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应用技术大学CAD/CAM实践教学改革与创新措施分析

2021-05-15 98 上传者：管理员

摘要：针对目前应用技术大学CAD/CAM实践教学过程偏重软件应用、缺乏创新培养的现状，本文提出一种以工程教育认证引领的CAD/CAM综合实践教学改革新模式。通过剖析新形势下课程教学存在的问题，实施分组项目式教学模式与教学内容改革，促进层次化分类教学，采用个人成绩和组评系数相结合的评价方式，可以更有效地发挥学生的主观能动性，培养学生的创新精神、团队协作意识和动手实践能力，改善CAD/CAM综合实践的教学效果。

关键词：
CAD/CAM实践
专业认证
实践教学
应用技术大学
教学改革
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1、引言

作为现代计算机辅助工程技术，计算机辅助设计与制造课程（CAD/CAM）主要用于帮助工程技术人员完成产品的设计和制造工作，提升产品的生产效率和设计水平。CAD/CAM已经成为各类工科院校机械相关专业人才培养方案中的一门主干课程，承担着重要的信息技术手段培养作用[1]。

为应对国内外CAD/CAM技术的飞速发展，培养高素质应用型人才，高等工科院校CAD/CAM教学内容及知识体系不断更新。作为偏重应用技术类型人才培养的新型大学[2]，国内应用技术大学开设CAD/CAM课程主要有两种类型[3]。一类是偏重理论教学，主要传授CAD/CAM相关技术原理，包括讲述计算机图形学基础知识、图形变换原理、各种数据结构和数据库、计算机辅助工程分析、计算机辅助工艺规划、计算机辅助制造方法等内容，理论性强。

由于工科非计算机专业学生受知识结构所限，学生对这些理论知识的掌握效果差，适应性不强。另一类偏重应用软件的使用，表面上看教学效果很好，实际上却存在着潜在的问题，即这种教学方式下的学生以为CAD/CAM技术就是使用软件，培养的理论深度与内容广度不够，难以解决软件应用过程中出现的深层次的工程问题。

CAD/CAM技术属于一门理论和实践并重的课程[4]。CAD/CAM实践作为该理论课程的配套环节，对于加强学生的设计能力、加深对数字模型的理解起着至关重要的作用。但近年来，国内应用型本科院校的CAD/CAM实践大都关注于工具软件应用的教学，学生的实践工作仍然停留在依葫芦画瓢、简单测绘或模仿的层面上，无法满足现代创新设计能力培养的需要。因此，如何将现代三维设计手段和创新思维结合起来，已成为CAD/CAM实践教学的一个重大挑战。本文提出一种以工程创新设计为基础的实践教学新模式，探讨以创新精神与团队合作引领教学实施的新方法，通过实施教学改革提升学生综合应用CAD/CAM技术的能力。

2、存在问题分析

(1）专业工程教育认证的新要求

为促进我国工程教育改革，加强工程教育实践教育，提高工程教育的培养质量，我国从2005年开始逐步推行工程教育认证。直至2013年，我国被接纳为《华盛顿协议》的签约成员，2016年成为正式成员。通过认证的专业的毕业生学位能够得到其他组织成员的认可，大大提高了专业培养质量的国际认可度[5]。机械专业作为工学的重要组成部分，主要为社会培养机械工程领域所需的各类工程建设专门人才。针对机械类的专业认证是我国最早进行工程教育认证试点工作的专业领域，历经了我国工程教育专业认证体系从无到有的创建过程，其系统的认证标准体系为机械类各专业构建完善的人才培养体系提供了教育教学理念、教育技术、教育质量保障等方面的方法论支撑。

工程教育认证体系的认证标准对课程体系的构建提出了新规范，对每门课程的教学提出了新要求。每门课程的教学要围绕成果导向、以学生为中心、持续改进三大理念不断开展教学改革，围绕专业培养目标能力达成形成有效支撑。

(2）专业培养方案变动的新问题

为了适应机械设计制造及其自动化专业工程教育认证的新要求，专业的培养方案必须做出调整。在分析人才需求的基础上结合应用技术大学的人才培养目标重构课程体系，梳理出各门课程在专业培养过程中的作用。福建工程学院涉及专业人才培养方案的调整一般每四年一次，在一届本科结束培养之后通过各方论证重新调整人才培养方案。由于在2014年开始对照工程教育认证标准重构课程体系，因此专业人才培养方案由2014版专业人才培养方案调整为2018版专业人才培养方案，并顺应智能制造需求开办了智能制造实验班。

因此，专业人才培养方案的变动给CAD/CAM综合实践环节的教学带来了巨大挑战。这主要涉及配套的理论课程在内容、学期安排等方面做出的较大调整。在2014版培养方案中，《CAD/CAM应用软件》和《CAD/CAM技术》为两门课程，学时数各为32学时，授课学期分别为第二学期和第五学期。在2018版培养方案中，将《CAD/CAM应用软件》和《CAD/CAM技术》两门课程合并成了《CAD/CAM技术及软件》一门课程，学时数调整为48学时，授课学期调整到了第三学期。

在智能制造实验班培养方案中，已经砍掉了作为工具使用类的课程《CAD/CAM应用软件》，仅保留32学时的《CAD/CAM技术》课程，授课学期放在了第五学期。也正是由于引入了工程教育认证体系，其认证标准对课程体系的构建提出了新规范，对每门课程的教学也提出了新要求。要求每门课程的教学要围绕成果导向、以学生为中心、持续改进三大理念不断开展教学改革，围绕专业培养目标能力达成形成有效支撑。

(3）少学时分层次教学的新困境

专业人才培养方案的变动带来的是配套理论课程《CAD/CAM技术》的变化，客观上造成了CAD/CAM综合实践环节的教学变化，出现了少学时分层次教学困境。专业培养方案是一个完善的课程体系，各门课程的学习要遵循顺序渐进、相互关联的原则。《CAD/CAM技术》课程的授课学时、授课学期、授课内容安排的不同，前后的衔接课程也跟着发生了变化，各门课程授课的有机联系就会出现不同程度地调整。

CAD/CAM综合实践环节作为《CAD/CAM技术》课程配套的实践环节，在不同的年级也出现了不同的安排。在2014版培养方案中，CAD/CAM综合实践为2.5周，安排在第七学期，在2周的数控编程与加工实践之后进行；在2018版培养方案中，CAD/CAM综合实践调整为2周时间，安排在第八学期，在第七学期1.5周的数控编程与加工实践之后；而在智能制造实验班培养方案中，CAD/CAM综合实践调整为1周时间，安排在第七学期，在第七学期1周的数控编程与加工实践之后。从中可以看出，实践周数在不断缩短。学时数在减少的同时，出现了不同类别的分层教学需求。

3、实践教学改革与创新

3.1 工程教育认证

工程教育认证标准体系有着严格的课程体系及对应的教学要求。因此，工程教育认证的要求引领着课程的改革方向。本课程是机械设计制造及其自动化专业的重要实践性教学环节，重点培养学生建立工程意识，培养学生综合实践能力、创新设计能力以及综合运用所学计算机辅助设计与制造技术手段完成产品设计与制造的能力。

根据专业的工程教育认证总体框架设计，课程分解成六个教学目标，对应支撑四个毕业要求。通过环节教学，使得学生能够在环境、法律、安全等现实约束条件下，开展对设计方案的评价，并能协调技术和经济性等具有冲突性因素的相互影响；培养学生利用计算机及其相关编程软件、信息技术等基础知识解决机械产品设计与制造的工程实际问题的能力，能够应用现代仿真手段对机械系统复杂的工程问题进行仿真和模拟。

3.2 教学模式与教学内容

CAD/CAM综合实践环节在教学改革的过程中不断地进行调整，从最早期的4周到后来的1周，从最早的专业综合实践的一个组成部分到后来的课程配套实践，在不断变化中越来越趋向于完善。但不管教学时数和环节名称怎么变化，其核心内容还是培养学生利用计算机手段完成机械设计与制造的相关活动。在早期，CAD/CAM综合实践主要是以培养学生掌握一种三维设计软件的使用能力和数控机床的操作能力为主，停留在软件和机床的操作使用层面，学生缺乏主动的思考与创新能力。

为此，课程的教学模式和教学内容进行了有效改革，打破旧有模式，构建了一个以工程创新设计为基础、计算机三维实体造型和自动编程为工具、传统加工手段和数控机床加工相结合的CAD/CAM综合实践教学新模式。

新模式的CAD/CAM实践教学以项目引导式引领教学过程，即把学生按不同项目进行分组，要求学生在学习一种CAD/CAM应用软件功能的基础上，以产品的生产开发为主线，从产品的方案确定、三维建模、工程分析、工艺设计、数控编程、模拟加工到最后的数控加工与装配的整个过程进行实际产品的设计制作训练。在实践中培养学生的设计与仿真软件的应用能力、动手操作能力和解决实际工程问题的能力，培育学生的设计制造能力和创新精神。此外，在3D打印这种新的制造手段日益普及的情况下，还要求每个项目组除了要完成某一复杂曲面零件作品的自动编程与数控加工外，还要利用FDM熔融沉积方式制作完成某一包含零件装配关系的作品。

3.3 课程考核评价方式

在教学模式和教学内容发生改革的基础上，要求课程的考核评价方式也要发生变革。实践环节的评价不同于理论课程的评价，不能简单地以书面材料作为评价的依据，而是应该综合评价学生的实践过程中的完成度、参与度、协作性和创新性。

对于完成度和参与度的评价相对容易实现，可以根据作品的完成情况和考勤情况直接给出量化评价。但是，对于协作性和创新性的评价则相对复杂。本课程教师团队提出了一个创新的评价方式，根据创新原则和学生们的相应设计与制作能力，将CAD/CAM综合实践项目组按照创新程度和难易程度进行层次化分组，分成基础测绘型、原型参照型和创新设计型三种类型。每种项目组分别确定一个组评系数。为了突出团队协作的重要性，采用“学生个人作业成绩×组评系数”的综合评分方法，其中“学生个人作业成绩”包括学生独立完成的零部件设计、三维设计文件、工艺设计及非标准件的制作，“组评系数”则由分组选题难易程度、小组创意设计报告及最后小组答辩成绩决定。

4、结束语

本文提出了一种以工程教育认证引领的CAD/CAM综合实践教学改革新模式。该模式通过实施教学模式与教学内容改革，创新课程评价方式，可以更有效地发挥学生的主观能动性，培养学生的创新精神、团队协作意识和动手实践能力，改善CAD/CAM综合实践的教学效果。通过近几年的教学实践证明，CAD/CAM实践教学改革取得了一定的成效。CAD/CAM技术课程成为省级精品课程，培养的大部分学生熟练掌握了相关软件，学生还多次在机械创新设计大赛、三维创新设计大赛等大赛中获得全国或省级奖励。培养的学生的CAD/CAM能力也受到了各类企业的普遍认可，符合应用技术大学的人才培养定位。

参考文献:

[1]王永强,李玉龙,张志永.基于《CAD/CAM应用技术》课程教学改革的探索.课程教育研究,2017(19):254-255

[2]陈浩淼,刘宇陆,王瑛.高水平应用技术大学建设的目标定位与路径选择.中国职业技术教育,2020(03):81-84

[3]宋敏.机械CADCAM课程教学改革与实践.吉林工程技术师范学院学报,2013,29(11):79-80

[4]吴伟辉,黄长征.智能制造背景下应用型本科机械专业CAD/CAM教学研究.科教文汇(下旬刊),2018(03):50-52

[5]曾寿金,江吉彬,黄卫东,等.工程认证背景下应用技术大学机械专业人才培养体系构建.教育教学论坛,2018(12):86-88

文章来源：曾寿金,叶建华,黄卫东.应用技术大学CAD/CAM实践教学改革与创新[J].福建电脑,2021,37(05):163-165.