基于工作过程的《机械CAD/CAM》课程设计

主持人：张进春）成果之一。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1001-7518（2010）32-00３７-0２

CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）技术是随着计算机和数字化信息技术发展而形成的新技术[1]，是20世纪最杰出的工程成就之一。能否熟练应用CAD/CAM技术(CAD/CAM软件)进行自动化设计及制造工作已经成为衡量机械类人才素质高低的一个重要依据和企业招聘人才的重要标准。高职教育要实现高级应用型、技能型人才的培养目标，迫切需要对原有的课程进行改革，以培养面向区域和行业发展的高素质技能型人才。《机械CAD／CAM》课程是一门机械类专业的专业综合课程，具有知识密集、学科交叉、综合性强等特点[2]。高职院校开展《机械CAD／CAM》课程教学改革研究，有助于提高该课程教学的有效性。

一、目前《机械CAD/CAM》教学中主要存在的问题

（一）课程体系问题

机械CAD／CAM课程是一门动手能力要求非常强的课程，要求学生能够运用计算机技术和信息技术独立完成零件的CAD／CAM工作，并最终通过数控机床完成零件的加工过程。但当前许多高职学院只讲授CAD／CAM的基本概念、基本原理及一些软件的操作，理论课与实训课课时比例也达到了1：l或2：3，但实践课也就是简单的上机操作，与“CAD／CAM”技术匹配的数控机床、数控机床加工操作、数控加工工艺和数控刀具等的教学完全独立于CAD／CAM课程之外，在CAD／CAM课程教学中没有涉及到这些知识。学生通过学习能够应用计算机绘制零件图，并根据数控系统生成加工程序，但通过CAM生成的加工程序在数控机床上是如何应用的？加工工艺路线制定得是否合理？工艺参数的设置是否合适？生成的加工程序正确与否？能否达到实际生产加工要求？并不明白。这样的课程教育体系显然不能满足培养要求。

（二）课堂教学模式问题

随着CAD/CAM技术的发展，CAD/CAM技术在企业中应用也越来越普遍。为适应市场需求高职院校机械类专业基本上都开设了《机械CAD/CAM》课程，但是大多高职院校存在一个共同的问题，也就是在培养模式上，仍然延续传统的教育模式，更多的是在教室按照教材内容做“纸上谈兵”式的教学。没有真正了解企业对专业人才具体需求；没有能够和企业建立很好的互利、开放、合作的关系；没有针对性地根据企业需求来培养学生的技能。学生在课程结束之后，能基本掌握有关基本理论，但真正要实现零件或产品的CAD／CAM却无能为力。因此，培养出来的学生规格不明确，技术不实用，能力不突出，企业用不上[3]。这样的课堂教学模式顯然也不能满足培养要求。

（三）教学资源问题

现市面上的CAD/CAM方面的教材、视频资料非常多，讲述的软件门类也非常多。但无外乎两类，一种是不同程度地系统的讲述某一款CAD/CAM软件的绘图及刀具路径的生成；另一类是用案例的形式讲述一些零件图的绘制及走刀路径的生成方法。而所选择的零件是作者臆想出来的或其他资料上收集的，并非实际生产中的零件，所讲授的知识也是与实际生产加工脱节的，适宜职业教育特色的教学资源匮乏，不能满足培养要求。

二、出现问题的根源

（一）专业定位不清

机械CAD/CAM技术的内容包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)(有限元结构分析、机构运动仿真、优化设计)和产品数据管理(PDM)等。如此庞大的系统要想通过几十个学时的学习来掌握，无疑是“天方夜谭”，因此，要结合高职教育和专业特点选取其中一些模块进行讲授。我们认为高职制造类专业，应结合机械制造企业的需要，以产品的设计、生产为主线进行专业定位，在教学过程中，应注重理论联系实际，将理论、原理介绍与应用实例相结合。通过具体零件系统地完成计算机辅助设计与计算机辅助制造过程，从而激发学生的学习兴趣，最大程度地锻炼学生的实践能力，实现课程的培养目标。

（二）缺乏行业的引导

企业和学校的关系只是“企业用人，学校培养人”的简单关系。学校只顾埋头教书，不把企业请进来，不走出学校，不了解企业的需求，不了解企业CAD/CAM的应用情况。这样培养出的学生自然不能适应企业的需要。

（三）师资队伍缺乏

在大多数高校，机械CAD／CAM课程一般由传统的机电类专业毕业的教师担任，而这些老师在之前对新兴技术CAD／CAM了解不多或者是从未接触过，因此，就存在部分老师不能胜任教学工作的现象。学校虽然会选择让教师们自学改行的办法，以解燃眉之急，但是，这样一来教师只能边学边教，现炒现卖，教学效果较差，与实际加工的联系上更是毫无经验和水平可言，导致学生无法学到真正过硬的CAD／CAM技术。即使个别教师自学到了一定的专业技术，但是，在更新知识和技术进步方面做得远远不够，他们所掌握的技术和知识很快会滞后行业技术的发展水平，真正有较高专业水平的教师寥寥无几。由于教师本身的CAD／CAM应用能力还存在不过硬的地方，使得教师的教学手段和教学方法也相对单一[4]。这样的教师队伍做出的教学资源自然与实际生产加工脱节，质量不高，不适合高职教学使用。

三、基于工作过程的《机械CAD/CAM》课程设计

以工作过程为导向的职业教育理论是德国20世纪90年代以来针对传统职业教育与真实工作相脱离的弊端，由德国著名的职业教育学者Rauner教授和他的团队——德国不来梅大学技术与教育研究所的研究者们，在一系列研究成果的基础上形成的。该理论提出后迅速被德国的学术界所认同，并成为德国职业教育改革的理论指南。本世纪初，以工作过程为导向的职业教育开始介绍到我国，一些核心思想对我国近年来职业教育领域，特别是课程领域产生了深远的影响，如任务引领型课程模式基本上是按照工作过程导向职业教育的核心思想建构的。［5］

（一）典型工作任务

选择一个适合教学的产品，通过该产品零部件的设计与制作，能包容CAD／CAM系统的主要功能。在教学中，我们选择了一套模具，将模具分成几大部分，如摸架、模芯等，每一部分根据其特征形成工作任务。每一工作任务主要包括：工程图绘制、数控加工工艺规程编制、利用CAD/CAM软件绘制图形，生成加工程序、数控加工仿真、操作数控机床加工产品并检测等。

（二）教学目标的设定

根据专业培养的目标定位，该课程的教学目标是要求学生通过本门课程的学习应能根据产品图纸绘制二维或三维图形，根据产品零件的要求进行工艺分析，制定工艺路线，合理选择刀具，设置工艺参数，生成加工程序，并在数控机床上进行产品零件的加工得到合格零件。当把所有工作任务完成后，经过组装形成一套完整的产品。并通过团队协作，培养学生与他人交往、合作、共同生活和工作的能力。

（三）课程体系结构

CAD/CAM的应用应包含数控机床的原理、结构、操作，数控加工工艺，公差配合，刀具等知识，而要通过一门《机械CAD/CAM》课程来解决，明显是不现实的。因此，这些知识应在讲授CAD/CAM课程之前讲授，《机械CAD/CAM》课程中着重对这些知识的正确运用。我们设计的应用知识技能结构如表1所示。

（四）教学实施

将整个教学过程分8个任务由浅入深分步实施（如表2所示）。

（五）教学方法与组织形式

1.将学生分为每五人一组，布置任务，明确要求。在进行分组时要充分注意学生的学习类型，进行合理分组。

2.在教师讲授、指导下完成下列任务。给出零件图纸或给出零件实物进行测绘和造型对零件进行工艺分析，制定工艺路线，合理选择刀具、工艺参数；通过cad/cam软件绘制规范的机械图纸；完成走刀和程序的编制；完成数控仿真加工；完成零件的数控加工和检测。

3.完成顶岗实践

（六）考核评价形式

高职CAD／CAM课程的考核内容和考核方法对学生的学习有很强的导向作用。传统的形式单一的考核方法存在弊端，虽然学生在学完课程后也能按要求完成建模和工程图生成等考核项目。但在建模的合理性、实用性和工程图的标准化等方面与实际生产要求有较大的差距。因此，改革考核方法是高职教学内容改革的重要内容[4]。为真实考核出学生的学习情况，本课程可以结合以下几个方面进行综合考核。

1.过程考核。课程评价体系要以综合能力考核为重点，可要求学生完成实体建模、NC编程、数控模拟加工等全过程的工作，重点考核学生运用专业知识分析和解决工程实际问题的能力。

2.项目考核。可以选取一个中等复杂的项目，按工作过程制作产品，按制作过程及产品情况进行考核。

3.提問。用提问的方式考察学生对所学知识的掌握情况。

4.观察。观察教学及考核过程中学生的表现考核学生对所学知识的掌握情况。

5.职业技能认证。《职业教育法》指出：“实施职业教育应当根据实际需要，同国家制定的职业分类和职业等级标准相适应，实行学历文凭、培训证书和职业资格证书制度”[4]。建立CAD／CAM软件职业技能培训、认证体系，组织学生参加CAD／CAM软件的培训认证，以考核成绩作为学生的课程成绩。

（七）加强校企合作

学生所学毕竟与企业有一定距离，必须引入企业进入教学环节，有两种方式，一是在教学过程中引入企业一线产品；二是利用学校设备优势，引入企业进到学校，在学生学习过程中直接接触实际产品，并进行顶岗实习，提高教学质量，同时引进企业一线工程技术人员，充实教师队伍。

（八）教学资源建设

根据教学需要，组织教师编写了适宜高职教育特色校本教材。

四、结束语

《机械CAD／CAM》课程是机械类学生的主要专业课，CAD／CAM技术的不断发展和各行业产品技术含量的不断提高，必然对高职CAD／CAM课程教学提出更高、更新的要求，通过基于工作过程的课程教学改革，学生能带着任务进行学习，培养了学生独立思考、分析问题、解决问题的能力。

参考文献：

［1］肖乾．机械CAD／CAM教学改革初探[J]．华东交通大学学报，2007，24（12）：106-108.

［2］宋志平．高职《机械CAD／CAM》课程教学探讨[J].机械管理开发，2008（4）：155-157.

［3］房亚东.机械CAD／CAM技术教学改革探索[J].中国新技术新产品，2009(2)：187.

［4］宋巧莲．高职CAD/CAM课程教学改革探索与实践[J].职业教育研究，2008(11)：99-100.

［5］徐涵．以工作过程为导向的职业教育[J].四川工程职业技术学院学报，2008，22(2)：3-8.

责任编辑 时红兵