摘 要：機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用課程是當(dāng)前裝備制造類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，主要培養(yǎng)學(xué)生分析和解決具體工程實(shí)踐問題的能力，學(xué)生通過對本門課程的學(xué)習(xí)不僅可有效地提升自身專業(yè)水平，還為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。本文對機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用課程進(jìn)行闡述，并對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，為本專業(yè)其他課程提供了可復(fù)制、可借鑒的方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械CAD/CAM 教學(xué)改革

1 緒論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)在制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，同時對傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及制造模式帶來了很大的變化，目前我國正由制造大國邁向制造強(qiáng)國，它的應(yīng)用也成為制造業(yè)科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的衡量指標(biāo)之一[1]。工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展也需要大批量制造應(yīng)用技能型人才，因此加強(qiáng)高等職業(yè)院校CAD/CAM技術(shù)人才的培養(yǎng)迫在眉睫，通過對數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)，從而提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，不斷提升學(xué)生的CAD/CAM應(yīng)用能力[2]。

機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用是我院機(jī)械制造及自動化專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，主要面向工裝設(shè)計(jì)崗位，對接機(jī)械零部件輔助設(shè)計(jì)、制造行動領(lǐng)域。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步掌握機(jī)械CAD/CAM的基本原理、基本方法、基本技能，學(xué)會簡單零件的造型方法，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，正確分析工藝，選擇合適軌跡生成方法、生成加工程序并操作數(shù)控機(jī)床完成零件的加工，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決具體工程實(shí)踐問題的能力，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍、精益求精的大國工匠精神。

2 傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足

2.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

隨著科技的飛速發(fā)展和行業(yè)需求的不斷變化，機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用課程部分課程內(nèi)容不能及時與目前最新的技術(shù)和行業(yè)發(fā)展趨勢跟進(jìn)，如企業(yè)中使用的逆向建模、虛擬仿真加工、超精密加工技術(shù)等應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)到的知識與企業(yè)實(shí)際應(yīng)用之間存在一定的差距，不能及時跟進(jìn)瞬息萬變的市場需求，主要表現(xiàn)在新知識、新技術(shù)、新方法在教學(xué)中滯后，缺乏對前沿技術(shù)和軟件工具的介紹，不利于全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)在CAD/CAM領(lǐng)域的應(yīng)用[3]。

2.2 教學(xué)方法單一

傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要以教師講授為主，學(xué)生只是被動地接受知識，課堂缺乏教師與學(xué)生互動，限制了學(xué)生的創(chuàng)新性，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。教學(xué)過程中缺乏企業(yè)案例教學(xué)和項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)，使學(xué)生難以將課堂所學(xué)的理論知識應(yīng)用于企業(yè)實(shí)際問題解決。

2.3 實(shí)踐動手操作能力不足

由于學(xué)生人數(shù)多，實(shí)訓(xùn)場所設(shè)備、場地等條件的限制，學(xué)生往往只能在課堂上進(jìn)行實(shí)踐操作，課后不能保證足夠時間的訓(xùn)練，且目前大多上機(jī)操作為驗(yàn)證性項(xiàng)目，無法提高操作技能，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)踐項(xiàng)目與企業(yè)實(shí)際案例存在脫節(jié)，無法讓學(xué)生體驗(yàn)到完整的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全流程。

2.4 考核方式單一

傳統(tǒng)的考核方式大多以期末考試作為主要評定依據(jù)，忽視過程性考核，不能全面評價學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新思維。缺乏發(fā)展性評價理念，不能全面評價學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果和綜合能力，無法評價學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、問題解決能力等[4]。

3 教學(xué)改革方案

機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用課程以三維實(shí)體造型、機(jī)械零件產(chǎn)品虛擬裝配、二維工程圖設(shè)計(jì)以及數(shù)控編程加工為知識目標(biāo)，以三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)字化建模，模型裝配、生成二維工程圖、進(jìn)行虛擬仿真加工、數(shù)控加工為能力目標(biāo)。針對傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足，進(jìn)行以下教學(xué)改革。

3.1 精選教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)資源

3.1.1 凸顯能力導(dǎo)向，重構(gòu)課程內(nèi)容

在調(diào)研裝備制造企業(yè)的基礎(chǔ)上，以職業(yè)能力崗位需求為導(dǎo)向，項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，職業(yè)院校技能大賽“數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”、先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模賽項(xiàng)任務(wù)為載體，“1+X”機(jī)械產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)為目的，引入新材料、新工藝、新技術(shù)，通過剖析工裝設(shè)計(jì)崗位相關(guān)技能點(diǎn)、職業(yè)技能大賽“數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”賽項(xiàng)任務(wù)和“1+X”機(jī)械產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)職業(yè)技能等級證書考核點(diǎn)，對傳統(tǒng)的知識體系進(jìn)行重構(gòu)，將計(jì)算機(jī)輔助制造納入課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)零件特征分析正確工藝路線、選擇合適刀具、確定合理加工參數(shù)，選擇合適軌跡生成加工刀路、生成加工程序并選擇合適的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工，將課程內(nèi)容重構(gòu)為：草圖設(shè)計(jì)及基準(zhǔn)特征的建立、三維典型零件繪制及特征編輯操作、曲面造型設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程圖、數(shù)控加工自動編程與操作等6個學(xué)習(xí)項(xiàng)目，20個學(xué)習(xí)任務(wù)。

3.1.2 緊跟技術(shù)前沿，更新課程資源

堅(jiān)持“動態(tài)+定期”更新課程資源，按照學(xué)期總結(jié)完善、學(xué)年診斷改進(jìn)，有效保證了課程內(nèi)容符合企業(yè)實(shí)際崗位需求。學(xué)期總結(jié)完善是根據(jù)藍(lán)墨云平臺反饋信息和學(xué)生期末成績分析，對本輪教師在教學(xué)實(shí)施過程中進(jìn)行總結(jié)，對存在的問題及時改進(jìn)，不斷完善教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)資源；同時確定了以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)-制造為主線進(jìn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目更新。開發(fā)工單式學(xué)習(xí)手冊，整理和完善相關(guān)的信息化教學(xué)資源，修訂新的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目任務(wù)書，為教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新做好準(zhǔn)備。

3.2 改革教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

3.2.1 創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教學(xué)效果

機(jī)械CAD/CAM課程共計(jì)72學(xué)時，含理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)各36課時，在專業(yè)理實(shí)一體化機(jī)房完成教學(xué)，為機(jī)械制造及自動化專業(yè)三年制大專二年級第一學(xué)期開設(shè)，堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，采用項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動、案例分析、小組討論等多種靈活的教學(xué)方法，開展多元化評價方式。

依托豐富的課程資源、以中國大學(xué)慕課網(wǎng)、智慧樹等學(xué)習(xí)平臺為支撐，利用“藍(lán)墨云班課”平臺，教師課前在平臺上上傳課程資源，發(fā)布提醒，運(yùn)用知識點(diǎn)測試掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，學(xué)生可隨時隨地進(jìn)行預(yù)習(xí)；課中教師對教學(xué)重難點(diǎn)進(jìn)行講解，可設(shè)置頭腦風(fēng)暴、搶答、游戲等形式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行測試，對大多數(shù)學(xué)生不易掌握的理論知識點(diǎn)可進(jìn)行反復(fù)強(qiáng)化訓(xùn)練；對實(shí)訓(xùn)完成情況實(shí)行組內(nèi)評價、組間互評、教師評價等方式；課后教師發(fā)布作業(yè)、拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了線上線下混合式教學(xué)模式，在教學(xué)過程中體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念。

在教學(xué)過程中，采用“導(dǎo)-探-學(xué)-拓”教學(xué)模式，遵循認(rèn)知、拓展、實(shí)踐三個階段，以典型工作任務(wù)-減速器測繪為主要任務(wù)，按照任務(wù)導(dǎo)入-新知探知-項(xiàng)目學(xué)練-課后拓展的實(shí)施模式，通過“情境導(dǎo)入-目標(biāo)分析-任務(wù)實(shí)施-過程考評”的教學(xué)過程設(shè)計(jì)，依托數(shù)字化課程資源、課程教學(xué)平臺、數(shù)控仿真軟件、數(shù)字孿生實(shí)訓(xùn)平臺，開展理虛實(shí)一體化教學(xué)，使學(xué)生自己探索新知，自己感悟、練習(xí)，然后在探索的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)教學(xué)重點(diǎn)，在實(shí)踐的過程中發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)，經(jīng)過教師引導(dǎo)后攻克難點(diǎn)，最后總結(jié)提升，全方位提升課程教學(xué)質(zhì)量。采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段、仿真業(yè)務(wù)實(shí)訓(xùn)手段，提高課堂教學(xué)信息處理量，使教學(xué)能夠圖文并茂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生主觀能動性與學(xué)習(xí)熱情。

3.2.2 強(qiáng)化育人理念，融入課程思政

在教學(xué)過程中，將思想政治教育與專業(yè)課程教學(xué)相結(jié)合，一是制定課程標(biāo)準(zhǔn)時，要充分考慮思想政治教育的要求，以“樹自信-立規(guī)矩-辨真理-求嚴(yán)謹(jǐn)-勵精益-激情懷”為主線，融入課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面；二是及時運(yùn)用案例分析、小組討論、任務(wù)驅(qū)動等教學(xué)方法，將思政貫穿于教學(xué)設(shè)計(jì)、課程建設(shè)、教學(xué)實(shí)施、考核評價，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新能力。三是教學(xué)實(shí)施過程中，以隱性教育為主、顯性教育為輔，運(yùn)用代入法、沉浸法，做到“理論到位、事實(shí)到位、情感到位”，達(dá)到“技能報國”思政教育目標(biāo)。

3.3 強(qiáng)化實(shí)踐訓(xùn)練，提升應(yīng)用能力

立足陜西裝備制造業(yè)，基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造崗位能力分析，按照“能力為本，需求為準(zhǔn)，實(shí)用為度”的原則，參照“機(jī)械產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)”“多軸數(shù)控加工”1+X證書標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了以軸類、盤套類、箱體類、葉片類等典型零件設(shè)計(jì)加工為載體的課程內(nèi)容，凸顯“零件設(shè)計(jì)-產(chǎn)品裝配-自動編程-仿真加工”核心技能培養(yǎng)。

在機(jī)械CAD/CAM的教學(xué)過程中，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，設(shè)置更多的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。上機(jī)以企業(yè)實(shí)際案例為主，掌握三維軟件常用技巧、三維實(shí)體造型、零件加工工藝編制、數(shù)控加工程序編寫方法與命令，使學(xué)生熟練掌握機(jī)械零件的實(shí)體造型、虛擬裝配和數(shù)控加工程序的編制，并通過后處理，生成的NC代碼導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行實(shí)體加工，從而讓學(xué)生在實(shí)踐中加深對理論知識的理解，對實(shí)踐操作技能的訓(xùn)練。

3.4 改革考核方式，采用過程化評價

考核評價是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種手段，作用是引導(dǎo)、激勵、評價、反饋，根據(jù)考核評價結(jié)果對學(xué)習(xí)情況進(jìn)行診斷改進(jìn)，強(qiáng)化過程性考核，弱化試卷考核，以培養(yǎng)操作能力為目標(biāo)，采取實(shí)踐動手操作能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力評價，定性與定量、平時考核與期末考核相結(jié)合的考核方式評價體系，最終成績評價如下：平時考核占60%，包含考勤（10%）、作業(yè)（10%）、課堂表現(xiàn)（10%）、上機(jī)實(shí)踐（30%）；期末考核占20%；大作業(yè)成績占20%。通過改革考核方式，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，為參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)能力提供基礎(chǔ)，可全面地考核學(xué)生的知識、技能、素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成度[5]。

4 課程教學(xué)改革實(shí)踐案例

以直齒圓柱齒輪一級減速器齒輪軸為例，對教學(xué)進(jìn)行實(shí)踐改革，齒輪軸的CAD/CAM結(jié)構(gòu)如圖1所示。

齒輪軸可實(shí)現(xiàn)動力和扭矩的傳遞，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空等領(lǐng)域，其包含齒輪和軸兩部分，軸的加工可在數(shù)控車床上進(jìn)行加工，直齒圓柱齒輪加工的難點(diǎn)在于其高精度的要求、復(fù)雜的加工工藝、刀具的選擇和刃磨、熱處理和表面處理以及嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，需要通過數(shù)控銑床進(jìn)行加工。齒輪軸的三維實(shí)體造型如圖2所示。齒輪軸CAD/CAM是機(jī)械制造及自動化專業(yè)課程設(shè)計(jì)的典型任務(wù)，也是設(shè)計(jì)減速器的主要零部件。

齒輪軸的CAD/CAM主要包含齒輪軸的結(jié)構(gòu)分析和三維建模、加工工藝過程分析、生成刀具軌跡、加工仿真、后處理四個階段。涵蓋了旋轉(zhuǎn)、齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)、對刀、加工參數(shù)設(shè)計(jì)、動態(tài)仿真加工、后處理等相關(guān)知識。

對齒輪軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)其特征確定加工工藝流程：

（1）進(jìn)行車削回轉(zhuǎn)體基本結(jié)構(gòu)；

（2）外形粗加工；

（3）齒輪加工粗加工；

（4）軸和齒輪精加工。

加工齒輪時由于其工藝較為復(fù)雜，在參數(shù)設(shè)計(jì)時應(yīng)注意刀具軌跡的規(guī)劃，從而保證齒輪加工質(zhì)量及加工刀路。如圖3所示。

將齒輪軸零件刀具路徑通過后處理器，生成該機(jī)床所能識別的NC程序代碼，并導(dǎo)入機(jī)床進(jìn)行虛擬仿真加工，檢查無誤后，在機(jī)床上進(jìn)行實(shí)體加工。結(jié)合減速器工作條件要求，考慮安全性以及經(jīng)濟(jì)性，選用45#鋼為加工材料進(jìn)行整體加工[6]。如圖4所示。

在教學(xué)過程中，將生產(chǎn)實(shí)際中的典型任務(wù)與理論知識相結(jié)合，在任務(wù)實(shí)施的各階段，細(xì)化具體內(nèi)容，針對齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)等教學(xué)難點(diǎn)，采取強(qiáng)化訓(xùn)練、虛擬仿真加工等教學(xué)手段有效突破，以小組匯報、組內(nèi)自評、組間互評、教師評價等形式從三維參數(shù)化建模、刀具路徑設(shè)置、數(shù)控加工程序的編制、虛擬仿真加工、實(shí)物加工的全過程，充分體現(xiàn)以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)理念。

機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，提升其工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)手段完成產(chǎn)品研發(fā)、工藝編制、加工過程仿真和系統(tǒng)集成的能力，能夠分析、解決問題，全面提升學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，為其未來從事相關(guān)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

基金項(xiàng)目：本文系漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院2023年度院級教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“《機(jī)械CAD/CAM應(yīng)用》教學(xué)改革實(shí)踐研究”（2023YJE07）成果；教育部供需對接就業(yè)育人項(xiàng)目“漢中職院-北京精雕”機(jī)械制造專業(yè)訂單班人才培養(yǎng)模式研究（2023122759590）成果；陜西省職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會2023年度立項(xiàng)課題“機(jī)械制圖課程思政建設(shè)與實(shí)踐”（2023SZX127）成果。

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