材料成型专业CADCAM基础课程实验教学的改革与探索朱晓勇.pdf

? ? 收稿日期: 2008 -09 -20 基金项目: 安徽省级教研项目( 2007JYXM166)。 作者简介: 朱晓勇( 1973- ), 男, 安徽滁州人, 工学硕士, 合肥工业大学材料科学与工程学院计算机实验室实验师。 第 7 卷第 4 期安徽职业技术学院学报Vol. 7 No. 4 2008年 12 月? ? JOU RNAL OF ANHUI VOCAT IONAL TECHNICAL COLLEGEDec. 2008 材料成型专业?CAD /CAM 基础?课程 实验教学的改革与探索 朱晓勇, ? 刘 ? 宁, ? 尤显卿 ( 合肥工业大学 材料科学与工程学院, 安徽 合肥 ? 230009) 摘? 要: 针对高校材料成型专业?CAD/ CAM 基础?课程实验教学中存在的一些问题, 文章结合课程实验 教学实践, 对该课程实验教学内容、 实验教学方法和手段以及实验考核方式进行了改革与探索。 关键词: 材料成型; 实验; 教学改革; CAD/ CAM 中图分类号: T P391. 72? ? ? 文献标识码: A ? ? ? 文章编号: 1672 -9536( 2008)04 -0076 -04 Abstract: Confronting with the existing problems in the experiment teaching of ? CAD/ CAM Fun - damental? for the major of material processing in colleges, and combining experiment teaching prac - tice, this paper expounds on the teaching reform and practice in experiment teaching content, methods and tests. Key words: material processing; experiment; teaching reform; CAD/ CAM ?CAD/ CAM ( Computer Aided Design and Manufacturing) 技术是一门通过应用计算机来协 助人们进行产品设计和制造的综合性技术, 是用 以提高设计水平和生产效率的强有力工具。随着 模具工业向着信息化、 智能化和精密化方向的发 展, CAD/ CAM 技术已成为国内外许多大中型企 业普遍采用的产品开发方法, 作为专业模具设计 人员掌握现代化的 CAD/ CAM 一体化知识则显 得尤为重要。鉴于当今企业用人需求的变化, 要 求高校在培养模具设计方面的人才就需要既懂得 传统的设计、 制造方法, 又要掌握现代设计与制造 方法。目前, 熟练掌握 CAD/ CAM 技术已成为材 料成型及控制工程专业毕业生提升求职竞争力的 必备条件 1, 2。 ?CAD/ CAM 基础?是材料成型专业的核心 课程之一, 该课程一般设在大学三年级第二学期 开课。该课程主要介绍 CAD/ CAM 集成系统中 的关键模块技术的基本概念、 基本原理以及如何 利用计算机完成产品图形的绘制、 设计方法。 ?CAD/ CAM 基础?课程与计算机基础、 计算机辅 助设计、 数据库、 计算机网络技术、 机械设计、 机械 制造工艺等多门课程有着广泛的联系, 是多种知 识、 技术和多学科的综合运用。?CAD/ CAM 基 础?的实验教学以上机实验为主, 要求学生通过上 机实验, 能熟练使用二维、 三维 CAD/ CAM 软件, 从而进一步理解、 掌握、 验证课堂教学中介绍的相 关概念和原理以及模具产品的设计开发过程。实 验教学的质量直接关系到整门课程的教学质量, 因此, 开展?CAD/ CAM 基础?课程实验教学的研 究, 提高课程实验教学质量显得极其重要。 1?CAD/ CAM 基础?课程实验教学中的现状和 存在的问题 ? ? ?CAD/ CAM 基础?课程的综合性、 实践性、 实用性很强。目前在模具设计方向上, 国内外常 用的二维、 三维 CAD / CAM 软件有 AutoCAD、 CAXA、 Master CAM、Solid works、Pro/ Eng- i neer、 UG 等等, 品种繁多, 而且版本也很多, 传统 实验教学方法在实验内容、 实验方法以及实验考 核方面都存在着一些问题。在实验内容上, 材料 成型专业的学生大多数对计算机知识掌握较少, 仅仅利用十几个学时的上机实验是无法熟练掌握 一套完整的软件应用技能, 授课教师往往为了降 低难度, 在教学内容上仅选用目前工程应用上已 逐渐淘汰的二维设计软件作为实验主要内容, 在 实验项目及内容上单一, 在内容设计组织上前后 独立、 脱节, 缺乏循序渐进。此外, 二维、 三维这些 设计软件的功能侧重点不一样, 有的偏重于产品 设计, 有的偏重于数控编程与加工, 有的偏重于工 程图设计, 如何针对材料成型专业的特点, 使学生 通过学习成为精通目前工程上急需的 CAD/ CAM 软件的技术人才是当前实验教学内容安排 中存在的难点之一。在实验教学方法上通常是实 验教师没有利用先进的多媒体教学手段, 学生凭 借记忆授课教师在课堂上讲课演示, 低效的完成 实验项目, 在整个教学过程中很少启发学生去考 虑影响绘图效率和质量的整体思路、 绘制方案、 绘 制流程及绘图命令优劣性比较等, 更不去引导学 生独立思考绘图过程中命令提示信息和出错信 息, 结果使学生易产生依赖思想。另外, 在上机实 践过程中, 给出的题目多数是缺乏综合性、 设计性 和创新性的题目, 从而造成学生被动的机械模仿 式学习, 缺少创新能力的培养。在考核手段上, 一 般是给学生一张模具图纸, 要求学生自行完成绘 图并打印出来生成实验报告即可, 造成有的同学 自己虽然没有画, 但直接拷贝别人的图纸也能完 成实验报告从而通过考核。这些做法带来的弊端 是: 有的学生学完整门课程后甚至连一张简单的 模具图纸都无法独立完整的绘制, 更不用说通过 软件进行产品的设计、 开发。可见, 提高?CAD/ CAM 基础?课程实验教学质量已经成为当务 之急 3 -5 。 2? ?CAD/ CAM 基础?课程实验教学的组织与 实施 2. 1? 增加上机实验学时, 修订实验教学大纲 CAD/ CAM 是一门实践性很强的课程, 学生 只有通过大量的实际操作, 才能掌握一定的操作 技巧。在制定教学计划时, 可以考虑增加学生上 机时间。我们将原先的 12 机时增加到 18 机时。 实验大纲的修订主要是围绕实验项目和和时 间安排两方面来展开。在实验项目上, 根据本课 程的教学目的和授课对象的实际情况, 针对当前 工程应用中模具设计的主流 CAD / CAM 设计软 件, 把实验体系划分为二维工程图设计和三维产 品设计两大能力训练模块, 将通用性强的二维设 计软件 AutoCAD 和应用性强的三维设计软件 UG 的训练作为实验主要软件平台, 通过学习 AutoCAD 让学生掌握二维工程图的绘制, 学习 UG 让学生掌握如何实现产品的模具型腔和数控 加工程序设计。在实验学时分配上, 将易学的二 维设计软件的上机学时安排 2 次( 6 学时) , 将学 习难度较大的三维设计软件的上机学时安排 4 次 ( 12 学时) 。在实验时间安排上, 由原先集中实验 的方式改为将实验紧密穿插在课堂授课过程之 中, 目的是使学生能够及时地加深对所学知识的 理解和掌握。 2. 2? 编制实验指导书, 设计科学合理的实验内容 实验指导书对实验课的重要性不言而喻, 实 验指导书的目的有两点, 一是弄清实验的目的和 原理, 二是弄清实验的步骤。目前?CAD/ CAM 基础?课程教材和参考书中均未配置实验指导书, 为了满足实验教学需要, 笔者与授课教师根据相 关教材, 按照设计好的实验项目和实验内容编制 了配套的?CAD/ CAM 基础?实验指导书, 为实验 教学的顺利开展提供必要的保障。 实验内容设计的合理性直接关系到实验教学 和整个教学过程的效果, 通过设计合适的实验项 目、 编排合适的实验内容并进行合理的实验安排, 能够提高学生学习的积极性, 并加深对所学内容 的把握和理解程度。实验内容不仅要与课堂授课 内容紧密结合, 从实验配套软件的操作上更要考 虑循序渐进、 由浅入深, 使学生有一个逐渐适应、 培养兴趣的过程, 最后达到熟能生巧的地步; 同时 实验内容还要考虑到与工程应用紧密结合, 能使 学生通过学习真正掌握完成实际产品设计和开发 步骤。根据设计的?CAD/ CAM 基础?实验教学 大纲的 要求, 按 照由 简入繁 的原 则, 我 们将 ?CAD/ CAM 基础?课程实验内容分为四个项目: ( 1) 通过实例练习掌握二维平面软件绘制平面零 78? ? ? ? 安徽职业技术学院学报 ? ? ? ? ? ? ? ? 第 7 卷 件图的基本方法和操作步骤; ( 2) 通过实例练习掌 握三维实体造型软件草图设计功能及简单三维造 型操作方法; ( 3) 通过实例练习掌握三维实体造型 软件复杂曲面造型方法和操作步骤; ( 4) 通过实例 练习掌握三维实体造型软件机械零件装配及出 图。在每一个实验内容中设计相关内容的实例图 样都是由简单到复杂循序渐进, 并且保证大部分 学生在实验课内能够完成。此外, 每个实验项目 中都将设计型实验组合在其中, 形成了涵盖工艺 及模具设计的综合实验, 可使学生得到产品结构 及工艺分析、 工艺设计、 模具设计等实际训练, 从 而验证、 丰富和深化所学的专业理论知识, 较好地 培养了学生综合应用理论知识分析、 解决实际问 题的能力。 2. 3? 改革实验教学手段和方法, 提高学生创新 能力 由于?CAD/ CAM 基础?课程知识具有综合 性和实践性强的特点, 对于一些相关理论知识基 础较薄弱的学生以及计算机操作知识不熟练的同 学, 往往在使用传统的实验教学方法时无法快速 掌握操作方法和灵活地使用操作技巧, 同时也会 出现机械学习, 当遇到工程实际问题时, 离开老师 和相关的软件教程无法解决问题的状况, 缺乏工 程设计的实战能力和创新性。采用合理的实验教 学方法和手段对于?CAD/ CAM 基础?课程的实 验教学效果显得尤为重要。 2. 3. 1? 制作多媒体实验教学课件, 利用先进的多 媒体进行实验教学 传统的实验教学中大多是采用学生凭借课堂 上授课教师讲课的操作印象或根据实验指导书按 部就班练习操作步骤, 实验教师口头讲述基本操 作方法, 有问题个别指导的方式进行实验, 学生学 习起来效率低下, 特别是对于功能复杂的高档 CAD/ CAM 软件, 难以达到良好的教学效果。根 据实验教学内容, 制作相应的多媒体实验教学软 件, 利用先进的多媒体教学手段, 引导学生边学边 做, 将操作命令现场演示, 使学生能快速掌握软件 的操作方法。例如在讲授 UG 三维图形装配操作 时, 命令的功能复杂, 参数类型繁多, 采用 CAI 教 学能达到事半功倍的目的。此外, 运用多媒体课 件进行实验教学, 可以将虚拟 现实技术引入 CAD/ CAM 教学, 构建虚拟的工程环境, 使学生 在具有交互性的环境下, 进行构想, 自主发挥, 自 主设计, 充分领略用计算机进行辅助产品设计和 制造的含义。 2. 3. 2? 改革传统实验教学方法, 培养学生创新 意识 传统的实验教学方法是实验教师在实验课 上以讲授具体的操作命令为主导, 告诉学生某 一命令如何操作, 按照一张图例一步一步教学 生操作, 学生练习时按部就班, 照葫芦画瓢, 这 样的结果往往是学生只能记住讲过的、 用过的 单一操作方法, 却不能灵活应用去解决实际问 题。这种? 填鸭式?单向传输教学方法, 无法去 培养信息时代具备创新精神与合作意识的学 生。如何让学生带着任务参与到教师的课堂教 学中去, 改? 授人以鱼?为? 授人以渔?是当前实 验教学改革的重点所在。 在实际实验教学中, 我们减少了对各个具体 命令使用方法的实验教学演示, 而侧重于讲解命 令使用中常见问题的解决方法、 工程图的绘制过 程和步骤以及一些快速绘图的方法和技巧。在学 生上机实验的同时, 及时穿插课堂讲授的基本原 理和基本概念, 鼓励学生用多种方法绘图。在学 生绘图过程中, 密切注意学生的操作步骤, 对学生 进行及时点拨、 分析、 归纳, 重视知识的迁移和运 用, 采用各种手段启发学生举一反三, 使学生对理 论知识加深了理解和认识。学生实践能力的提高 就是创新性思维能力的提高。因此, 我们还重点 将学生创新能力的培养贯穿和渗透于整个实验教 学中。针对?CAD/ CAM 基础?课程的特点, 在实 验教学中我们尝试了按照工程项目为内容组织教 学, 就是在每次实验内容中除了完成基本操作练 习外, 通过增加一个简单的工程项目让学生二、 三 人自由组合完成二维或三维零件的设计与绘制, 目的在于帮助学生通过完成指定的工程项目训 练, 让学生能够从典型的模具零件设计中发挥想 象力, 进行立体思维, 也是对学生理论知识与实践 技能综合运用能力以及合作精神的训练和培养, 进而达到灵活应用 CAD/ CAM 软件解决实际问 题, 从而提高工程实践能力的目的。此外, 在整个 实验教学过程中, 注重师生间、 学生间的交流互 动, 通过交流互动, 实现知识? 共享?, 达到共同提 高的目的。 79第 4 期? ? ? 朱晓勇, 等: 材料成型专业?CAD/ CAM 基础?课程实验教学的改革与探索 2. 3. 3? 注重评价和交流, 做好实验总结 对于学生在实验过程中常见问题进行及时地 总结和交流可以大大提高实验教学效果。通常我 们在每次的实验教学课最后专门留出十分钟时间 做实验总结, 一方面集中解决实验课上较普遍出 现的问题, 演示正确的操作方法, 帮助学生分析出 现问题的原因; 另一方面将本次新学命令与前面 讲过的命令相比较, 总结出更高效的绘图方法。 同时, 在实验报告中增加了诸如? 本次上机实验中 关键操作不同操作方法比较?的题目, 通过? 理 论? ? 实验? 理论?的循环更进一步加强学生 对知识的理解、 掌握和应用。 2. 4? 综合进行评价, 创新实验考核方式 实验考核是对学生已学内容理解、 掌握情况 的重要检查手段。从某种意义上讲, 考核是指挥 棒, 它决定了学生的学习方法及学习重点倾向。 原来以简单通过让学生画一张图的方式的考试方 式无法对学生所学的内容做全面的评价。针对这 些问题, 我们对实验考核方式进行改革, 采取量评 和质评相结合的原则, 从以下几个方面进行综合 考核: 一是通过学生上机实验表现, 在上机实验态 度、 操作熟练程度、 学习中能否做到举一反三灵活 使用各项命令等方面进行综合考察; 二是对每次 实验报告完成情况进行综合评价; 三是上机实际 操作考核, 在学习结束时通过使用自编的上机测 试软件, 让学生从教师自编试题库中随机抽题, 每 个学生除了要独立完成一组二维或三维图形的绘 制外, 还需要学生根据要求完成一个简单的综合 性三维造型设计, 这样一方面可以避免有的学生 通过复制别的同学的图纸电子稿应付考试的现象 发生, 造成无法真正检查学生对所学知识的掌握 情况, 另一方面通过一道简单的综合性三维设计 考核, 检查学生在实际工程中综合应用