“计算机辅助设计与制造”课程教学探索

2010-08-15冉险生林立

重庆科技学院学报（社会科学版） 2010年11期

关键词：上机软件课程

冉险生，林立

“计算机辅助设计与制造”课程教学探索

冉险生，林立

联系“计算机辅助设计与制造”课程的特点，进行了课程教学改革的尝试。着重介绍了为培养学生实践能力而在教学方式、方法上进行的一系列改革实践。

课程教学；CAD/CAM；教学方法

计算机辅助设计与制造（简称CAD/CAM）技术是制造工程技术与计算机技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、应用范围广等特点。CAD/CAM技术是先进制造技术的重要组成部分，是衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。机械设计与制造类企业都将是否掌握CAD/CAM的基本理论和操作技能作为招聘大学毕业生的首要条件。因此，学习和掌握CAD/ CAM技能对当今大学生来说，具有突出的现实意义。

一、课程的特点

目前，CAD/CAM课程在高校分成两部分：一是基础部分，即二维CAD/CAM，主要在“机械制图”课程后期教授相关内容，软件以AUTOCAD为主；二是进阶部分，开设“计算机辅助设计与制造”课程，作为机械类专业的专业基础课程，对三维设计与制造进行专门讲解与上机实作。按教学大纲，该课程的研究对象是CAD/CAM技术概论、计算机图形学基础、数控加工编程基础、三维软件应用等，涉及的学科有数学、计算机图形学、机械原理、机械制图、数控加工、注塑成型等。基础知识面宽，实践技能性强，是该课程的基本特点。由于在校学生缺乏工厂实践经验，课程学习难度较大。

二、教学改革尝试

借鉴美国心理学家、教育学家布鲁纳所倡导的发现学习法，在“计算机辅助设计与制造”课程教学中，从教学内容、教学方法、教学心理等方面，通过案例分析，启发学生积极思维，教给学生解决问题的各种策略，促使其成为自主学习的主体。

（一）关于教学内容的处理

课堂教学以CAD/CAM的实体建模为主线，从点、线、面等基本元素开始，逐步过渡到圆柱、球体、锥体、长方体等基本体素特征，再到实体加减的布尔运算等。教学中，穿插介绍曲线、曲面的发展历史以及一些里程碑式的人物对计算机图形学所做的贡献，讲解曲线、曲面的发展及不同曲线、曲面的优缺点，以便在实际软件运用过程中正确选择合适的曲线、曲面设计方法。同时，通过工程实际问题，让学生了解工程设计的一般流程和解决方法。既突出操作的重点，又兼顾计算机图形学的理论基础学习，巩固基本知识，完善知识体系。

机械工程的CAD/CAM技术的发展很快，课本上的知识和现实情况总是有一定差距。为此，教学中需要对课本内容进行取舍，补充最新的知识。例如，在讲解逆向设计时，应增加最新的光学测试技术、油泥模型的数字化过程、逆向设计软件的最新发展和应用等方面的知识，增强理论与实际的联系，提升学生的学习兴趣。

（二）教学方法的改革

“计算机辅助设计与制造”课程涉及的知识面宽，实践机能性强。授课教师应能熟练操作三维CAD/ CAM软件，最好有工程实践背景。教师要通过不同形式的教研活动，研究探讨教学内容的重点难点及其处理，并把关注的重点从教授课程的具体知识向教授学生学习方法转变。

1.结合工程实例教学软件的运用

在讲解具体的三维软件应用时，以工程实例为基础，课堂上实时操作软件并对学生启发提问，将操作步骤先进行分解，再和学生共同完成软件操作。不能一味孤立地讲解软件命令的使用。例如：讲解如何在一个长宽高分别为500 mm、300 mm、40 mm的长方体上打一个直径为30 mm的通孔。教师可与学生共同制定建模计划。首先，使用CATIA零件设计模块中的草图设计构建一个500×300的长方形，完成草图；接着，拉升草图，按40 mm完成长方体；然后，按给定尺寸构建直径30 mm的通孔。完成以上三个步骤后，使用软件的具体命令确定具体参数，完成建模。再让学生思考：还有没有其他办法达到相同目的。告诉同学们完成一项工作不应该局限于一种方法、一种思路。这个建模计划还可以通过先构建一条直线，通过直线拉升成一张平面，再以此平面为基准，通过增厚来完成长方体，最后完成打孔。通过运用不同的方法，让学生学会对比不同方法的优劣，从中选择最优方案进行零件设计。

2.适时运用实验教具，帮助理解操作流程

课堂上适时引入实验教具，可帮助学生加深理解。在讲CAD设计中的逆向设计部分时，将零件油泥模型和便携式光学扫描仪拿到教室，现场演示油泥模型如何转变成为电脑软件可以识别的数据。还可以让学生自己提供实物，如让学生扫描自己的手，在电脑中观察扫描出来的点云，用卡尺测量手上任意两点的尺寸，并与电脑中测量的尺寸进行比对。通过这些活动，加速对逆向设计阶段知识的理解和巩固。到课堂教学结束的时候，让学生完成点云的曲面处理。如果经费允许，还可以使用实验室的雕刻机，通过CAM技术进行数据加工，生产出手的模型。这样，通过一个完整的流程操作，学生对CAD/CAM的流程就有了清晰的认识。

3.课内课外相结合，加强实践训练

“计算机辅助设计与制造”课程的理论教学32学时，实验教学16学时，分8周讲授。每周理论4学时，实验2学时。每周2学时的实验课，对于掌握这门课程所要求的技能来说是不够的。因此，必须充分利用课余时间进行上机练习。上机时间应该让学生带着问题来，在上机的时候把平时练习遇到的问题与教师进行交流、探讨，只有这样才能牢固掌握所学知识。

大纲要求学生在学习该课程时，完成相应的上机练习，并完成实验报告。根据学生第一次上机练习情况，教师可以进行相应改进，布置课外作业。增加课堂节点练习时间，及时巩固课堂教学成果，加深对基本知识点的印象，掌握处理和解决一般建模问题的基本思路。课外作业要杜绝同学之间的相互抄袭。可以以学习小组方式对上机练习进行讨论，并写下讨论心得。必要时，可让学生随堂上讲台实际操作，既巩固知识，又锻炼学生的口头表达能力。

多媒体的运用在CAD/CAM教学中尤其重要。每次上课前应精心准备一二段小视频，帮助学生理解实际操作和使用这些操作带来的实际价值。操作视频可以从网上下载，任课教师也可以自己制作。教师自己制作的更贴合所教学生的实际情况，教学效果会更好。通常的三维CAD软件都能进行演示文件的制作，使用这种自制的课件教学效果是非常明显的。

另外，可让学生参与到实际项目中来。如参加全国性的“HONDA杯节油大赛”。为此，成立CAD/CAM兴趣小组，给学生布置项目。学生在教师指导下，使用CAD/CAM等现代设计加工手段，完成节油车辆的造型、结构设计，并最终加工制造成比赛用车。

课外学术交流活动可拓展学生视野，增强学生的专业自信心。参与实际项目设计活动，让学生把理论和实践结合起来，学生的理论水平和设计能力都能得到提高。通过CAD/CAM兴趣小组参与设计竞赛，在参赛过程中的加强学习和交流，从很大程度上弥补了课堂教学中学生之间缺乏交流的缺陷,对专业知识的完善有重要意义。