（2）CAD/CAM教学实践平台采用了研究性学习的教学方法，对学有余力的学生通过参加“大学生创新计划项目”和学院新苗培育计划，培养学生的发散思维能力和创新能力.（3）CAD/CAM教学实践平台能促进学生自我学习，促进老师教学水平的提升，促进教学质量和教学效果的提高.（4）学校可每年定期在CAD/CAM教学实践平台下指导学生参加大学生机械创新大赛、机器人设计大赛、“挑战杯”全国大学生创业计划大赛、三维CAD/CAM技能大赛，对优秀选手进行表彰，并选拔优秀选手参加省级和全国性的相关比赛.

作者:刘朝晖 肖寿仁 单位:井冈山大学

参考文献：

［1］吴启迪.提高工程教育质量，推进工程教育专业认证［J］.高等教育,2008,(2):1-4.

［2］李正,林凤.从工程教育的本质看工程教育的发展趋势［J］.高等教育,2007,(2):19-25.

［3］邹卫放.工程训练中心在工程教育中的基础平台作第2期用探析［J］.教育.教学,2009,(2):196-197.

［4］张凯.我国工程设计CAD发展现状调查及“甩图板”对策研究［J］.工程设计CAD与智能建筑,1997,(2):11-20.

［5］肖寿仁，邓晓春，谢世坤，周太平.校企合作：地方高校培养应用型工程专业人才的有效途径［J］.北京电子科技学院学报，2011，19（3）：69-75.

［6］卿兆波.基于综合实践能力培养的CAD/CAM课程设计改革实践［J］.当代教育理论与实践,2015,7(3):45-47.

［7］肖寿仁，夏翔，谢世坤.基于工程教育教学改革研究与探索———以《机械原理》课程为例［J］.新余学院学报，2011，16（3）：121-123.

［8］谭艳斌.依托校企合作平台构建独立学院实践教学体系［J］.实验室研究与探索,2015,34(2):238-242.