机械CAD_CAM课程培养应用创新型人才教学改革初探.pdf

Talent Development 人才培养IM投稿网站： 2023年第5期 135机械 CAD/CAM 课程培养应用创新型 人才教学改革初探张慧鹏（运城学院机电工程系，山西 运城 044000）摘要：机械 CAD/CAM 课程是机械工程类专业的一门专业课，主要培养学生综合应用机械 CAD/CAM 技术解决实际工程问题的能力，目前在其教学过程中存在教学方法单一、教学内容陈旧、实践训练环节不足和考核方式简单等问题。针对该门课程具有较强操作性、实践性和应用性的特点，通过教学模式、课程内容及考核体系等方面的改革，实现以学生为主体的现代课堂教学模式和课程内容的与时俱进性，建立理论、实践及过程相互融合的三位一体多维度多层次考核评价体系，激发学生学习兴趣，强化学生学习主观能动性，提高学生创新能力，满足应用创新型人才培养目标。关键词：机械 CAD/CAM；教学方法；课程内容；考核方式 1引言CAD/CAM 技术是一项工程应用型先进实用技术，经过半个多世纪的发展，已逐渐成熟并得到普及应用，现已成为企业产品设计与开发不可或缺的工具1。机械CAD/CAM 课程作为机械类专业的一门专业课程，其任务是使学生了解机械 CAD/CAM 技术的基本概念、应用方法和关键技术，掌握计算机在工程图样绘制、产品几何建模、工艺规程编制和数控编程中的应用技术，具有分析利用CAD/CAM技术解决生产实际问题的初步能力，是培养从事机械设计、机械制造等应用型工程技术人才的重要课程之一2。由于机械 CAD/CAM 课程具有很强的实践性和一定的应用性，在学生由注重理论学习向结合工程实践学习转变的过程中，具有重要的承上启下的作用，且该课程涉及众多学科，内容及其广泛，知识门类宽，传统教学模式和考核办法无法有效激发学生的学习兴趣和创新思维，难以保证教学质量。因此，如何培养全面、熟练掌握 CAD/CAM 技术的工程技术人员，以满足社会和时代需求，是机械 CAD/CAM 课程进行教学改革的主要任务和目标3。2教学模式改革教学模式是为了完成特定的教学目标和内容，依据一定的教育学和教育心理学等理论，围绕某一主题而形成的具有一定可操作性的具体教学活动方式，具有简明稳定的教学结构理论框架，包含教学指导思想、教学目标、教学策略等基本要素4。传统教学模式通常以老师为主体，重视老师的“教”，忽视学生的“学”，导致学生被动学习，IM人才培养 Talent Development136 2023年第5期极性不高，主动性不强，教学效果不理想。现代教学模式则强调在设计“教”与“学”的活动中必须重视学生的参与程度，要求“以学生为本”，突显学生在教学中的主体性地位5。2.1改革教学方法，提高学生学习主观能动性教学方法，是指在一定的教学原则和教学思想指导下，在教学过程中，为完成教学任务，达到教学目的，而采取的行为方式的总称，包括教师在一定教学理念指导下的教学方法和学生在教师指导下的学习方法，是学生为主的学习方法和教师组织的引导方法在教学活动中的相互融合和有机统一6。教学方法受到特定的教学内容的制约，应根据所传授的知识内容特点，适时采用不同的教学方法或多种教学方法组合，因材施教，才能得到好的教学效果，若运用不好，则会出现“教师满堂灌、学生被动听”的局面。在机械 CAD/CAM课程中，根据不同的章节内容特点，可采取不同的教学方法。例如，在讲授机械 CAD/CAM 技术内涵，CAD/CAM 系统的结构组成、作业过程和主要功能，CAD/CAM 技术发展历程与当前研究热点，CAD/CAM 系统常用数据结构、数据管理模式等内容时，可采用讲授法。讲授法是一种主要的教学方法，教师一般以生动简洁的口头语言为载体，系统明了地向学生传授知识，具有在较短时间内，可向学生传授较多的有关各种现象和过程的知识信息，教学效率高，教师容易控制教学进程的优点。在讲解过程中，语言组织应生动形象、清晰准确简练，语音语调要抑扬顿挫、富有节奏，板书要条理清楚、通俗易懂，注意手势语言和身段语言的应用，并用充沛的精力和积极的情感感染学生。在讲授图形变换技术、计算机辅助绘图技术、机械CAD/CAM 建模技术，有限元分析、优化设计和计算机仿真等内容时，可采用项目教学法。项目教学法是师生共同学习研究，共同实施完成，共同提高自身能力的教学方法，具有学生是主体、老师来引导、项目为主线的特点。在实施过程中，教师担负教学过程的组织者和引导者的角色，需在课堂上有意识地引入一些具体的工程实际案例，根据案例进行有关知识点及操作方法的教学；学生需发挥自身的主体作用，在老师引领下，根据案例确定目标要求和制定具体计划，并将自己的创新思维融入设计实践过程。这种方法可有效调动学生学习兴趣，增强学生探索新知识的欲望，培养学生多角度发现分析解决问题的能力和创新思维意识。在讲授计算机辅助工艺设计、计算机辅助数控加工编程等内容时，可适当采用现场教学法。现场教学作为一种现代教学组织形式，能够辅助传统教学手段，增强教学趣味性，丰富学生感性认识，弥补传统课堂教学的不足，极大促进学生对书本知识的进一步理解和掌握，有效培养学生利用理论知识解决实际工程问题的实践能力。在实施过程中，教师要有针对性地结合有关理论知识，创设与真实工作场景相似的实践教学情景，多角度引导学生充分感知感性材料，深化学生理性认识，鼓励学生勤于动手操作，发现问题、解决问题，同时通过与工作环境相似的现场教学场景，还能为学生毕业后零距离上岗创造条件。在课堂教学中，教师需时时创新教学方法，构建师生合作关系，创造民主课堂氛围，充分尊重学生在课堂上的权利，适时恰当地引导学生发现问题、思考问题，鼓励学生勇于质疑，注重开展讨论式学习教学。实践证明，课堂讨论本身符合教育教学的规律，是构建高效课堂的重要途径，与传统模式相比较，开展课堂讨论，一方面能够有效调动学生学习主动性，充分发挥学生的主体作用，能让更多学生参与教学、主动学习，让学生在讨论中互相启发、不断思考，以及共同探索，从而在交流合作中完成知识的自我建构、自我生成；另一方面，课堂讨论可以弥补传统教学缺陷，使学生敢于质疑问题，敢于标新立异，敢于大胆求新，从而发展学生的创新思维、发散思维和想象能力，有利于培养学生的创新意识和探索精神等非智力因素。2.2采用先进教学技术，拓展学生能力提升途径多元化现代教育技术和先进教学手段可有效改变传统的教与学的方法，将枯燥无味的教学内容生动化，为学生提供形象、直观、逼真的教学环境，学生兴趣浓厚、大脑兴奋、思想集中，从而可使课堂教学呈现出激动活泼的学习氛围，取得良好教学效果7。在教学过程中，教师应在事先明确教学目标的基础上，依据因材施教原则，把握教学对象的差异和教学内容的特点，通过合理的教学设计，采用现代教育技术和先进教学手段，选择运用图片、动画、视频等教学素材，把抽象知识直观化，繁杂问题简单化，有效促进学生对知识的理解和掌握。相对采用传统教学手段，以教师为主体的“满堂灌”“填鸭式”的课堂教学，融合了现代信息技术以学生为主体的课堂教学，更能够培养学生的逻辑分析能力和创新精神。在实际教学过程中，先进教学手段与传统教学手段二者互为补充，有机结合，相辅相成缺一不可，共同参与教学全过程，可形成合理的教学过程结构，达到最优的教学效果。Talent Development 人才培养IM投稿网站： 2023年第5期 137积极鼓励辅导学生参加“挑战杯”等科技竞赛、大学生创新创业训练项目和“三下乡”社会实践活动，形成“一赛一练一实践”的有利于培养大学生创新精神与实践能力的课程教学体系，拓展学生能力提升途径。例如学习机械 CAD/CAM 建模技术等课程内容，可以引导学生参加全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、全国三维数字化创新设计大赛等，激发学生的学习热情，形成以赛促学局面；学习计算机辅助工程分析等课程内容，可把有关机械有限元分析、机构优化设计等内容融入到大学生创新创业训练项目，增强学生的动手能力和设计能力，形成以练强学的态势；学习计算机辅助工艺设计、计算机辅助数控加工编程等内容，可为学生“三下乡”社会实践活动中指导当地制造业的发展建言献策，做到学以致用，以实践升华学习内容。采用先进教学技术和拓展学生能力提升途径，容易创设特定的学习情境，在实际教学中，可创设故事、游戏及合作竞争等具有创新意识的问题情境和生动有趣的练习方法，通过入情入境的教学，有效吸引学生的求知欲望，激发学生的创新兴趣。3课程内容改革作为 20 世纪最杰出的工程技术成就之一，机械CAD/CAM 技术给机械制造业从产品设计到加工制造整个生产过程带来了深刻、全面、根本性的变革，其在高速切削和超精密切削加工技术、特种加工技术、增材制造技术、表面工程技术和微纳制造技术等先进制造技术领域的不断扩展，不但提高了生产效率，减少了生产周期，而且还能在保证产品质量的前提下，及时对产品更新换代，快速响应市场变化8。但是，CAD/CAM 新技术、新知识在教学中增加迟缓，不利于学生全面素质的提高和创新意识的培养，且实践训练环节不足，多为验证性实践环节内容，不利于培养学生分析和解决工程实际问题的能力。3.1精选教学内容教学内容是教学过程中师生相互作用有意传递的主要信息，是为完成教学目标，服务教学目的在教学过程中动态生成的素材及信息，其应体现与时俱进、精益求精的精神，做到适时、实时更新9。机械 CAD/CAM 技术课程需反映 CAD/CAM 技术在国内外的研究现状及发展趋势，应与计算机辅助设计职业标准相结合，满足产品造型、装配、加工和 CAD/CAM 工程师等岗位职业能力要求，实现课程内容的职业化。在教学过程中，针对不同章节，选取国内外当前最新的研究内容，例如在讲授优化设计内容时，可介绍神经网络、模糊决策、遗传算法等先进优化算法在机械设计中的应用，使学生了解最新的机械设计方法；在讲授机械 CAD/CAM 建模技术时，选取一系列机械行业企业典型的轴类、盘盖类、叉架类和箱体类等零部件，从易到难，以点带面，循序渐进，注重提高学生学习效果和培养学生活学活用能力。在实际教学中，教师可把教学内容按照难易程度和要求掌握的程度，分为基本内容、深化内容、综合内容和拓展内容四个层次，做到面向全体，又兼顾个别，使不同层次的学生思维都能得到有效锻炼。同时可结合相关内容，运用不同学科知识，从不同角度和层次分析探索解决行业痛点、社会焦点、全球热点等问题的思维和途径，培养学生综合运用知识的创新能力。3.2强化实践训练实践技能训练是工科类专业人才培养中至关重要的一个教学环节，可有效提高学生的动手能力、分析问题能力及创新能力。机械 CAD/CAM 课程在讲授机械 CAD/CAM 建模技术、计算机辅助数控加工编程等内容时，应以典型案例为素材，强调学生上机操作为主，对于相关软件的使用方法、操作命令、常用技巧等内容多加练习并掌握，从而能够熟练进行机械零件的实体造型、虚拟装配和数控加工程序编制等操作，并可后置处理自动生成 NC 代码，对 NC 代码进行一定程度的人工检查编辑修改后，上传至数控机床加工实物。积极鼓励学生参与机械专业与 CAD/CAM 有关的学科竞赛，如全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、全国三维数字化创新设计大赛及机器人比赛等，把比赛内容融入到日常实践教学过程中，以赛促练；鼓励学生积极参与老师所承担的科研项目中与机械 CAD/CAM 技术有关的研究内容，如有关机械优化设计方面的课题内容、机械 CAD/CAM 有关课程学习资源的开发研究等，通过项目加强实践训练。心理学研究表明：在手脑并用时，大脑的创造性有关区域受到刺激而活跃起来，手使大脑的功能得以发展，变得聪明，大脑使手的技能得以训练变得灵活。因此在实际教学中，多为学生构建实践平台，多留实践操作空间，让学生多动手进行实践，在实践中掌握内容、学习知识，以此增加他们自主创新的信心和勇气。4考核方式改革课程考核既是对学生平时学习情况的检查，也是对IM人才培养 Talent Development138 2023年第5期教师教学活动效果的检验，是检测教师教学效果和学生对知识理解并能有效运用能力的重要手段，对学校建立良好风气，稳定教学秩序，改进教学工作，提高教学质量，具有重要意义，是教学活动中不可缺少的环节10。目前，CAD/CAM 课程大都采用传统的考核方式，或以纸质考试为主，或以综合实训考核为主。其中纸质考试以客观题理论考核为主，虽能考查学生理论知识的掌握程度，但不能较好地实现实践部分的考核；综合实训考核则主要由任课教师根据课程内容布置一个相关的综合性题目，学生课后完成，考核随意性较大，不能有效考核学生已掌握的知识。两种考核方式都是重结果、轻过程，重视学习知识内容的考核，轻视学习过程能力素养的考核，且相互割裂，没有形成有效互补，因此考核方式单一，评价维度不足，缺乏过程发展性的评价理念，不能全面考核学生的整体学习效果和综合能力，无法较好完成课程考核任务和培养目标，影响新工科应用型人才的培养水平及学生综合能力和素质的提高，使得学生工作能力不能满足社会需求。在机械 CAD/CAM 课程考核过程中，不仅需要考核学生对基本概念及基本技能的掌握程度，还要考核学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，同时还需关注学生学习过程及能力素养的考核。因此在考核过程中，机械 CAD/CAM 课程考核方式应采用“理论实践”的过程式考核方式，即“学生成绩=理论知识考核成绩+实践应用能力考核成绩+学习过程考核成绩+能力素养考核成绩”，体现“讲一学二考三”的思想和创新能力培养的要求。其中理论知识的考核主要以课程的基础知识概念、基本原理与方法等适合理论考核的内容为主，可通过闭卷或者在线测试的形式进行考核，此部分成绩重在检验学生理论学习的效果；实践应用能力考核重在考查学生分析和解决工程实际问题的能力，以综合性题目、企业典型案例、学科竞赛内容、教师科研项目等内容为素材，考核学生的专业知识掌握程度，实践技能的熟练程度及解决实际工程问题等方面能力；学习过程及能力素养考核包括学习过程中所涉及的考勤、课堂提问及讨论等可定量考核的环节和实践过程中涉及的工作态度与责任感、团队合作精神、项目沟通能力、计划执行能力、独立性和创新性等可定性考核的环节，这种过程考核方式能真实地反映学生的学习过程，又能调动学生参与实践教学的积极性与主动性，同时还可有效塑造学生团队协同沟通及职业综合素养能力。5结束语通过教学方法和技术、教学内容、考核方式等方面的改革，改变传统机械 CAD/CAM 课程课堂教学模式，实现以学生为主体的现代课堂教学模式和课程内容的与时俱进性，建立理论和实践考核并重，加强过程性考核，定性与定量相结合的多维度考核评价体系，可有效激发学生学习兴趣从而主动学习，提高学生在生产实践中发现问题并能利用所学知识分析解决问题的能力，培养学生在学习过程中养成良好的创新意识，满足社会和时代对高技能创新型人才的需求，实现应用创新型人才培养目标。参考文献1 蔡厚道机械 CAD/CAM 课程线上线下混合式教学设计与实现 J南方农机，2021，52(14)：178-1802 赵博宁，叶燕机械 CAD/CAM 软件应用课程翻转课堂 SPOC 混合教学模式教学实践 J南方农机，2022，53(7)：168-1703 刘瑜兴机械 CAD/CAM课程思政教学设计与实 践 J陕西教育(高教)，2022(7)：18-204 于斐，刘光明，焦益群机械 CAD/CAM 技术课程的教学改革与实践 J机械设计与制造，2022(8)：263-2655 李彦，范亚萍基于产品工作室模式的 CAD/CAM 课程考核方式改革的研究 J广西广播电视大学学报，2020，31(1)：70-726 万志远基于创新能力培养的 CAD/CAM 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