CADCAM課程的“階段”教學(xué)法研究①

1、CADCA課程的“階段”教學(xué)法研究1 CAD/CAM課程CAD/CAM技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心內(nèi)容。對(duì)于現(xiàn)今的機(jī)械 行業(yè)來(lái)說(shuō)，CAD/CAM技術(shù)的熟練掌握已成為相關(guān)從業(yè)人員的基本 技術(shù)要求。因此，為我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)培養(yǎng)一大批 CAD/CAM技術(shù)人 才，成為了高校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要任務(wù) 1 。為應(yīng)對(duì)目前行業(yè)對(duì)應(yīng)用型人才的實(shí)際需求， 現(xiàn)今高校的機(jī)械 類(lèi)或近機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)基本都開(kāi)設(shè)了CAD/CAM勺相關(guān)課程。CAD/CAM課程的實(shí)際教學(xué)內(nèi)容是各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用， 因此屬 于技能型課程。 在大多數(shù)高校的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中， 這些課程主要 分為兩部分：第一，以AutoCAD軟件為主的二維繪圖軟件的

2、教學(xué)， 目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠掌握 AutoCAD軟件進(jìn)行工程圖的繪制；第 二，以 CATIA, Pro/Engineer , Solid Works, UG等軟件為主 的三維設(shè)計(jì)軟件的教學(xué)， 目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠使用這些軟件進(jìn)行 機(jī)械設(shè)計(jì)、工程分析及輔助制造的相關(guān)工作。但現(xiàn)在CAD/CAM課程的實(shí)際教學(xué)效果仍存在一些問(wèn)題，主要是學(xué)生對(duì)軟件的靈活應(yīng)用能力較差。 針對(duì)這一點(diǎn), 一些高校教師 已經(jīng)展開(kāi)了相關(guān)研究, 如唐春華提出了項(xiàng)目教學(xué)法在課程教學(xué)中 的應(yīng)用 2 ,寧旺云提出通過(guò)趣味圖形的創(chuàng)新教學(xué)法提升學(xué)生學(xué) 習(xí)的興趣 3 等。但這些已有研究基本只針對(duì)教學(xué)中的某一環(huán)節(jié) 提出解決方法,因此,在汲取之前研究

3、成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)專(zhuān)業(yè) 培養(yǎng)計(jì)劃與CAD/CAM類(lèi)軟件的特性，本文提出了 “階段”教學(xué) 法，旨在有效發(fā)揮CAD/CAM課程在學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)中的積極作 用。2 目前教學(xué)中存在的主要問(wèn)題由于CAD/CAM類(lèi)課程本身為應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，所以課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生在課程結(jié)束后可以掌握并熟練使用一種或多 種軟件從事CAD CAE CAM方面的基本工作。但這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 程度卻往往并不理想， 原因主要和學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃中的相關(guān)課程時(shí) 間設(shè)置及目前相關(guān)教材內(nèi)容的整體結(jié)構(gòu)有關(guān)。2.1 課程設(shè)置目前CAD/CAM在大多數(shù)高校的培養(yǎng)計(jì)劃中基本都是作為一 門(mén)課程來(lái)設(shè)置進(jìn)行集中學(xué)習(xí)。 這種設(shè)置方法是造成教學(xué)效果無(wú)法 達(dá)

4、到預(yù)期的原因之一。主要是因?yàn)镃AD/CAM類(lèi)軟件由于自身廣泛 的功能模塊， 其所涉及的知識(shí)面基本貫穿了大部分的專(zhuān)業(yè)核心課 程。在集中學(xué)習(xí)的情況下，如果課程設(shè)置在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的早期，因 為學(xué)生還未接觸到更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，會(huì)造成一些諸如CAE， CAM類(lèi)功能模塊課程的學(xué)習(xí)障礙， 如設(shè)置到專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)末期的話同樣也 會(huì)出現(xiàn)學(xué)生對(duì)一些基礎(chǔ)知識(shí)由于學(xué)習(xí)時(shí)間已過(guò)太久而不熟悉的 情況。所以傳統(tǒng)的教學(xué)情況往往是只教授了基本的CAD模塊，由于課時(shí)數(shù)的限制 （因?yàn)檎n程必須安排大量的上機(jī)教學(xué)時(shí)間， 這會(huì) 導(dǎo)致實(shí)際講授的時(shí)間大幅度縮?。?，其余功能模塊的學(xué)習(xí)往往只 是介紹性的一帶而過(guò)，這樣的話就很難達(dá)到 CAD/CAM課程教學(xué)

5、的 初衷。因此，CAD/CA啖課程應(yīng)處于專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的哪個(gè)階段也 是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。2.2 教材現(xiàn)如今教學(xué)中常用到的一些相關(guān)教材， 它們的編寫(xiě)特點(diǎn)有以 下幾方面：（1）教材中軟件內(nèi)容以基本工具的使用為主，實(shí)例為輔。 基本工具的介紹與實(shí)例的聯(lián)系性較差。 學(xué)生在基本工具的學(xué)習(xí)過(guò) 程中會(huì)感覺(jué)比較乏味， 雖然他們按照實(shí)例的要求一步步進(jìn)行操作 可以完成圖形的繪制， 但卻會(huì)出現(xiàn)“知其然卻不知其所以然”的 情況，舉一反三的能力較差。（2）教學(xué)內(nèi)容較全面，但系統(tǒng)性不強(qiáng)。由于 CAD/CA啖軟 件的功能數(shù)量非常強(qiáng)大， 教材一般會(huì)要求面面俱到， 但篇幅數(shù)的 限制使得教材對(duì)每一方面并不能進(jìn)行深入， 在這一方面，

6、 通用教 材的教學(xué)效果可能比不上一些非教材類(lèi)的專(zhuān)用軟件教程類(lèi)書(shū)籍。（3）教材中所涉及到的部分模塊功能可能會(huì)出現(xiàn)與現(xiàn)培養(yǎng) 階段其他專(zhuān)業(yè)課程脫節(jié)的情況。3 “階段”教學(xué)法應(yīng)用分析通過(guò)之前的分析，可以得知傳統(tǒng)CAD/CA濮課程教學(xué)中教學(xué) 效果難以提升的主要原因在于集中學(xué)習(xí)的課程設(shè)置與學(xué)生其他 專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象。 這種情況一方面導(dǎo)致 學(xué)生并不能深入理解所學(xué) CAD/CAMH程的內(nèi)容，另一方面會(huì)導(dǎo)致 學(xué)習(xí)積極性的下降。 針對(duì)這兩點(diǎn)主要原因， 以提高教學(xué)效果為目 標(biāo)，提出了如下的解決方案。3.1 課程設(shè)置與“階段”教學(xué)法的應(yīng)用分析 在課程設(shè)置中所出現(xiàn)的問(wèn)題， 提倡使用“階段”教學(xué)法進(jìn)行

7、 解決。所謂CAD/CAM勺“階段”教學(xué)法，即不同于現(xiàn)今將CAD/CAM 課程集中開(kāi)設(shè)在一個(gè)學(xué)期進(jìn)行學(xué)習(xí)的方法， 而是將其分散在不同 專(zhuān)業(yè)課程勺學(xué)習(xí)階段進(jìn)行各種相關(guān)功能模塊勺學(xué)習(xí)。如以 PRO/Engineer 軟件為例，各階段性功能模塊與專(zhuān)業(yè)課程勺學(xué)習(xí) 階段對(duì)應(yīng)關(guān)系（如圖 1 所示）。這種課程設(shè)置雖然是以PRO/Engineer軟件為例，但由于現(xiàn)今大多數(shù) CAD/CAM軟件在 功能模塊勺設(shè)置上基本相同，因此也同樣適用于此圖所示勺方 法。這種階段式勺課程設(shè)置方法有助于解決之前所提到勺各種 教學(xué)問(wèn)題。 這種課程設(shè)置勺核心內(nèi)容是將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)完全滲 透到專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)當(dāng)中，使CAD/CAM課程和其

8、他專(zhuān)業(yè)課程在學(xué)習(xí) 勺進(jìn)程中進(jìn)行結(jié)合， 起到相互促進(jìn)勺作用。 這符合當(dāng)前對(duì)高校機(jī) 械類(lèi)人才培養(yǎng)的要求。 學(xué)生在整個(gè)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)的過(guò)程中會(huì)持續(xù)性 的學(xué)習(xí)軟件的各種功能模塊， 不會(huì)產(chǎn)生軟件與專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)脫節(jié)的 情況。將CAD/CAM課程的學(xué)習(xí)分散開(kāi)，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中因?qū)W習(xí) 內(nèi)容的大量灌輸而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差的情況。 同時(shí)，這也有助于 提高學(xué)生的軟件使用頻率， 進(jìn)而提高實(shí)際操作熟練度， 有利于解 決各種實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題， 在進(jìn)入工作崗位之后能更快的投 入到工作中去。另一方面，這種“階段”教學(xué)法有利于 發(fā)揮CAD/CAM軟件的輔助作用。與專(zhuān)業(yè)課程相對(duì)應(yīng)階段的軟件功 能模塊學(xué)習(xí)實(shí)際上是給學(xué)生一個(gè)專(zhuān)業(yè)課知識(shí)的

9、虛擬實(shí)踐環(huán)境， 有 助于激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)興趣和對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)課知識(shí)的理解。比如在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的第一學(xué)期安排學(xué)習(xí)CAD/CAM軟件的二維繪圖及零件特征模塊有助于對(duì)學(xué)生三維形態(tài)結(jié)構(gòu)和相對(duì)位 置的鍛煉。 在工程類(lèi)三維輔助設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)中， 所有的三維實(shí) 體模型都是由各個(gè)方向的平面投影截面為基礎(chǔ)生成的， 學(xué)生在學(xué) 習(xí)和操作軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的同時(shí)能夠直觀的理解三維實(shí)體與 二維投影圖之間的關(guān)系。 工程圖模塊的核心內(nèi)容則基本是國(guó)標(biāo)中 的各種零件的表示及標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)， 學(xué)生與第二學(xué)期的機(jī)械制圖一起 學(xué)習(xí)則有利于對(duì)這些國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的記憶及理解。CAD/CAM軟件都能夠提供零件的一些諸如密度、質(zhì)量、表面積、慣性力矩等基本信

10、 息和有限元分析工具， 這些內(nèi)容都同工程力學(xué)課程的學(xué)習(xí)有著緊 密的聯(lián)系，所以在工程力學(xué)課程開(kāi)設(shè)的同時(shí)學(xué)習(xí)CAD/CAM軟件的有限元模塊，則有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容的直觀理解。同樣， 在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的同時(shí)學(xué)習(xí)裝配和運(yùn)動(dòng)仿真模塊， 能夠 讓學(xué)生直觀的認(rèn)知到各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)關(guān)系。 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 的核心內(nèi)容與CAD技術(shù)密不可分，數(shù)控技術(shù)與CAM模塊的關(guān)系本 身就是緊密聯(lián)系在一起的。 最后學(xué)生的課程設(shè)計(jì)是對(duì) CAD/CAM課 程學(xué)習(xí)的一次綜合應(yīng)用，也可以作為該課程的最終考核標(biāo)準(zhǔn)。3.2 案例教學(xué)法的結(jié)合應(yīng)用階段教學(xué)法和現(xiàn)在大多數(shù) CAD/CAM教材的內(nèi)容有矛盾之處，主要在于大多數(shù)教材由于篇幅

11、的限制， 很難將這些內(nèi)容介紹的面面俱到，大多數(shù)教材的主要內(nèi)容都以 CAD功能模塊的教學(xué)為主， 在很多CAE/CAM模塊沒(méi)有理想教材的情況下，要發(fā)揮階段教學(xué)法 的優(yōu)勢(shì)會(huì)存在一些困難。 關(guān)于這一點(diǎn)， 可以嘗試合理運(yùn)用案例教 學(xué)法來(lái)解決。關(guān)于案例教學(xué)法在 CAD/CAM課程中的應(yīng)用，已有很多人做過(guò) 討論27 。在實(shí)際的教學(xué)中采用案例教學(xué)法確實(shí)會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí) 興趣的提高起很大作用。 因?yàn)榕c傳統(tǒng)的正向教學(xué)相比， 即先介紹 各種功能定義再具體演示使用方法， 采用案例教學(xué)這種逆向教學(xué) 方式更有利于學(xué)生對(duì)一些功能命令產(chǎn)生深刻印象， 尤其在一些功 能模塊教材相關(guān)內(nèi)容較少的情況下。在案例的選擇中需要注意兩點(diǎn)， 一是

12、所選案例必須能有效解 決典型命令的學(xué)習(xí)問(wèn)題， 且具有各種命令的綜合應(yīng)用方法； 二是 案例最好選擇一些實(shí)際案例， 只有實(shí)際案例才具有說(shuō)服力， 引起 學(xué)生的重視。在采用案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候應(yīng)注意在案例的示范中向?qū)W生提供最具有效率的操作流程， 在CAD/CAM類(lèi)軟件繁多的命 令群中只向?qū)W生講授實(shí)際工作中經(jīng)常用到的命令。 這有利于學(xué)生 更快速學(xué)會(huì)實(shí)際的應(yīng)用方法， 從而不會(huì)因?yàn)榭ㄔ谀硞€(gè)操作流程中 而喪失了學(xué)習(xí)的興趣。 這種方法是讓學(xué)生在能夠掌握一種基本操 作方法， 完成一個(gè)案例的前提下， 再在新案例中學(xué)習(xí)新的功能命 令，是一種有效的學(xué)習(xí)方法， 這能夠避免學(xué)生由于學(xué)習(xí)障礙而造成喪失學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自學(xué)及解決具體問(wèn)題的能力此外，在案例教學(xué)的過(guò)程中，要重點(diǎn)向?qū)W生講授案例，分析 在工作流程中的邏輯關(guān)系，這有助于學(xué)生理解 CAD/CAM軟件設(shè)計(jì) 的理念， 如在草繪截面的案例教學(xué)中要求學(xué)生嚴(yán)格按照?qǐng)D元、 約 束、尺寸的流程進(jìn)行繪圖， 將有助于學(xué)生理解“參數(shù)化”設(shè)計(jì)的 概念，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)其他同類(lèi)軟件是有益處的。4 結(jié)語(yǔ)該文針對(duì)傳統(tǒng)CAD/CAM課程教學(xué)中存在的教學(xué)效果問(wèn)題提 出了一種“階段”教學(xué)法，這種教學(xué)方法的主要特點(diǎn)是將 CAD/CAM課程學(xué)習(xí)分散到培養(yǎng)計(jì)劃的各個(gè)專(zhuān)業(yè)