计算机辅助机械设计教学改革探析

李中凯++洪兆溪

摘 要：“计算机辅助机械设计”是机械制造及自动化专业一门重要的专业课。针对当前该课程教材内容过多与实践教学薄弱等问题，文章从教学内容和教学形式两方面入手，提出了改进计算机辅助机械设计教学的途径。

关键字：计算机辅助机械设计；教学改革；途径

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）11-0003-02

一、课程简介和现存问题

“计算机辅助机械设计”是一门新兴学科，把计算机的高速运算、快速绘图、记忆与逻辑判断，以及图形显示等强大功能融入到机械设计过程中，可以有效减轻设计人员的体力劳动，缩短设计周期和提高产品质量[1]。通过这门课的学习，“机自”专业的学生可以通过计算机完成制图建模、信息存储和仿真分析等一系列工作，强化自身的机械设计能力和问题分析能力。但是当前这门课的教学中存在一些问题，教学效果有待改善。其主要问题表现在以下两个方面。

（一）教材结构不合理，软件版本滞后

“计算机辅助机械设计”是一门综合性很强的技术基础课，涉及数据结构、计算机图形学、机械设计、计算机软件与程序设计等多个学科的相关知识。现有教材内容包括工程数据处理、CAD图形技术、几何造型技术和产品集成设计技术等，信息量过大且重点不够突出。如果将教材中的知识全部讲透，课时不够。在课程内容多、课时较少的情况下，如果不能有力地突出重点，就会显得各个章节平淡无趣，学生很难获得出彩的学习体验，从而影响了教学效果。同时，教材使用的一部分辅助设计软件版本的落后，使学生不能及时补充本行业的新兴内容，难以适应以后的工作岗位。

（二）教学形式单一，实践教学薄弱

“计算机辅助机械设计”的课程教学由理论教学和实践教学两个环节组成，目前以教师讲授、演示，学生记忆及跟练为主。理论教学包括教师讲授、演示和学生记忆。在实际教学中，虽然教师们努力采用图文并茂等授课方式来增加课堂学习的趣味性，但是仍然难以长时间吸引学生的注意力，学生还是感觉学习枯燥乏味，当然这与课程内容覆盖面过大也有一定关系；实践教学部分基本只有学生跟练，分量过轻且经常讲练脱节，学生学到的理论知识无法通过动手操作得到及时有效的检验和巩固。绝大部分课程实践都是学生个人操作，缺乏团队协作锻炼。同时，实践教学环节的题目供给也不充足，经常出现多个学生的题目完全重复的情况，容易造成学生相互借鉴和相互依赖，不利于学生独立思考。

二、课程教学改革的途径

（一）教材内容的改革

1.调整取舍与及时更新教材内容。以机械行业对人才技能的需求为导向对教材进行调整取舍并突出重点，使学生能通过有限时间内的课堂学习，掌握教材中的重点知识与关键技能[2]。比如当前机械行业比较重视从业人员的二维制图、三维造型、动力学分析和有限元分析等能力，在教材中就要把这些知识作为重点详细介绍。对难度相对过高而应用频率较低的知识点，如CAD的计算机图形学核心、工程数据管理技术等，可以适当删去或简要介绍。

此外，“计算机辅助机械设计”是一门尚在发展中的高新技术[3]，尤其是关于建模、仿真以及集成技术等方面的研究日新月异。为适应科学技术水平及人才培养目标的需要，教材内容要推陈出新，实现知识点的与时俱进。比如，我国政府现在越来越重视环境保护并逐步加强了环保装备制造业的政策导向[4]，在教材中就应该适当添加环境意识机械产品设计的版块。在教材的总体安排上要以工程应用为背景，以新理论与新技术为重点，探讨本学科发展的前沿性问题，从而让学生看到本学科在内容上的时代性和先进性，激发学生学习热情。

2.加强教材中的设计实例。由于本课程的理论内容较多且有一定难度，学生学习容易感到吃力和乏味。为提高学生的学习信心，要在教材中注重讲解运用相关知识解决机械行业常见问题的方法与实例，让学生意识到自己完全可以使用这门课中的知识去解决实际问题。例如，现在大量的设计工作都是对原来设计好的图形进行修改。如果每次修改数据都需要对原来设计好的整个图形进行重新设计，无疑会造成人力物力的浪费。这一问题就可以通过学生借助本课程的相关知识进行解决， 其解决途径之一就是对三维建模软件进行二次开发，比如利用VB对SolidWorks进行二次开发[5]。这种经过二次开发的软件可以很好地处理由于图形尺寸变化而引起的图形变化，设计人员只需要重新输入所需设计的尺寸或者其他的驱动参数就能够完成重新建模，无须重复其他步骤。在二次开发的SolidWorks软件中，某管件的参数化设计界面就如图1所示。在教材中讲解这类方法的实现步骤，使学生可以重现解决方案，就可以提高学生的学习信心。

图1 管件的参数化设计界面

（二）教学形式改革

1.课堂理论教学与学生上机操作相结合。由于本课程对学生的空间想象力有一定要求，涉及的计算机软件也较多，依靠单纯的上课讲解很难收到理想的教学效果。所以在教改中要求理论教学采用课堂讲解与上机操作相结合的方法，即教师在机房利用投影仪授课并跟踪布置学习任务，学生一边听课一边在计算机上动手操作完成这些任务。学生带着任务去学习，在完成任务的过程中自主地探求知识、获取知识和运用知识，由被动变主动，在课堂上就可以对所学的知识产生直观印象并及时发现问题。教师也可以就学生课堂上遇到的问题及时进行有针对性的讲解，提高学生对知识的掌握程度。这种理论教学形式把原来教师单方面的讲解变成了教师引导学生循序渐进地完成一系列“任务”，显著提高了师生互动程度，实现“教、学、做”融为一体。

2.丰富实践教学形式，开展学生小组设计比赛与实战训练。“计算机辅助机械设计”传统的实践教学环节基本以学生课后跟练为主，形式单一且分量较弱，所以需要丰富实践教学的形式，比如开展学生小组设计比赛等。

开展学生小组设计比赛要求教师把全班学生划分成若干组，教师在每次完成阶段性理论教学内容后，以该阶段学习内容为主题，组织学生开展小组设计比赛。各组学生在规定的时间内完成自己的作品，选出小组代表向全班学生进行展示和讲解。然后教师引导所有学生一起点评每组作品，并选取优秀作品进行展览。图2就是一个所选取的优秀学生作品。

学生小组比赛有利于锻炼学生的协调合作能力，比赛中的优秀作品展览更可以给学生提供一个表现自我的舞台，鼓励学生大胆尝试，让学生有更大的想象和发挥的空间。

除此之外，还可以开展实战训练等项目，把计算机辅助机械设计与工厂实际仿真分析需求相结合，增加广大学生的责任感和事业心。比如近年来机械制造业经常运用凸轮机构，很多工厂需要对不同的凸轮机构进行分析。教师就可以选取某工厂生产的凸轮机构为研究对象，带领学生运用辅助软件进行位移等的有限元分析，如图3所示。

图3 凸轮位移云图

在“计算机辅助机械设计”的教改探索中，发现该课程教材内容覆盖面过大，部分辅助软件陈旧，课堂上的师生互动程度较低和实践环节薄弱等问题，在教改中采取精简教材内容、更新软件和增添实例等措施完善教材，采取课堂教学结合上机操作、开展学生小组比赛与实战训练等措施丰富教学形式。实践证明，教改有效地调动了学生学习的主动性，激发了学生大胆设计的热情，增加了学生动手操作的机会，提高了教学质量，特别是其中增加设计实例的措施有效增强了学生学习的信心，调动了学生学习的积极性。但是计算机辅助机械设计是一门不断发展的学科，教师们需要紧跟学科前进的步伐，在教改道路上长期坚持不懈地努力。现在节能环保的观念深入人心，教师们在以后的教改中要更加重视引领学生运用计算机技术节约机械设计过程中消耗的资源能源，减轻环境污染。

参考文献：

[1]康海霞.计算机辅助设计技术在机械产品中的应用探讨

[J].装备制造技术，2014，（6）.

[2]霍彤，余群.“计算机辅助设计”课程教学改革与实践

[J].科技世界，2015，（6）.

[3]袁媛.机械CAD的应用历史、现状与发展趋势[J].湖南

农机，2014，（1）.

[4]赵俊.环保装备制造业政策导向逐渐加强[J].产业经

纬，2013，（3）.

[5]秦燕等.基于SolidWorks零件曲线参数化设计系统的

研究[J].机械设计，2015，（1）.