淺談材料成型CAD/CAE/CAM 課程教學(xué)改革論文
為適應(yīng)國家教育改革形勢的需要， 在“厚基礎(chǔ)， 寬專業(yè)， 重能力”的指導(dǎo)思想下， 全國大部分院校進(jìn)行了專業(yè)調(diào)整與教學(xué)改革。材料成型及控制工程專業(yè)就是將傳統(tǒng)的鑄造、鍛壓及焊接3 個專業(yè)整合的新專業(yè)。按照新的培養(yǎng)目標(biāo)， 對原課程體系中的“模具CAD/CAM” 、“鑄造工藝CAD” 及“計算機輔助焊接技術(shù)” 等專業(yè)課進(jìn)行了專業(yè)調(diào)整。結(jié)合現(xiàn)代材料成型工藝開發(fā)的新手段， 將成型工藝過程仿真技術(shù)引入課堂， 設(shè)置了“ 材料成型CAD/CAE/CAM”課程。
在現(xiàn)代制造技術(shù)中， 為提高產(chǎn)品質(zhì)量， 縮短生產(chǎn)周期， 降低產(chǎn)品開發(fā)成本及能源消耗， 減少環(huán)境污染， 掌握CAD/CAE/CAM 技術(shù)已成為現(xiàn)代工科技術(shù)人員的必備技能之一。材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)涉及多門學(xué)科， 內(nèi)容非常豐富。材料成型CAD 、CAM 及CAE 技術(shù)所涉及的應(yīng)用軟件也相當(dāng)多。為使學(xué)生對材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)能夠更深入地了解， 并能借助現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)材料成型工藝及模具（工裝）的系統(tǒng)化開發(fā)， 完善該課程教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行教材建設(shè)已經(jīng)勢在必行。
1 教學(xué)內(nèi)容的改革
1 .1 原有教材存在的弊端
“材料成型CAD/CAE/CAM” 課程是對傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程如“ 模具CAD/CAM” 、“ 鑄造工藝CAD”及“計算機輔助焊接技術(shù)”等的有機整合、擴展及補充， 是為了滿足教學(xué)改革及改造傳統(tǒng)材料成型工藝方法的需要設(shè)置的�！安牧铣尚虲AD/CAE/CAM”課程的教學(xué)內(nèi)容絕對不是傳統(tǒng)專業(yè)課的簡單組合， 傳統(tǒng)專業(yè)課教材已無法滿足新的教學(xué)內(nèi)容的需要， 在課程內(nèi)容及材料成型CAE 新技術(shù)的應(yīng)用上存在明顯的弊端。
“模具CAD/CAM” 課程主要講授模具計算機輔助設(shè)計和模具制造技術(shù)（CAD/CAM）的理論與方法。論述了其中的基本知識，CAD/CAM 系統(tǒng)的軟、硬件構(gòu)成， 常用的CAD 軟件以及軟件二次開發(fā)技術(shù)在模具領(lǐng)域的應(yīng)用， 同時介紹了與模具CAD/CAM 技術(shù)相關(guān)的一些新技術(shù)， 如高速加工技術(shù)、逆向工程技術(shù)、快速成型技術(shù)和虛擬制造技術(shù)等�！拌T造工藝CAD”主要講授計算機輔助設(shè)計和制造技術(shù)（CAD/CAM）的理論與方法，CAD/CAM 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成， 常用的CAD 軟件以及軟件二次開發(fā)技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用， 并對鑄造工藝的CAD過程作了較為詳細(xì)的論述。
“計算機輔助焊接技術(shù)” 對焊接專家系統(tǒng)、焊接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機在定量焊接冶金中的應(yīng)用、焊接過程信息處理的.計算機輔助技術(shù)、CAD 技術(shù)在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了論述。隨著專業(yè)調(diào)整， 原有的課程體系及教學(xué)內(nèi)容，已經(jīng)無法滿足新時期制造業(yè)短周期、低成本、高技術(shù)對材料成型工程技術(shù)人員的需求。原有教材的簡單組合也已經(jīng)無法滿足教學(xué)需要， 因此必須針對現(xiàn)代制造對人才技能的需求， 對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合， 對原有教材中缺乏的材料成型仿真技術(shù)及其應(yīng)用方面的內(nèi)容進(jìn)行補充及擴展， 加強對材料成型CAE 技術(shù)理論知識及工程應(yīng)用的介紹， 規(guī)劃并編寫教學(xué)改革和含有學(xué)科前沿應(yīng)用的專業(yè)的“材料成型CAD/CAE/CAM”教材。
1 .2 現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容及講義的特點
材料成型CAD/CAE/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Engineering /Computer AidedManufacturing）， 即材料成型計算機輔助設(shè)計、輔助工程與計算機輔助制造技術(shù)， 是一門基于計算機技術(shù)發(fā)展起來的、多學(xué)科綜合性的技術(shù)。掌握材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)的基礎(chǔ)知識及基本原理， 應(yīng)用相應(yīng)的軟件進(jìn)行材料成型工藝設(shè)計及開發(fā)， 是現(xiàn)代新產(chǎn)品、新工藝開發(fā)對工程技術(shù)人員提出的基本要求， 也是材料成型加工技術(shù)人員應(yīng)該具備的基本技能。
新的教學(xué)大綱及教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合材料成型及控制專業(yè)本科教學(xué)的需要， 著重于基礎(chǔ)理論的研究和基本技術(shù)的應(yīng)用， 將材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)所解決的最新科研成果及學(xué)科前沿知識引入課堂教學(xué)。為了加強學(xué)生對材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)理論與實踐的有機融合， 結(jié)合課堂教學(xué)， 設(shè)置了綜合實驗進(jìn)行實踐教學(xué)。實行教、學(xué)、做合一， 手、腦、機并用的教學(xué)模式。
從內(nèi)容上， 將材料成型及控制專業(yè)學(xué)生應(yīng)該掌握的“鑄造工藝CAD” 、“模具/CAD/CAM” 、“金屬塑性成型仿真” 、“鑄造工程的模擬仿真與質(zhì)量控制”及“焊接專家系統(tǒng)” 等進(jìn)行合理整合、刪減， 通過近四年的教學(xué)實踐， 確立了新的課程體系。提煉了原鑄、鍛、焊專業(yè)CAD/CAM 的關(guān)鍵技術(shù)， 刪除了一些陳舊過時的內(nèi)容， 新增了CAD 關(guān)鍵技術(shù)中的參數(shù)化和變量化造型技術(shù)， 新增了鑄造CAE 、體積成型CAE 、板成型CAE 及焊接CAE 等技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用， 并介紹了材料成型各種工藝主要商品化CAE 軟件的功能及取得的主要成果。通過歸納提煉， 更新課程內(nèi)容50 ～ 55 %；通過上機實踐、教學(xué)參觀、生產(chǎn)實習(xí)等， 與其他教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合， 滿足了高質(zhì)量教學(xué)的需要。目前已經(jīng)形成了基礎(chǔ)理論課、實驗課、學(xué)生課外第二課堂學(xué)習(xí)多種方法結(jié)合的課程教學(xué)模式。
本教材是一種新型教材， 對材料成型技術(shù)基礎(chǔ)課程在教授體系上有所變化， 能較好地適應(yīng)專業(yè)合并、拓寬基礎(chǔ)后材料成型CAD/CAE/CAM 課程教學(xué)的需要， 是面向21 世紀(jì)材料成型系列教材課程改革的重要成果。
教學(xué)內(nèi)容的改革與建設(shè)是圍繞新的課程體系及教學(xué)大綱需要展開的， 突出了基礎(chǔ)與現(xiàn)代技術(shù)的內(nèi)容相結(jié)合、理論基礎(chǔ)內(nèi)容與實踐相結(jié)合的特點。教學(xué)內(nèi)容的改革是完成教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵，通過編寫“材料成型CAD/CAE/CAM”校內(nèi)講義， 并經(jīng)過三年多的課堂教學(xué)實踐， 更好地完善了該課程的建設(shè)。
2 教學(xué)手段的改革及實踐
2 .1 原有教學(xué)形式存在的問題
傳統(tǒng)的“填鴨式” 教學(xué)， 對于材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)的學(xué)習(xí)有較大的阻礙。由于該課程涉及的理論基礎(chǔ)知識面廣、材料成型工藝方法種類繁多。同時CAD 、CAE 及CAM 技術(shù)又是實踐性很強的課程。單純依靠板書和掛圖， 在48 學(xué)時的理論課程內(nèi)， 向?qū)W生傳遞和講授的知識范圍有限，而且學(xué)生也無法獲得易于理解的感性的認(rèn)識。這種光說不練的教學(xué)模式， 往往無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 更無法實現(xiàn)培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)， 寬專業(yè)， 重能力”的目標(biāo)。
2 .2 啟發(fā)式教學(xué)， 注重應(yīng)用與實踐
針對傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)的弊端， 改進(jìn)教學(xué)方法。在教學(xué)方法上積極采用“啟發(fā)式”教學(xué)模式。教學(xué)中， 盡量將學(xué)生從傳授式學(xué)習(xí)引導(dǎo)為自主性學(xué)習(xí)， 課堂上更多地進(jìn)行師生之間的交流與互動。在課外， 通過布置“項目開發(fā)類” 作業(yè)的方式， 培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊合作精神， 改變以往填鴨式教學(xué)的不足， 把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生。在教學(xué)內(nèi)容上， 正確處理傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代設(shè)計理論知識的關(guān)系。根據(jù)國家教委教學(xué)改革精神， 淡化了CAD 數(shù)據(jù)處理方面的內(nèi)容， 強化了材料成型CAD/CAE/CAM 技術(shù)在工程設(shè)計中的具體應(yīng)用， 擴大了學(xué)生的知識面。在傳授材料成型CAE技術(shù)基礎(chǔ)知識時， 將該技術(shù)在工程領(lǐng)域中取得的最新科研成果帶入課堂， 強化了學(xué)生對前沿知識的了解。在“材料成型CAD/CAE/CAM”課堂教學(xué)中逐步引入現(xiàn)代設(shè)計方法及理論， 如創(chuàng)新設(shè)計、材料成型CAE 模擬實例等內(nèi)容， 以及與本課程相關(guān)的新的材料成型CAD 建模技術(shù)、材料成型CAE 技術(shù)及材料成型裝備加工的CAM 技術(shù)等。從而擴大學(xué)生的知識面和對世界前沿技術(shù)的了解。
在課堂教學(xué)中， 介紹當(dāng)今材料成型領(lǐng)域先進(jìn)的設(shè)計、分析軟件， 如UGNX 、DEFORM 、DYNAFOR 、PRO —CAST 及Master CAM 等。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，注重學(xué)生對現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用能力的培養(yǎng)與實踐， 加強學(xué)生計算機應(yīng)用能力的訓(xùn)練， 應(yīng)用相應(yīng)軟件實現(xiàn)產(chǎn)品成型工藝分析及模具設(shè)計的數(shù)字化過程。以齒輪坯鍛造工藝開發(fā)為例， 首先利用UGNX完成齒輪坯三維實體建模， 借助開發(fā)的鍛模CAD系統(tǒng)實現(xiàn)齒輪坯工藝開發(fā)及模具設(shè)計， 利用DEFORM—3D 軟件對齒輪坯的成型過程進(jìn)行仿真， 通過分析預(yù)測缺陷， 進(jìn)行成型工藝及模具參數(shù)的優(yōu)化， 利用Master CAM 軟件對所設(shè)計的模具型腔的加工過程進(jìn)行仿真。通過上述過程的訓(xùn)練， 使學(xué)生更好地理解現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)對改造傳統(tǒng)成型工藝的重要性。
2 .3 改革教學(xué)手段， 合理使用多媒體教學(xué)
在教學(xué)手段上， 積極開展多媒體教學(xué)�！安牧铣尚虲AD/CAE/CAM”課程涉及的知識面廣， 成型工藝多， 如鍛造工藝、沖壓工藝、焊接工藝、塑料注射成型工藝、鑄造工藝等， 需要信息量大， 而且實踐性很強。由于學(xué)生工程實踐知識薄弱， 在教學(xué)中加強學(xué)生的感性認(rèn)識尤為重要。將多媒體課件引進(jìn)課堂教學(xué)， 將自制的各種成型工藝原理及科研成果的動畫引入到多媒體課件中， 將課程中的重點、難點以及理解起來吃力的內(nèi)容表現(xiàn)得形象生動， 既可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 又可以增強學(xué)生對各種工藝及知識難點的感性認(rèn)識。教學(xué)實踐結(jié)果表明， 合理使用多媒體教學(xué)后， 在課堂教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。
2 .4 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的教學(xué)實踐
知識、能力、素質(zhì)一體化的實習(xí)教學(xué)基地對于工科學(xué)生的培養(yǎng)非常重要。學(xué)校分別與長安、建設(shè)及嘉陵等集團(tuán)公司建立了產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的教育基地供學(xué)生參觀實習(xí)。學(xué)校的根本任務(wù)是為社會及企業(yè)培養(yǎng)其所需要的人才， 理論教學(xué)和實踐教學(xué)是向?qū)W生傳授知識的有效手段， 如何提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量是學(xué)校生存和發(fā)展的生命線。科研與教學(xué)工作向來是相輔相成的， 以科研促教學(xué)， 以科研帶動學(xué)校、學(xué)科的發(fā)展已成為高等院校辦學(xué)的一項基本戰(zhàn)略， 它體現(xiàn)了高校發(fā)展的綜合實力�？蒲泄ぷ鲗θ绾未龠M(jìn)教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量起著關(guān)鍵作用[ 3—5] 。將最新的科研成果引進(jìn)課堂， 使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的前沿及關(guān)鍵技術(shù)， 可以有效培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。
金屬塑性成型模擬是材料加工工程專業(yè)研究的一個重要研究方向， 也是現(xiàn)在的一個研究熱點。在這個方向上我們?nèi)〉昧舜罅靠蒲谐晒⑴囵B(yǎng)了8 名博士研究生（已經(jīng)有兩名取得了博士學(xué)位）和40 多名碩士研究生。其研究成果廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車等關(guān)鍵零件的體積成型和板成型工藝及模具研究中。在本科教學(xué)中， 為了更好地達(dá)到理論教學(xué)與實踐相結(jié)合的效果， 將眾多的科研成果應(yīng)用于教學(xué)， 調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 提高了教學(xué)質(zhì)量， 獲得了較好的教學(xué)效果。如在講授材料成型CAE 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的教學(xué)活動中， 借助模擬軟件， 通過上機操作使學(xué)生感受到塑性力學(xué)和有限元知識的重要性， 并提高了學(xué)生的計算機應(yīng)用能力。3 實驗教學(xué)及考試方式的改革
在實驗教學(xué)中， 設(shè)置了設(shè)計型和綜合型兩種不同層次的綜合型實驗。將設(shè)計型實驗組合在一個實驗?zāi)K中， 形成了涵蓋工藝及模具設(shè)計、成型過程模擬和數(shù)控加工過程仿真的綜合實驗�？墒箤W(xué)生得到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝分析、工藝設(shè)計、模具設(shè)計、三維實體建模、成型工藝過程模擬、模具加工過程仿真等實際訓(xùn)練， 從而驗證、豐富和深化所學(xué)的專業(yè)理論知識。同時， 為了拓寬專業(yè)知識、培養(yǎng)創(chuàng)新思維方式提供了條件， 使學(xué)生在知識、能力和素質(zhì)三方面均受到良好訓(xùn)練和培養(yǎng)， 提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識、實踐能力和綜合素質(zhì)。在實驗教學(xué)手段上， 采用現(xiàn)代化教學(xué)手段， 借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的特點， 實現(xiàn)設(shè)計實驗與綜合型實驗的開展。
考試是整個課程教學(xué)的一個重要方面， 是對學(xué)生已學(xué)內(nèi)容理解、掌握的重要考核手段。從某種意義上講， 考試是指揮棒， 它決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)方法及學(xué)習(xí)重點傾向。原來以試卷為主的考試方式無法對學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容做全面的評價。針對這些問題， 改革考試方式， 由試卷成績與平時成績（包括實驗成績和作業(yè)成績）的總和作為最后的課程成績。試卷內(nèi)容注重基本知識和基礎(chǔ)理論的理解與應(yīng)用；而實驗和平時作業(yè)以解決實際問題的能力、創(chuàng)新能力為主， 對學(xué)生進(jìn)行全面綜合考核， 以達(dá)到“厚基礎(chǔ)， 寬專業(yè)， 重能力”的教學(xué)目的。幾年來， 我們圍繞素質(zhì)教育， 把教改重點放在內(nèi)涵建設(shè)與改革上， 以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為主線，注重引入現(xiàn)代設(shè)計方法， 圍繞“厚基礎(chǔ)， 寬專業(yè)， 重能力”這個主題， 在教材內(nèi)容、教學(xué)方法、課程設(shè)計、實驗改革、培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題能力和創(chuàng)新能力等諸多方面作了一系列探索和改革， 取得了較好的成績。
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