机械CAX类课程的生产项目式创新性教学的研究与实践

曹申+周军

摘要：在高校应用型发展思路的指导下，为解决机械专业学生就业的社会高需求与学生能力欠缺的矛盾，提升人才培养质量，以机械CAX类应用型课程为例，提出基于CDIO理念的生产项目式创新性教学，将基于CDIO理念的创新性教学运用于机械CAX课程教学过程中，引导学生在理论学习的基础上进行生产项目式实践和创新性研究。教学结合企业生产案例，突出CAX各个模块在实际机械产品生命周期管理中的实际意义和重要地位，让学生了解相关CAX技术在机械设计研发领域的实践操作价值，了解CAX技术在现代设计中的综合运用。实践证明，基于CDIO理念的生产项目式创新性教学在机械CAX课程中的应用可以取得良好的教学效果，有效地提高了学生的专业综合能力。

关键词：CAX；创新性教学；CDIO理念

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）19-0163-02

在“十三五”教育发展改革方向指导下，应用型人才培养在大众高等教育阶段是十分重要的。为适应新形势下高校提高人才培养质量的要求，解决机械专业教育与制造行业需求严重脱节的矛盾，机械CAX类课程的CAD/CAM/CAE技术的培养便尤为重要，多数毕业生将利用此技术在一线岗位中寻找就业机会。反映在这门课程上，机械CAX类课程教学中理论与实践难以平衡，提出基于CDIO工程教育模式理念的研究性生产项目式教学，以项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习和获取工程能力，引导大学生进行工程实践、生产实践和创新实践，这对机械工程创新人才的培养具有重要指导意义。

一、生产项目式创新教学的意义

对于机械CAX类课程，传统教学模式：第一，教学内容的针对性很强，基本上针对一个或几个命令进行非常详细的讲解，所需学时较多。第二，教学过程以教师讲为主，学生较被动且学习兴趣不高，学习效果不理想。第三，学生学习过程中认为知识点较分散，单个掌握起来容易，综合建模时却难以灵活运用。第四，每类CAX课程是孤立的教学，相互之间没有连接和联系，学生在学习上容易对多种软件模糊混淆、无法深入运用，学得越多，这个现象越突出。对该课程设置中存在的问题提出解决思路及方案，有以下四方面的研究意义。

（一）推进大学课程教学方法的改革

本项目探索和研究生产项目式教学，将构建高质量的基于企业生产的项目式教学资源，为高校教学改革提供必要基础；将传统以理论为主的教学模式，建构为面向生产实践项目的应用型教学模式；将以教师的教为中心的教学方式转变为以学生的学为中心的教学新方式，引导学生从实际生产项目中发现问题、提出问题、解决问题。

（二）拓展课堂教学，提高学生学习兴趣

以CDIO培养模式为专业授课理念，使学生熟练掌握技术基础知识、新产品和新系统的开发和运行，了解技术的研究与发展对社会的重要性和战略影响。课堂教学学时有限，有必要在课上激发学生的学习兴趣和热情，将课堂教学立体化、生动化、实践化，培养学生独立解决问题和创新能力。

（三）促进应用型人才培养，校企无缝接轨

机械CAX类课程生产项目式教学需要将高校应用型人才培养方案的需求和生产企业用人要求的特点相结合，构建基于生产项目实例的教学资源的教学新模式。引导学生了解并参与一个产品的生命周期管理全过程，从设计研发到加工制造、工程分析、优化设计，全程模拟实际生产，使在校生熟悉生产企业的各个部门的工作模式，实现校企无缝接轨。

（四）提高教师业务能力，培养应用型教学教师

机械CAX类课程生产项目式教学需要教师了解机械行业最新发展动态及企业的各种生产流程，熟悉企业的分工合作方式，因此，必须提高教师的教学业务能力，使教师了解相关制造类企业的设计加工制造模式和机械CAD/CAM/CAE技术在企业中的最新发展和应用模式，加强校企合作和沟通，培养双师型教师，探索创新型和应用型人才培养的新方案和新途径。

二、生产项目式创新教学的实施

机械CAX技术在现代机械行业中得到了最广泛的应用，以CAD/CAM/CAE技术应用最为广泛和突出，先进的三维设计制造技术正在迅猛地取代二维设计制造技术，成为如今机械设计的主流。基于此，目前高校在开展CAD/CAM/CAE类课程教学时，一般有两个方向和模式：一种是重理论，以计算机图形学为基础，注重相关CAD/CAM/CAE技术的原理教学；一种是重实践操作，以各种基于CAX技术的软件应用为主，比如，CAD类课程学习Pro/e软件、UG软件、Solidworks软件的操作，CAM类课程学习MasterCAM软件的操作，CAE类课程学习Ansys软件或其他综合软件的CAE模块的操作。

这两种教学模式很容易走入两种极端，重理论的脱离了软件的应用学习，学生到了相关工作岗位上空有想法而不会实际操作；重操作的没有生产实践和相关原理的支持，陷入纯软件学习，工作中只能做最低等的“绘图员”而无法成为设计师，有悖于高等教育的初衷。这些问题不解决，最终机械类专业的人才培养将会与社会需求脱节，与应用型人才培养的方向相违背。如何基于CDIO理念建设机械CAX类的课程生产项目式教学，是普通高校在教学改革、提高教学质量、培养应用型人才中的重要探索之一。

基于CDIO理念的机械CAX类课程生产项目式教学的研究与实践，首先是CAD/CAM/CAE类课程的整合，使原来单一、孤立、片面的应用到生产项目案例中全面系统的体现。其次，在CDIO理念的指导下，学生进行角色学习，在设计部做研发应用CAD技术，学习软件的CAD模块，在制造部做工艺应用CAM技术，学习软件的CAM模塊，在工程分析中应用CAE模块，创新优化设计，最后将产品进行发布。每个模块环环相扣，将多门课程在生产项目的案例中得到综合应用和体现。改变了传统的教学模式，通过探究式教学、协作学习、自主学习、研究性学习等多种教学学习手段，探索生产项目式创新教学的教学应用。

三、生產项目式创新教学的实践实例

教学中，通过引入CDIO工程教育模式理念，构建了三个阶段的课程项目，由浅入深依次为学习项目、练习项目和考核项目。每组学生5人左右，组内成员分工不同，学生相互合作共同完成项目任务，通过三个阶段的实践和学习，学生既掌握了课程基础技能，又锻炼了自学能力、实践应用能力和团队合作能力。

课程分解为6—8个项目，每个项目模拟实际机械设计和分析工作中的设计理念和设计流程，从产品的研发到发布，综合运用三维建模知识、虚拟装配知识、有限元分析知识、优化设计知识，突出CAD/CAM/CAE各个模块在实际机械产品生命周期管理中的实际意义和重要地位，让学生了解相关课程在机械设计研发领域的实践操作价值以及CAX技术在现代设计中的综合运用。课堂上以Solidworks2014软件、3DVIA composer为操作对象，以具体设计分析项目为基础，利用设计模块进行三维实体建模，simulation分析模块进行力学分析，motion模块进行运动仿真分析，制造模块进行虚拟制造，composer模块进行产品发布。全程模拟生产企业产品研发过程，将CAD/CAM/CAE技术蕴含于相应的设计部、制造部、工程分析部，使学生对企业的分工合作有直观具体了解。Solidworks全中文界面，直观易操作，交互性能好，使学生很容易就能找到设计成就感，有利于对该课程积累兴趣，符合学校应用型人才培养的模式，对毕业生的价值提升具有一定的现实意义。

四、结语

生产项目式创新教学特色之处在于，能更适应高校应用型人才的培养目标和高校教育的教学改革，解决了以往课堂教学与生产实践环境研究脱节的根本问题，在充分研究现有教育理论和教学方法的同时，注重创新教育实践环境研究。通过与相关生产企业的沟通，共同探讨高校应用型教学资源的建设、管理与应用，实现学校和企业教学资源的共享、交流和延伸，使毕业生能够很好地适应相关工作岗位。

参考文献：

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[2]李静，牛文杰.基于CDIO理念的研究性教学在机械CAD课程中的创新性运用[J].科教导刊，2015，（8）.

[3]单彦霞，董志奎.融入CDIO理念的工程图学教学改革实践[J].教育教学论坛，2015，（2）.

[4]肖丽.基于CDIO理念的应用型创新人才培养模式研究[J].云南民族大学，2012，（5）.

Research and Practice on the Innovative Teaching of the Production Project of Mechanical CAX Course

CAO Shen，ZHOU Jun

（College of Mechanical Engineering，Hunan International Economics University，Changsha，Hunan 410025，China）

Abstract：In order to solve the contradiction between the high social demand of the employment of mechanical students and the lack of students' ability，and to promote the quality of talents training，the paper puts forward the application of CAX class as an example，Project-based innovative teaching，will be based on the concept of innovative CDIO teaching CAX course used in the process，to guide students in the theoretical study on the basis of the production of project-based practice and innovative research. Teaching with the production case，highlighting the CAX in the PLM of mechanical products，so that students understand the CAX technology in modern design synthesis use. The practice proves that the application of the project-based innovative teaching based on the CDIO concept in CAX course achieves good teaching effect and effectively improves the students' professional comprehensive ability.

Key words：CAX；innovative teaching；CDIO concept