新工科背景下《模具CAD/CAM》多维度教学模式探析

耿保玉，胡杰珍

（广东海洋大学 机械工程学院，广东 湛江 524088）

0 引言

为促进我国从工程教育大国向工程教育强国转变，并为我国产业发展培养一批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，国家提出新工科建设战略[1-2]。除了对新生工科专业和新兴专业的增量补充外，对传统现有专业的存量更新同样是新工科建设和改革的重要环节[3]。《模具CAD/CAM》是材料成型及控制工程专业的重要课程，该课程将计算机技术、材料成型、模具设计和制造等专业知识进行了深度地的融合，具有较强的实践性，要求学生在掌握该课程理论知识与基本技能的基础上，拥有运用专业知识与基本技能解决实际问题的能力[4-6]。在新工科理念指导下，应用型本科的材料成型及控制工程专业应通过信息化、智能化的改造和升级以适应产业未来发展需要，而《模具CAD/CAM》是模具设计加工方向数字化转型和对接智能制造的重要课程[7-9]。

传统的《模具CAD/CAM》课程一直是轻实践、重理论的教学方式。教学内容侧重于讲解模具CAD/CAM 系统的硬件和软件，以及计算机数据处理与分析理论和计算机图形处理的基础知识[10]。当代工业真正需求的模具CAD/CAM 软件应用技术的教学内容比重却偏小[11]，这不满足应用型人才的培养要求，无法适应行业发展对于模具设计与制造的应用型人才的需求。近年来在市场引领和新工科理念指导下，各高校开始重视软件操作实训[2,12]，注重培养学生应用专业CAD/CAM 软件进行模具建模设计和分析的能力，并在此基础上培养学生数控编程等加工方面的实践能力，以期培养能够适应信息化和智能化模式的创新型模具设计加工技术人才。广东海洋大学在推行《模具CAD/CAM》课程教学时，依然存在教学形式单一、教学资源缺乏以及专业知识与软件应用脱节等问题，导致学生缺乏学习积极性和主动性，学习效果不佳，影响了培养学生设计实践能力和创新能力的效果。

1 现有教学存在的问题

1.1 教学形式单一

教学形式单一表现在授课方法主要分2 种：一是软件命令讲解式教学；二是项目引导式教学。软件命令讲解式教学内容碎片化，学生感受较为枯燥，无法激起学生的学习主动性，此外，学生缺少对产品和模具设计全局思考，难以实现成型理论知识与软件操作深度融合。项目式教学法目的引导性强，学生学习兴趣高[13-15]，但在有限的学时内，学生对软件命令的理解不深入和掌握不牢靠，面对不同项目时，难以做到举一反三。

1.2 教学资源缺乏

教学资源缺乏主要表现在教材内容具有局限性，网上资源匮乏、陈旧、参差不齐，不利于学生在课余时间复习和拓展学习。模具结构种类繁多，设计细节和要求差异性较大，学生仅依靠课堂训练，其自主解决实际问题的能力未能得到充分锻炼，无法满足课程设计和毕业设计的多样化需求，更无法满足新工科人才培养对实践能力和创新能力的要求。

1.3 专业知识与软件应用脱节

专业知识与软件应用脱节主要体现在传统教学模式下，由于课时限制，学生对软件不熟悉，需花费较多时间在软件操作上，再加上对专业知识掌握也不够牢固，因此在有限的学时中难以将模具设计和制造的专业知识与软件应用深度融合，学习过程中更注重软件的应用，而不能将成型工艺知识应用于建模和模具设计中。

因此，针对现有教学模式下的弊端和问题，需对《模具CAD/CAM》课程进行全方位的教学改革，以提高学生的学习积极性和自主学习能力，加强模具设计理论知识与软件操作的融合，提高学生的设计实践能力，激发学生的设计创新潜能。

2 教学改革内容

《模具CAD/CAM》课程是材料成型及控制工程专业的核心课程，是该专业综合知识应用的集中体现。通过本课程的学习，提高学生模具CAD/CAM工程应用的基本技能，并使学生能够将先修的材料成型理论、模具设计、机械加工等理论知识与模具CAD/CAM 软件结合，高效地进行模具设计和制造。教学改革面向新工科背景下对模具设计人才综合实践能力和创新能力的需求，通过线上线下混合式教学改革，项目引导式教学和命令讲解式教学相结合，线上线下教学资源建设，多元考核评价体系构建，充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学习效率，培养学生的创新思维和锻炼学生的创新能力。图1 所示为《模具CAD/CAM》多维度教学模式改革路线。

图1 模具CAD/CAM混合式教学及评价改革路线

2.1 多维度教学模式改革

为了增强学生的学习动力，培养学生在模具设计过程中的整体思考能力，教学方式由原来的单一线下教学改为线上线下混合式教学，由原来 “项目引导式教学”或“命令讲解式教学”的单一教学思维，改为项目引导式和命令讲解并重的教学思维，实现四位一体的多维度教学。充分考虑项目式教学和命令讲解式教学的局限性和教学实施特点，并结合线下教学和线上教学的优势，多维度教学采用的线下教学以项目式教学为主，针对塑料模设计、冲模设计、级进模设计、NC 数控编程等不同教学模块，分别由简入繁地引入2～4个项目，课堂中加强问答和讨论环节，促使学生对模具设计和加工编程训练完成“熟悉——理解——掌握——创新”的升华。由于线上教学灵活性大，多维度教学采用的线上教学以命令讲解式教学为主。线上利用网络和教师录制的碎片化视频，对各模块软件命令进行逐个系统的讲解，学生利用电脑或手机等互联网工具，随时随地开展软件学习和复习。

2.2 教学资源建设

教学改革必备的基础工作是构建高质量的教学资源。开展线下项目式教学和线上命令讲解式教学，必须有良好的教学3D素材和教学视频资源作为支撑。教学改革针对项目式教学拟创建“塑料模设计项目”、“冲模设计项目”、“NC 编程项目”的3D素材；针对命令讲解式教学拟创建“注射模向导命令详解”、“工程模向导命令详解”、“级进模向导命令详解”、“加工模块命令详解”等碎片化详解教学视频资源库。

针对塑料模设计项目式教学，建设了“两板模”、“三板模”、“斜顶滑块侧抽芯模”的项目素材和教学视频。针对冲模设计项目式教学，建设了“单工序落料模”、“落料冲孔复合模”、“弯曲翻孔复合模”、“成形拉深模”等项目素材和教学视频；针对级进模设计项目式教学，建设了“冲裁弯曲翻边成形级进模”、“深拉深级进模”等项目的素材和教学视频；针对NC 数控编程项目式教学，建设了“简单平面铣”、“复杂轮廓铣”等项目的素材和教学视频。项目教学素材供线下教学训练和讨论使用，并录制系统的教学视频供学生复习参考使用。创建的部分3D素材资源如图2所示。

图2 创建的CAD/CAM部分3D素材资源

由于各模具设计及加工编程模块的命令复杂繁多，为使学生系统掌握并灵活选用软件命令，对常用命令创建了相应的3D 训练素材和详细命令讲解短视频。注射模向导部分开展工件创建、型腔布局、分型面设计、模架选调、浇注系统设计、推杆设计、斜顶滑块设计、开模、标准件选调等命令的素材和讲解视频资源建设。冲模向导部分开展中间工步、条料工具、工位管理、模架及标准件选调、冲裁镶件设计、弯曲镶件设计、成形镶件设计、翻边镶件设计等命令的素材和讲解视频资源建设。级进模向导部分开展条料排样设计、级进模模架及标准件选调、让位槽设计等命令的素材和讲解视频建设。NC编程模块开展刀具创建、几何体创建、工序创建、编程视图管理、后处理、车间文档等命令的素材和讲解视频建设。软件命令3D 素材供学生线上学习训练用，碎片化的命令详解视频供学生复习参考使用。创建部分视频素材资源如图3所示。

图3 创建部分教学视频资源

3 多元考核评价体系构建

多维度教学模式要求评价模式的多元化，应兼顾不同的评价内容与评价指标，开展多维度的评价。课程考核实行线上和线下双重考核，整合了“过程考核”和“结果评价”。课程在平时考勤、课堂表现、作业、期末成绩的基础上，拓展评价内容，增加线下项目式教学过程中理论与操作的融合能力评价，创新性思维评价等。多元化的评价体系既注重结果考核又体现了过程考核，既注重知识技巧的掌握评价又注重能力的评价。针对线下学习状况的管控，主要是通过对学生的项目完成度和知识运用的合理性和创新性进行评价，通过平时作业考查学生理论知识与软件操作的融合度，重点参照大作业的完成程度给出线下的评价成绩。在线上教学过程中，利用超星教学平台针对线上学习内容广度、线上小作业完成质量、线上知识点理解、线上线下学习进度的协同性进行评价，通过线上平台对学生进行自主学习能力、学习效果、创新能力等方面进行考核。针对线上学习的评价，该教学平台可以跟踪每一个学生线上学习时长和线上测试结果以及线上作业完成状况，制定线上成绩评定的策略。最终汇总线上线下的成绩，作为学生该课程的综合成绩。线上线下考核评价细则如表1所示。

表1 线上线下考核评价细则

4 结束语

传统《模具CAD/CAM》课程存在教学形式单一、教学资源少以及专业知识与软件应用脱节等问题，造成学生学习积极性与主动性不高，学习效果不佳，严重限制了学生设计实践能力与创新能力的发展。在新工科背景下，通过丰富的教学资源支撑和多元化考核评价体系引领，利用线下项目式教学，培养了学生模具设计与制造的全局思维，促使了先导理论课程与模具CAD/CAM 的深度融合，激发了学生的创造能力；利用线上碎片化教学灵活性，开展命令讲解式教学，提高了学生学习软件的主动性，提升了学生对软件操作掌握程度，培养了学生面对复杂问题的发散思维和解决问题的能力，培养的学生得到了企业的肯定。