項(xiàng)目與論題相結(jié)合的“計算機(jī)輔助制造”課程教學(xué)方法與實(shí)踐

　　摘 要：針對機(jī)械工程大類高年級專業(yè)課“計算機(jī)輔助制造”課程，改革了教學(xué)方法，形成了一種適合于高年級教學(xué)的教師“主講、主持、指導(dǎo)”與學(xué)生“主動、互動、獨(dú)立”的教與學(xué)的關(guān)系。建立了面向項(xiàng)目與論題相結(jié)合的“計算機(jī)輔助制造”技術(shù)教學(xué)方法，并在多年的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用，取得了良好的效果，為提高機(jī)械工程學(xué)科及制造工程專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量提供了一種可借鑒的手段。
　　關(guān)鍵詞：計算機(jī)輔助制造；項(xiàng)目；論題；工程教育改革
　　一、課程的特點(diǎn)、存在問題及改革的必要性
　　目前在我國由高等教育大國向高等教育強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變過程中，當(dāng)代工程教育改革和實(shí)踐日益受到重視，卓越工程師教育也開始全面展開[1]。數(shù)字化制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，計算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）技術(shù)作為數(shù)字化制造的核心技術(shù)，是現(xiàn)代制造業(yè)從業(yè)人員和機(jī)械工程學(xué)科人才必須掌握的基礎(chǔ)技術(shù)之一。因此，“計算機(jī)輔助制造”課程是機(jī)械工程學(xué)科下機(jī)械制造及其自動化、工業(yè)與制造系統(tǒng)工程及其他相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課，在本科生教育和培養(yǎng)中占有十分重要的地位。
　　該課程屬于高年級專業(yè)課，一般安排在“制造工程基礎(chǔ)”、“機(jī)械制造工藝學(xué)”和“機(jī)床及夾具”等先行課程的大三下學(xué)期或大四上學(xué)期。CAM課程的特點(diǎn)是起點(diǎn)高、內(nèi)容多、發(fā)展快、應(yīng)用廣、綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)，而在現(xiàn)行教學(xué)計劃中，計算機(jī)輔助制造技術(shù)配套課程少、學(xué)時有限，難以適應(yīng)上述特點(diǎn)的教學(xué)需要，更不適應(yīng)現(xiàn)代工程教育改革的理念——“做中學(xué)”和“研中學(xué)”的需要[2]。存在的問題主要表現(xiàn)在：
　�。�1）在知識點(diǎn)上，學(xué)生對關(guān)鍵和重要的CAM知識點(diǎn)掌握程度有限。由于課程學(xué)時有限、沒有合適的教學(xué)手段使得無法自主、深入地完成課程的主要論題即關(guān)鍵知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。
　�。�2）在知識面上，學(xué)生對CAM知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)脈絡(luò)缺乏全面了解和把握，綜合能力有待提高。由于各知識點(diǎn)講解時所用例子相互獨(dú)立，數(shù)字化制造的“信息流”效果難以體現(xiàn)，導(dǎo)致知識點(diǎn)沒有通過完整的案例貫穿起來。
　�。�3）學(xué)生的知識實(shí)踐與運(yùn)用知識的能力不高，缺乏運(yùn)用CAM知識解決制造工程問題的能力，這需要通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場教學(xué)來解決。
　　（4）學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、研究實(shí)踐并總結(jié)展示的能力不高。愛因斯坦認(rèn)為在學(xué)校中“發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的一般能力，應(yīng)當(dāng)始終被放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把獲得專業(yè)知識放在首位。如果一個人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會了獨(dú)立思考和工作，他必定會找到他自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來，他一定會更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化�！盵3]。由此可見，教學(xué)中對學(xué)生特別是對即將參加工作或接受深造的高年級大學(xué)生的獨(dú)立能力培養(yǎng)尤為重要，這同時也是大學(xué)素質(zhì)教育的重要體現(xiàn)。
　　為解決上述問題，改革計算機(jī)輔助制造技術(shù)現(xiàn)有教學(xué)模式是十分必要的。多年來，我們通過實(shí)踐論題與項(xiàng)目相結(jié)合的計算機(jī)輔助制造課程的教學(xué)方法：即將面向項(xiàng)目的教學(xué)和基于論題的教學(xué)貫穿于整個課程始終，逐步形成了一種適合于高年級教學(xué)特點(diǎn)的教師“主講、主持、指導(dǎo)”與學(xué)生“主動、互動、獨(dú)立”的教與學(xué)關(guān)系，在提升教學(xué)效果和質(zhì)量上取得了一些成效，增強(qiáng)了學(xué)生對計算機(jī)輔助制造技術(shù)的掌握程度與應(yīng)用能力。
　　二、項(xiàng)目與論題相結(jié)合的教學(xué)方法內(nèi)涵
　　項(xiàng)目與論題相結(jié)合的CAM課程教學(xué)方法的內(nèi)涵及要點(diǎn)如圖所示，主要包括課程教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)、課程考核等幾個方面。
　　1.課程教學(xué)內(nèi)容
　　通過論題布局加強(qiáng)關(guān)鍵和重要知識點(diǎn)的安排，通過兩類零件項(xiàng)目將關(guān)鍵知識點(diǎn)集成起來，并融入精品教材內(nèi)容及最新科研成果。
　　計算機(jī)輔助制造涉及的重要技術(shù)環(huán)節(jié)主要包括：幾何建模（設(shè)計并表示零件是什么形狀結(jié)構(gòu)和有何技術(shù)要求）、工藝設(shè)計/數(shù)控編程（規(guī)劃和表示零件按什么樣的過程和程序制造出來的）、數(shù)控加工/檢測（在實(shí)際設(shè)備上如何按數(shù)控程序進(jìn)行零件加工和檢測）、制造系統(tǒng)（整個計算機(jī)輔助制造軟硬件系統(tǒng)是如何組成并協(xié)調(diào)運(yùn)行的）。圍繞上述四大環(huán)節(jié)，在課程教學(xué)中通過論題強(qiáng)化了它們的教學(xué)內(nèi)容，并分別安排了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，將理論授課與實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場參觀相結(jié)合。
　　在幾何建模環(huán)節(jié)，明確產(chǎn)品的幾何建模是CAM信息源頭的地位，突出了實(shí)體建模特別是特征建模方法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，緊緊圍繞CAD的核心問題——物體的“內(nèi)在表示（Representation）”和“外在表現(xiàn)（Presentation）”組織該部分課程內(nèi)容，參考了多部國際精品教材的有關(guān)章節(jié)，例如CADCAM： Principles， Practice and Manufacturing Management（英國）和Principles of CAD/CAM/CAE Systems（韓國）。這些精品教材在CAD及幾何模型建立和表示方面，內(nèi)容全面，深入具體，易于學(xué)生理解和掌握。
　　在工藝設(shè)計和數(shù)控編程環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了CAPP方法（包括派生、創(chuàng)成、混合）、手工編程、交互圖形數(shù)控編程3個論題，并強(qiáng)調(diào)工藝知識庫在此過程中的重要作用。在理論教學(xué)內(nèi)容方面，參考了國際精品教材Computer-Aided Manufacturing（美國），因?yàn)樵摬拷滩牡闹攸c(diǎn)內(nèi)容是包括CAPP與數(shù)控編程在內(nèi)的輔助制造方面，是CAM課程在世界范圍內(nèi)的權(quán)威教材。在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容方面，安排了我們的最新科研成果和主流CAD/CAM系統(tǒng)的課堂演示，如半創(chuàng)成式汽車底盤零件CAPP、綜合式基于PDM的三維CAPP以及Pro/Engineering的制造模塊Pro/Mfg等，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效果。
　　在數(shù)控加工和檢測環(huán)節(jié)，在突出數(shù)控機(jī)床組成及數(shù)控加工原理、坐標(biāo)測量機(jī)組成及數(shù)控測量原理兩個論題的同時，增補(bǔ)了它們各自國際上最新技術(shù)發(fā)展的內(nèi)容，即基于STEP-NC的CAPP/CAM和智能數(shù)控系統(tǒng)、便攜式先進(jìn)測量方法。授課內(nèi)容參考了國際精品教材Computer-Aided Manufacturing（美國）和國外最新科研成果（如英國巴斯大學(xué)和德國斯圖加特大學(xué)關(guān)于STEP-NC的CAM/CNC技術(shù)成果，美國法如、API等測量儀器公司的新研發(fā)的便攜式測量系統(tǒng)等），使學(xué)生不僅掌握了經(jīng)典的數(shù)控加工和檢測的理論知識，而且了解了當(dāng)今最新成果及未來發(fā)展趨勢。

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