《CAD/CAM》课程优化与改革

李萌崛 曹剑飞 陈德平

成都工业学院材料与环境工程学院 四川 成都 611730

引言

在应对全球范围内制造业技术变革和产业调整，我国正在积极实施“中国制造2025”，“国务院关于深化‘互联网+先进制造业’发展工业互联网的指导意见”，“国务院深化制造业与互联网融合发展的指导意见”等一系列政策，推动制造业与互联网的融合，加快建设制造强国的步伐[1-3]。模具CAD/CAM是互联网与制造业融合的重要环节之一，高度的网络化，智能化和精密化是模具工业发展的方向。模具CAD/CAM不仅仅能够缩短制造周期提高制造精度，也能够实现与互联网和人工智能的高度融合[4-5]。

《CAD/CAM》是高校材料成型及控制专业的必修课程，是培养学生的计算机辅助建模能力和计算机辅助加工能力一门重要课程。该课程主要目标是培养学生能够独立地按照制品结构设计开发相应的模具，并在此基础上进行数控编程完成模具的加工。《CAD/CAM》具有高度的综合性，兼具《塑料成型工艺与模具设计》，《机械制图》，《机械设计》等基础知识，是一门高度融合的学科。然而，当前高校教学中《CAD/CAM》课程出现了诸多不适应之处，无法满足人才市场的需求。因此，国内高校将对《CAD/CAM》课程做出相应的改革及调整，从而有效应对人才市场的需求。

1 《CAD/CAM》存在的问题及面临的挑战

《CAD/CAM》课程是一门专业性非常强的实践课程，需要学生具有一定的三维造型基础和模具设计基础，并应用所学的机械相关知识和模具设计知识，独立进行模具设计和三维造型。目前，高校《CAD/CAM》课程教学效果一般，外加上《CAD/CAM》课程缺乏实践环节，从而导致了该课程教学水平发展迟滞，教学内容更新较慢。该门课程在教学过程中依然面临诸多挑战，具体如下。

1.1 课程体系不成熟

《CAD/CAM》课程教学体系依然处于探索阶段，课程总体上缺乏系统性和规范性。在课程设计方面，部分章节的内容在深度和广度不能满足设计的需求，很多知识点依然停留在讲述上，对于实际操作要求方面依然相对薄弱。在课程教学方面，系统性和科学性依然存在着不足，尚未形成完善的课程教学体系。

1.2 课程内容更新较慢

《CAD/CAM》课程在设计技术方面依然存在一定的滞后性，新的设计标准和设计方法在课程教学中难以体现。目前最新的设计标准和设计方法没有引入《CAD/CAM》课程中，现在的设计方法依然沿用传统的设计标准和设计理念。该现象将导致学习与实践环节脱节，教学效果不理想和学生兴趣都会不佳。

1.3 教学模式局限性

《CAD/CAM》课程主要是以上机实训为主，学生缺乏对基础知识的理解，UG模具设计的架构学习和相关的工程实践。学生主要通过模仿教师的操作进行模具设计和数控加工的学习，缺乏对自主的设计和发现生产加工过程中所存在问题。

1.4 评价机制尚未健全

《CAD/CAM》课程考评体系处于探索阶段，考评体系很难以直接全面反映学生对《CAD/CAM》课程的掌握情况，在知识应用方面的考评相对较少。学生通过上机操作完成模具的设计和数控加工程序的编写，对学生应用方面和创新思考方面的考评依然是薄弱环节。对学生学习效果和知识掌握情况的考评体系依然处于探索阶段。

2 《CAD/CAM》教学改革措施

针对以往《CAD/CAM》教学过程中存在的不足和面临的挑战，在新疫情防控常态化的前提下，稳步的推进《CAD/CAM》教学改革，培养学生创新实践能力，协调好教学与考评之间的关系，从而充分激发学生的兴趣和主动性，提高学生的创新意识和解决问题的能力。

2.1 转变CAD/CAM课程教学观念

对于高校《CAD/CAM》教学改革而言，首先应当彻底完成教学观念的转变，为后续的教学改革打下坚实的基础。在“互联网+”的时代背景下进行《CAD/CAM》课程改革，积极转变教学观念拓宽教学思路，是教学改革的重要环节。具体而言，高校教学中教师应当明确自己教学的目标，坚持正确的指导思想，以国家的教学教育方针及要求为导向，结合人才市场需求和学科特点，积极转变课程教学的观念，有意识地建设信息化的教学活动和教学环境，充分尊重学生个体差异化和多样化特点，促进学生的专业技能发展。

2.2 对传统教学内容进行调整和优化

对《CAD/CAM》课程改革首先应当对其教学目的和教学内容进行调整。在调整教学目的的基础上，将《CAD/CAM》课程划分为如下几个教学模块：

模块一：模具结构和MISUMI设计标准。该模块主要介绍国际模具企业所通用的MISUMI设计方案，模具功能化模块设计方案，详细介绍两板式模具和三板式模具所包含的必要功能模块。

模块二：UG软件中模具设计架构。该模块主要介绍UG软件在模具设计应用中的架构，其中包括模具装配树（项目初始化），装配树中组件，装配树中组件的管理（新建、移动及删除等）。

模块三：UG软件在模具设计的应用。该模块主要对UG在模具设计的应用教学，其中包括模具坐标系建立，模型的修补，分型面的建立，型芯和型腔的生成，龙记模架结构和调用，浇注系统和冷却系统的设计。

模块四：UG软件在数控加工中产品方案。该模块在主要介绍数控加工基本原理，数控程序基础理论，刀具运动轨迹，刀具补偿了，主程序和辅助程序，刀具切削方法和刀具种类等。

模块五：UG在数控零件加工中的应用。该模块主要详细讲解平面铣（底壁铣、面铣加工、手工面铣削加工、平面铣加工、平面轮廓铣加工、清角铣加工、精铣侧壁加工、精铣底面、底壁加工等）和轮廓铣（型腔粗加工、型腔铣、拐角粗加工、剩余铣加工、插铣、深度加工铣、深度加工轮廓铣、陡峭区域深度加工铣、固定轴轮廓铣、边界驱动、区域驱动、流线驱动、清根切削、3D轮廓加工）。

模块六：模具设计及数控加工新的发展方向。该模块主要介绍UG在模具设计和数控加工方面的新应用，主要包括UG与3D打印成型，多轴加工系统，多轴电火花加工系统，数控加工与仿真等。

2.3 优化教学活动设计

教学活动设计应当围绕“以学生为中心，鼓励人才成长”的成果导向（Outcome-based Education 简称：OBE）教育教学理念，根据社会需求的变化和技术发展，围绕学生能力培养为目的进行教学活动设计。一方面，主要在教学内容中增加了模具结构和MISUMI设计标准模块，以及来自企业的实际应用案例，使得教学和市场需求进行充分契合；另一方面，按照“兴趣—实践—理解—应用”的培养方法，对课程的教学内容和实践项目进行设计。改变传统的教学方法，改变学生被动接受知识局面，启发学生进行主动探索式学习。对于教学活动的优化改革方面，主要从如下几个方面进行改革：

改变传统的教学活动授课方法。传统《CAD/CAM》课程的授课地点是在机房，老师首先对设计过程进行在线操作，然后由学生进行模仿操作。这种传统的教学方式，同学缺乏对设计加工零件结构特点思考进行思考，只用进行机械化的教学和复制。对授课方面的改革方面，应当在上课之前将下节课的任务进行布置，学生在上课前通过资料查询，寻求解决的方法和总结失败的原因，深入了解模具设计的过程和软件建模的思路。完成任务以后再由教师进行讲解，并对学生解决方法进行点评，将机械式的“收听”转变为“吸纳”，并后续相关的课程和章节也采用CAD/CAM进行完成，强化学生对所学知识的应用。

采用多元化的教学手段。对传统的教学活动进行优化，依靠多远化的教学手段及教学活动实现教学过程中的师生互动，激发学生的学习热情，促进学生的自主学习。教师应当逐步转变传统落后的教学模式，将《CAD/CAM》与云课堂和慕课平台相互融合，利用最新信息技术，将三维造型和模拟仿真展现于学生面前。与此同时，云课堂和慕课平台将讲学内容做进一步的延伸，让学生能够了解并实际操作最新的设计平台，独立进行模具设计和产品加工仿真。

开展座谈和学术交流活动。开展学术交流活动，并鼓励同学们积极学习和交流是模具设计能力提升的最快的途径。一方面，积极要求企业一线工程师和设计人员到学校参加交流活动，建立“双师同堂”的教学模式；另一方面，借助信息化手段丰富教学形式，利用先进的网络技术，对模具设计生产加工进行在线学习和交流。构建以学生为中心的线上线下结合的混合教学模式，促进课程教学由知识传授到能力培养。

2.4 增设CAD/CAM的实践环节

传统的《CAD/CAM》教学是没有实践环节，通常认为上机操作就是实践。但是上机练习操作和真实的模具设计工作依然存在不小的差距。在《CAD/CAM》课堂上多数学生都会机械记住操作的过程，对于究竟该如何一步一步完成设计工作还是不清晰。CAM教学过程中，同学单一学会各种铣削工艺，如何通过多种工艺协同加工零件依然存在较多的疑惑。因此《CAD/CAM》课程改革中增加实践环节，安排部分学时同学进入企业的设计部门进行系统的了解和学习。实践过程中，灵活应用各种教学方法，实现对学生的学习能力、设计能力、实践能力和创新能力的培养。在合作企业完成《CAD/CAM》课程实训，实训时企业根据学生的意愿和企业的生产需要，安排学生进入所选择的岗位进行学习。实践过程中，学生必须进行独立设计和独立操作，让实践过程与企业的生产实际相互融合，防止实践过程仅仅停留在观摩层面。

2.5 进一步完善CAD/CAM成绩考评体系

对《CAD/CAM》课程成绩考评体系采用持续改进的多元化考评体系。多元化考评体系评量内容：评量教学目标所设定的知识、设计能力和实践能力。传统的成绩考评方式主要是以课堂签到、课堂作业及期末上机测验三个部分构成，没法量化考评学生的设计能力和实践能力。传统的考评方式过多注重学习的过程，对最终设计能力的考评相对较为忽视。新的考评体系将增加设计能力和实践能力在考评体系中的分值比重，引导学生注重设计能力和实践能力的培养。

多元化考评体系，评价主体除了教师以外，根据课程内容和教学需要，组织企业工程师和技术人员进行考评。根据教学性质和内容需要，采用多样化的测试方法，比如：笔试、实际操作、作业、设计鉴赏，书面报告全面考评学生综合设计能力。

3 结束语

将传统的教学模式转变为OBE教学模式，从根源上改变了我国自古以来的工科教育理念，将成为我国工科教育改革的新起点，使得学校的教学与市场和企业更好地契合。本文探索了《CAD/CAM》课程教学改革，明确阐述了以国家和市场需求为导向，对教学内容和教学活动进行重新设计，改变传统的以教师为主体的原则，以学生为中心，鼓励人才成长为导向。《CAD/CAM》课程教学改革从教学内容，教学活动，实践环节和考评体系四个方面优化方案和改进措施，并在此基础上对教学大纲和培养方案进行优化升级，最终探索出适合材料成型及控制专业的课程实施方案。该项改革强化了学生工程实践能力，促进了老师教学水平，研究水平和实践意识，推动了本科教学建设与课程改革。