应用型本科院校CAD/CAM技术课程的教学探索和改革
张乐莹+刘艳+陆广华+张跃
[摘 要]CAD/CAM技术在现代工业中占据着重要的地位，是未来工业的重要技术。应用型本科院校对这门课程的教学要根据学生特点修订适宜的教学计划，对相关课程的衔接应进一步优化。教师对课程内容进行调整，在理论的基础上，结合软件和实验设备进行授课，让学生探索式地成长。通过一些课堂设计、课外作品及各种竞赛提高学生的兴趣，营造良好的学习氛围。
[关键词]应用型本科；CAD/CAM；课程改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）06-0126-02
一、引言
计算机辅助设计与制造（简称CAD/CAM）技术于20世纪60年代开始形成，至今已有50多年历史。[1]它融合了多个学科的知识，发展迅猛，应用范围广泛，在机械、电子、汽车、船舶、航空、航天、纺织、轻工及建筑等诸多领域都具有不可替代的地位。[2]
CAD/CAM技术改变了传统的机械设计及制造方式，提高了产品设计质量、节省了产品生产的开支、缩短了产品开发周期，为企业适应市场注入更多活力。CAD/CAM技术越来越受到国家、企业及广大工程技术人员的重视。这是一门仍处于快速发展中的高新技术。在工业4.0（Industry 4.0）中，CAD/CAM技术的应用得到了足够的重视，它是未来行业中的必备工具，也是新型产品的研发与创新平台。
二、课程教学现状
CAD/CAM技术是一门综合性课程，它涵盖工程图形学、机械设计、优化、模具、钣金、逆向设计和制造等众多知识领域。因此，许多院校均在大三或大四阶段开设CAD/CAM技术课程，其目的是让学生在具备一定专业知识后再学习这门课程。但目前在许多院校尤其是研究型本科院校，课程讲授仍以枯燥的理论为主。对于应用型本科院校的学生来说，这种教学模式无法激起学生的学习兴趣，而且知识点也不易消化吸收。[3] [4]
近年来，部分院校也开始尝试将CAD/CAM技术课程通过理论与实践相结合的模式讲解，并将课堂从普通教室搬至机房。[5]这种教学模式能更加形象地向学生展示课程内容，并加深学生对知识点的理解。不过，理论教学内容仍旧没得到深层次的改变，许多保留的知识点比较难懂，需要花费更多时间学习，而它们对学生日后工作和学习的用处却不大。尽管课堂搬至了机房，但预留的上机时间并不多，学生练习机会少之又少，无法充分体会到CAD/CAM技术的精髓。
无论是在普通教室讲解，还是在机房演示，CAD/CAM技术课程讲解都呈现出“偏软”的状态。理论缺乏足够吸引力，而上机演示与工程实际之间亦存在脱节现象，它如空中楼阁一般，让学生感觉虚幻、不可触摸。如能将CAD/CAM技术与工程问题和实验设备结合起来，建立良好的硬件设施条件，讲授时做到“软硬兼施”，学生的动手能力和CAD/CAM技术的应用能力都会得到更好的培养。
三、教学探索及改革
在应用型本科院校中，学生的理论基础相对于研究型本科院校的学生来说较弱，因此CAD/CAM技术课程应以实用为主，适当调整知识结构和授课内容，并强调动手能力的培养。但另一方面，CAD/CAM技术绝不能沦落为职业技术层次的单一软件培训，应从宏观上引导学生对CAD/CAM技术整个流程及相关知识点有理论储备。应用型院校的CAD/CAM技术课程要求学生达到既有动手能力，又有一定的理论支撑。这对于课时安排是有一定挑战性的。下面分别对应用型院校CAD/CAM技术课程的教学进行一些探索。
（一）修订教学计划
CAD/CAM技术要求知识面广泛，且其内容覆盖了CAD、CAE、CAPP、CAM等各类CAX的理论及实践。CAD/CAM技术课程至少应安排3-3.5学分。只有保证充足学时，才能达到理论与动手能力并重的效果。
即便这样，CAD/CAM技术课程的课时仍旧紧张。结合UG、SolidWorks或Pro/E等三维软件来讲解课程时，熟悉软件操作会占用将近一半的课时。在教学计划中，可考虑将CAD的三维软件操作部分适当剥离出来，融入其他课程或建立新的实训课程。比如南京理工大学泰州科技学院在工程图形学课程的AutoCAD上机实训环节最后几节课加入了Pro/E三维练习，引导学生提前熟悉软件，由二维向三维思维模式转换。[6]此外还建立了1学分的Pro/E实训，使学生在上CAD/CAM技术课程之前具备一定的三维建模能力。
CAD/CAM技术还可以与其他专业课程衔接，如南京理工大学泰州科技学院还开设了有限元（ANSYS）、优化（MATLAB）和模具设计、制造（Pro/E）等相关专业课程。几门课程在内容上可达到相互呼应、互补的效果。[7]
（二）优化教学内容
CAD/CAM技术更新换代很快，而相关教科书却变化不大，内容复杂且套路陈旧。针对应用型本科院校学生的学习特点，教学内容应做一些调整和优化。
首先，可以考虑去除一些无关紧要的知识点，比如CAD/CAM的软、硬件配置、数据库模式、网络协同环境、图形变换矩阵、曲线及曲面的公式表达等内容。这些知识点对于应用型本科的学生来说，非常难以理解，而且占用课堂时间，对日后学习、工作的用处不大，并不是必不可少的内容。这些知识点可以删除。
其次，尽可能将知识点融入上机或实践教学当中。理论课时适当压缩，尽量简洁，让学生一目了然。理论讲解是必要的，但讲解时间越长，效果越差。如果把知识点融入上机或实践当中，学生边操作边温习知识点，会更有利于知识点的吸收和理解。比如，在讲解“参数化”设计内容时，理论部分只要讲清“参数化”的概念即可，接下来直接让学生上机做两个“参数化”的案例，学生马上就能理解“参数化”的意思，并且印象深刻。应用型本科院校的学习不应该像研究型学院的纯传授式，而应鼓励让学生以探索的方式来学习。
最后，在剥离Pro/E实训环节之后，在课时可保证的情况下，教学内容中还可适当加入一些先进技术，如三维扫描、逆向曲面及三维打印等知识点，以拓展学生的知识面。
（三）增加实验支撑
CAD/CAM技术课程教学很少用到实验设备，最多给学生一些工程图或模型用于参照建模。在CAD内容部分，这一练习是非常必要的，而且还应特别强调对实物的测绘练习，以提高建模的准确性。而在CAE、CAM及逆向设计等环节，基本上没有院校会用到其他实验设备或器材，学生即使在上机时，也难以与实际工程背景相结合。
应用型本科院校可根据自身情况充分利用现有实验室设施，引入上机操作与实验相结合的环节。比如CAE部分讲解时，可以结合慧鱼等实验搭建设备，对分析优化结果进行验证。这样既可加强学生对知识点的理解，又可以提高学生的动手能力。又如，讲解曲面或逆向设计时，可以带学生到实验室看看三维扫描仪的点云生成，并将文件带到机房进行后期曲面建模、实体化，最后导入三维打印机设备，这样学生对于整个逆向流程了解更为清晰。
（四）提高学生兴趣
兴趣是学生的第一老师。教师在课堂上努力简化难懂知识点，并融入上机或实践当中，目的就是提高学生的兴趣。学生在探索中成长，兴趣也会越来越浓厚。案例教学或任务教学都可以培养学生解决问题的能力，还可以培养团队协作意识，学生完成后成就感十分强烈。此外，还可鼓励学生的创新性设计，并在课堂上予以公示，加强学生之间的交流。时常在课堂上或课外举办一些对抗赛，进一步提高学生锻炼创造性思维和互相学习的兴趣。优选一批优秀学生参加全国各种相应竞赛，竖立榜样教育典型。2009年开始至今，我院学生每年积极参加全国3D大赛等各种赛事，如图1所示为部分参赛作品和获奖证书。
四、结论
CAD/CAM技术是未来工业中的重要技术。应用型本科院校对于这门课程的教学要根据学生特点修订适宜的教学计划，对相关课程的衔接应进一步优化。教师应对课程内容进行调整，在理论的基础上，结合软件和实验设备进行授课，让学生探索式地成长，并通过一些课堂设计、课外作品及各种竞赛提高学生的兴趣，营造良好的学习氛围。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王隆太，等. 机械CAD/CAM技术[M]. 北京： 机械工业出版社，2013.
[2] 宁汝新，等.CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2015.
[3] 乔东平，李浩，罗国富，马军. 机械CAD/CAM技术课程教学改革与创新探讨[J].河南科技，2013（15）：255-256.
[4] 孟杰，何高法，吴睿. 基于CDIO模式的机械CAD/CAM课程教学改革[J].兰州教育学院学报，2014（7）：94-95.
[5] 金宁，焦丽，刘雨搏.CAD/CAM技术课程教学的现状与改革[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010（S1）：203-204.
[6] 陆广华，张乐莹，张跃，陈涛.应用技术大学工程制图教学改革与探索[J].大学教育，2015（8）：164-165.
[7] 陈涛，李连波，张乐莹，陆广华.应用型本科院校机械类人才培养模式的探索研究[J].大学教育，2014（18）：117-118.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]CAD/CAM技术在现代工业中占据着重要的地位，是未来工业的重要技术。应用型本科院校对这门课程的教学要根据学生特点修订适宜的教学计划，对相关课程的衔接应进一步优化。教师对课程内容进行调整，在理论的基础上，结合软件和实验设备进行授课，让学生探索式地成长。通过一些课堂设计、课外作品及各种竞赛提高学生的兴趣，营造良好的学习氛围。
[关键词]应用型本科；CAD/CAM；课程改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）06-0126-02
一、引言
计算机辅助设计与制造（简称CAD/CAM）技术于20世纪60年代开始形成，至今已有50多年历史。[1]它融合了多个学科的知识，发展迅猛，应用范围广泛，在机械、电子、汽车、船舶、航空、航天、纺织、轻工及建筑等诸多领域都具有不可替代的地位。[2]
CAD/CAM技术改变了传统的机械设计及制造方式，提高了产品设计质量、节省了产品生产的开支、缩短了产品开发周期，为企业适应市场注入更多活力。CAD/CAM技术越来越受到国家、企业及广大工程技术人员的重视。这是一门仍处于快速发展中的高新技术。在工业4.0（Industry 4.0）中，CAD/CAM技术的应用得到了足够的重视，它是未来行业中的必备工具，也是新型产品的研发与创新平台。
二、课程教学现状
CAD/CAM技术是一门综合性课程，它涵盖工程图形学、机械设计、优化、模具、钣金、逆向设计和制造等众多知识领域。因此，许多院校均在大三或大四阶段开设CAD/CAM技术课程，其目的是让学生在具备一定专业知识后再学习这门课程。但目前在许多院校尤其是研究型本科院校，课程讲授仍以枯燥的理论为主。对于应用型本科院校的学生来说，这种教学模式无法激起学生的学习兴趣，而且知识点也不易消化吸收。[3] [4]
近年来，部分院校也开始尝试将CAD/CAM技术课程通过理论与实践相结合的模式讲解，并将课堂从普通教室搬至机房。[5]这种教学模式能更加形象地向学生展示课程内容，并加深学生对知识点的理解。不过，理论教学内容仍旧没得到深层次的改变，许多保留的知识点比较难懂，需要花费更多时间学习，而它们对学生日后工作和学习的用处却不大。尽管课堂搬至了机房，但预留的上机时间并不多，学生练习机会少之又少，无法充分体会到CAD/CAM技术的精髓。
无论是在普通教室讲解，还是在机房演示，CAD/CAM技术课程讲解都呈现出“偏软”的状态。理论缺乏足够吸引力，而上机演示与工程实际之间亦存在脱节现象，它如空中楼阁一般，让学生感觉虚幻、不可触摸。如能将CAD/CAM技术与工程问题和实验设备结合起来，建立良好的硬件设施条件，讲授时做到“软硬兼施”，学生的动手能力和CAD/CAM技术的应用能力都会得到更好的培养。
三、教学探索及改革
在应用型本科院校中，学生的理论基础相对于研究型本科院校的学生来说较弱，因此CAD/CAM技术课程应以实用为主，适当调整知识结构和授课内容，并强调动手能力的培养。但另一方面，CAD/CAM技术绝不能沦落为职业技术层次的单一软件培训，应从宏观上引导学生对CAD/CAM技术整个流程及相关知识点有理论储备。应用型院校的CAD/CAM技术课程要求学生达到既有动手能力，又有一定的理论支撑。这对于课时安排是有一定挑战性的。下面分别对应用型院校CAD/CAM技术课程的教学进行一些探索。
（一）修订教学计划
CAD/CAM技术要求知识面广泛，且其内容覆盖了CAD、CAE、CAPP、CAM等各类CAX的理论及实践。CAD/CAM技术课程至少应安排3-3.5学分。只有保证充足学时，才能达到理论与动手能力并重的效果。
即便这样，CAD/CAM技术课程的课时仍旧紧张。结合UG、SolidWorks或Pro/E等三维软件来讲解课程时，熟悉软件操作会占用将近一半的课时。在教学计划中，可考虑将CAD的三维软件操作部分适当剥离出来，融入其他课程或建立新的实训课程。比如南京理工大学泰州科技学院在工程图形学课程的AutoCAD上机实训环节最后几节课加入了Pro/E三维练习，引导学生提前熟悉软件，由二维向三维思维模式转换。[6]此外还建立了1学分的Pro/E实训，使学生在上CAD/CAM技术课程之前具备一定的三维建模能力。
CAD/CAM技术还可以与其他专业课程衔接，如南京理工大学泰州科技学院还开设了有限元（ANSYS）、优化（MATLAB）和模具设计、制造（Pro/E）等相关专业课程。几门课程在内容上可达到相互呼应、互补的效果。[7]
（二）优化教学内容
CAD/CAM技术更新换代很快，而相关教科书却变化不大，内容复杂且套路陈旧。针对应用型本科院校学生的学习特点，教学内容应做一些调整和优化。
首先，可以考虑去除一些无关紧要的知识点，比如CAD/CAM的软、硬件配置、数据库模式、网络协同环境、图形变换矩阵、曲线及曲面的公式表达等内容。这些知识点对于应用型本科的学生来说，非常难以理解，而且占用课堂时间，对日后学习、工作的用处不大，并不是必不可少的内容。这些知识点可以删除。
其次，尽可能将知识点融入上机或实践教学当中。理论课时适当压缩，尽量简洁，让学生一目了然。理论讲解是必要的，但讲解时间越长，效果越差。如果把知识点融入上机或实践当中，学生边操作边温习知识点，会更有利于知识点的吸收和理解。比如，在讲解“参数化”设计内容时，理论部分只要讲清“参数化”的概念即可，接下来直接让学生上机做两个“参数化”的案例，学生马上就能理解“参数化”的意思，并且印象深刻。应用型本科院校的学习不应该像研究型学院的纯传授式，而应鼓励让学生以探索的方式来学习。
最后，在剥离Pro/E实训环节之后，在课时可保证的情况下，教学内容中还可适当加入一些先进技术，如三维扫描、逆向曲面及三维打印等知识点，以拓展学生的知识面。
（三）增加实验支撑
CAD/CAM技术课程教学很少用到实验设备，最多给学生一些工程图或模型用于参照建模。在CAD内容部分，这一练习是非常必要的，而且还应特别强调对实物的测绘练习，以提高建模的准确性。而在CAE、CAM及逆向设计等环节，基本上没有院校会用到其他实验设备或器材，学生即使在上机时，也难以与实际工程背景相结合。
应用型本科院校可根据自身情况充分利用现有实验室设施，引入上机操作与实验相结合的环节。比如CAE部分讲解时，可以结合慧鱼等实验搭建设备，对分析优化结果进行验证。这样既可加强学生对知识点的理解，又可以提高学生的动手能力。又如，讲解曲面或逆向设计时，可以带学生到实验室看看三维扫描仪的点云生成，并将文件带到机房进行后期曲面建模、实体化，最后导入三维打印机设备，这样学生对于整个逆向流程了解更为清晰。
（四）提高学生兴趣
兴趣是学生的第一老师。教师在课堂上努力简化难懂知识点，并融入上机或实践当中，目的就是提高学生的兴趣。学生在探索中成长，兴趣也会越来越浓厚。案例教学或任务教学都可以培养学生解决问题的能力，还可以培养团队协作意识，学生完成后成就感十分强烈。此外，还可鼓励学生的创新性设计，并在课堂上予以公示，加强学生之间的交流。时常在课堂上或课外举办一些对抗赛，进一步提高学生锻炼创造性思维和互相学习的兴趣。优选一批优秀学生参加全国各种相应竞赛，竖立榜样教育典型。2009年开始至今，我院学生每年积极参加全国3D大赛等各种赛事，如图1所示为部分参赛作品和获奖证书。
四、结论
CAD/CAM技术是未来工业中的重要技术。应用型本科院校对于这门课程的教学要根据学生特点修订适宜的教学计划，对相关课程的衔接应进一步优化。教师应对课程内容进行调整，在理论的基础上，结合软件和实验设备进行授课，让学生探索式地成长，并通过一些课堂设计、课外作品及各种竞赛提高学生的兴趣，营造良好的学习氛围。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王隆太，等. 机械CAD/CAM技术[M]. 北京： 机械工业出版社，2013.
[2] 宁汝新，等.CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2015.
[3] 乔东平，李浩，罗国富，马军. 机械CAD/CAM技术课程教学改革与创新探讨[J].河南科技，2013（15）：255-256.
[4] 孟杰，何高法，吴睿. 基于CDIO模式的机械CAD/CAM课程教学改革[J].兰州教育学院学报，2014（7）：94-95.
[5] 金宁，焦丽，刘雨搏.CAD/CAM技术课程教学的现状与改革[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010（S1）：203-204.
[6] 陆广华，张乐莹，张跃，陈涛.应用技术大学工程制图教学改革与探索[J].大学教育，2015（8）：164-165.
[7] 陈涛，李连波，张乐莹，陆广华.应用型本科院校机械类人才培养模式的探索研究[J].大学教育，2014（18）：117-118.
[责任编辑：陈 明]
