应用型本科CAD课程的教学研究与实践

王春义1 赵金涛 薛智勇 宋鸣 王石磊

[摘要]目前多数企业对工科学生工程设计能力的要求越来越高，并且已成为大多数用人单位招聘的一个重要指标。本文结合应用型本科生的培养目标，讨论了CAD课程内容设置、相关教学方法及实践研究。

[关键词]CAD 工程软件 工程设计

一、引言

对于工科学生而言CAD课程的一个重要教学目的就是培养学生的工程设计能力，即为产品设计、工艺设计、工装设计等实践环节服务。围绕着工程设计这一主题，国内外的高校对工程制图课程设置、教学模式、教学内容和方法等进行了广泛研究。如从上世纪80年代末美国就开始研究有关教学改革问题，并形成了现代工程设计图学的教学新模式。北京航空航天大学创建了以设计和三维为核心的现代工程设计图学（MEDG）的新课程体系。

工程图学课程是学生入学后接触的第一门技术基础课，为了便于学生的学习、理解、有利于读图、制图、造型设计的能力的培养。从一开始就引入了分段式教学模式，在第一阶段，即以传统图学课程为主的阶段；应注重构型、表达、制图和读图能力的培养；在第二阶段，即CAD教学阶段，在CAD教学阶段，很多高校缺少实际应用的训练，同时二维CAD与三维CAD分开授课。但从目前实际工程应用情况看，更多的用户是将二维设计与三维设计共同应用于工程设计当中。

可见，在新的教学体系当中，首先应将传统二维CAD技术、三维CAD技术有机地结合在一起，形成一个集CAD二维设计及CAD三维设计的新教学体系。同时以应用技能为核心，注重实践教学环节，探索出一套适应社会需求的人才培养方案。

二、人才培养中的CAD教学现状

在二维CAD方面，绝大多数学校开设了该课程，其中90%的学校开设了二维AutoCAD，也有些学校开设了CAXA等软件。但大多停留在基本指令的讲解及简单图形的绘制，缺少实际图样的绘制，这也就使学生进入企业后要重新学习该技术，造成教育的浪费。

同时在二维CAD的实际应用过程中，AutoCAD系统成为图板的代替品，设计人员借助CAD来摆脱传统的手工制图，将工程设计图的绘制提高到一个相当高的水准，大大地提高了绘图效率和质量。但CAD系统的深层次应用不到位，不能对设计意图进行捕捉，不能表达或提取完整的技术和生产管理信息，不能为设计人员提供设计过程的指导，不能提供其生命周期的各个阶段中的各种实践经验、专家知识以及其他相关的信息。

中国制造业信息化2010年度报告，我国中型制造业企业中，应用二维CAD的已超过90%，但其中结合使用三维CAD＼CAPP＼PDM的企业只有34%，随着技术的发展三维CAD技术会在企业中应用将越来越广泛。

所以三维CAD的实体造型、基于特征造型应引入教学中，尽管也有许多高校将三维CAD引入制图教学中，但最终的教学效果只是提供一个三维演示，怎样将三维CAD与传统的二维CAD有机融合，形成一套成熟的培养适应社会需求的产品设计师的教学方案，目前还存在很多问题。

三、面向应用型人才培养的CAD教学研究

1.CAD课程教学的内容和结构体系

建立一套科学合理的课程体系，是顺利实现教学理念和目标的前提与保证。以我校机械类44学时CAD教学为例，原CAD课程教学主要侧重于二维命令讲解和单项上机练习，其内容和结构体系如表1所示。

表2：CAD课程原内容及结构体系

此教学结构体系，内容相对独立，缺少综合训练。不注重实际应用，缺少三维设计内容。结合制图课的整体教学特点，确定新的CAD课程的内容和结构体系二如表2所示。

该课程体系包括基本知识和技能、上机训练及设计实践等三个模块。基本知识和技能包括计算机绘图基础和三维实体造型方法；上机训练分成专题训练和综合设计两个模块，其中的综合设计是两个开放性的实践专题。

表2：CAD课程新内容及结构体系

2.CAD课程教学方法的实践

与以前侧重于命令讲解和单项练习的教学体系比较，面向应用的CAD课程教学方法有明显的特点。

（1）从机件的绘制入手综合练习平面图形的绘制、编辑及尺寸、文本标注等相关内容。大多数CAD教材都是从命令的用法讲解人手，教学过程中用近l/2的学时比例介绍常用的绘图、编辑、尺寸标注及图层、图块及文本等基本命令和基本操作。当完成一个单元的教学内容后，再进行综合练习。这样教学使得命令的讲解与练习都是单个进行的，没有及时与绘图实例相结合，学生往往只能做到能听懂、会练习，但到真正绘制完整的部件和零件时，却不能根据实际条件灵活运用已学过的命令。造成这种情况的主要原因就是由于讲课时没有结合实例，学生听课积极性不高，练习时也缺少兴趣，教学效果不是很理想。实践证明，这种手把手从零学起的方法并不适合高校在校学生，因为学生在CAD课程学习之前，已经系统地学习了工程图学的基本知识，对投影理论和表达方法有了比较深刻的理解，并经历过手工绘图的训练。所以新体系一开始就从机件入手，结合平面图形绘制及编辑命令，以及常用的精确绘图方法，直接绘制机件的视图及剖视图等。将平面图形表达、尺寸及技术要求的标注等内容综合讲解并进行上机练习。这样做不仅效率上能够事半功倍，而且知识体系上能够融会贯通。

（2）增加三维实体造型的内容。传统的机械设计及制造过程是以二维图形为核心的，所以三维图形在教学及应用中始终起辅助作用以至于许多学校对三维CAD技术只是作简介。但随着信息技术与传统工业日益结合，三维实体造型设计方法将逐渐普及。这就要求工程技术人员要全面，掌握CAD/CAE/CAM一体化技术。所以对于现代CAD教学，必须向学生传授新技术、新观念，以培养学生现代工程设计的基本能力。新课程体系大幅增加了三维CAD的教学内容，主要讲解三维实体建模的方法，包括三维实体命令的运用、二维对象的拉伸与旋转等。同时介绍特征造型、曲面设计、动画模拟及仿真功能等，并通过综合设计阶段进行专题实践。

（3）面向应用的专题实践。这一过程可与零件及装配体测绘结合起来，将原来单一的模仿画图转变为综合设计实践专题的训练。通过两次有针对性 的设计专题，要求学生以真正的设计者的角色去完成任务，包括徒手图绘制、CAD三维建模、CAD平面图绘制等任务。采用共同讨论、分组研究、自学为主等开放性学习方式。主要目的是让学生运用所学知识解决实际问题，强化学生对工程产品设计阶段的理解，培养现代工程设计能力。

四、结束语

CAD不应仅用于辅助绘图，而应充分发挥其辅助设计的作用。而现代及未来设计方法是从三维模型开始至三维产品结束的一个全三维过程。教学实践表明，该教学方法，学生听课的主动性明显提高，扩展了学生的学习方法和思路，锻炼学生了的动手能力和团队协作能力。总之，应用型本科CAD课程的教学改革与实践是一个长期的过程，教师需要不断丰富自己来推进这一过程。

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（作者单位：1.哈尔滨理工大学荣成学院，2.江苏联合职业技术学院连云港工贸分院）