基于項(xiàng)目教學(xué)法的機(jī)械CAD/CAM課程改革初探

陳 榮

(陜西廣播電視大學(xué)理工教學(xué)部,陜西 西安 710119)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,CAD/CAM技術(shù)在全球迅速普及開(kāi)來(lái)。對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō),CAD/ CAM技術(shù)是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)品質(zhì)和制造品質(zhì)、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本的強(qiáng)有力手段,已成為企業(yè)贏得市場(chǎng)的制勝法寶。

目前,高職類院校機(jī)械類專業(yè)都相繼開(kāi)設(shè)了“機(jī)械 CAD/CAM”這門(mén)課程。這門(mén)課程具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。傳統(tǒng)教育中這門(mén)課程只是與一般專業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課一樣進(jìn)行教學(xué),即教師按照教材進(jìn)行操作命令講解,學(xué)生在機(jī)房學(xué)習(xí)軟件操作。這種模式以教師為中心,學(xué)生被動(dòng)地完成任務(wù),課程結(jié)束后學(xué)生也只是提高了軟件操作的熟練程度,沒(méi)有真正掌握 CAD/CAM技術(shù)。很多學(xué)生到工作崗位之后都反映在學(xué)校學(xué)得太少、太淺、不會(huì)解決實(shí)際問(wèn)題等。針對(duì)這些問(wèn)題,我校機(jī)電教研室在機(jī)械 CAD/CAM課程中引入項(xiàng)目教學(xué)法,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,提高了其自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力。

一、項(xiàng)目教學(xué)法的特點(diǎn)

項(xiàng)目教學(xué)法是以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ),以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo),采用類似科學(xué)研究的方法,師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的“項(xiàng)目”而進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。在職業(yè)教育中,項(xiàng)目是指以生產(chǎn)一件具體的、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品為目的任務(wù),能將某一教學(xué)課題的理論知識(shí)和實(shí)際技能結(jié)合在一起,具有一定的難度,不僅是對(duì)已有知識(shí)、技能的應(yīng)用,而且還要求學(xué)生運(yùn)用新學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能解決過(guò)去從未遇到過(guò)的實(shí)際問(wèn)題。

二、項(xiàng)目數(shù)學(xué)法在機(jī)械CAD/CAM課程中的應(yīng)用

(一)確定實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及任務(wù)

項(xiàng)目教學(xué)法就是要借助具體的項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)活動(dòng),使學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)習(xí)過(guò)程。因此,項(xiàng)目的確定是該教學(xué)法成敗的關(guān)鍵,要求項(xiàng)目的可實(shí)踐性強(qiáng),完成項(xiàng)目過(guò)程的可操作性強(qiáng),要讓學(xué)生能根據(jù)自己掌握的專業(yè)知識(shí)和自己具備的認(rèn)知水平、認(rèn)知能力完成或至少能初步完成,使學(xué)生在完成整個(gè)項(xiàng)目的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍,并能為完成相似的項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)能力。

根據(jù)教學(xué)大綱有關(guān)知識(shí)技能的要求,經(jīng)過(guò)認(rèn)真斟酌,課程項(xiàng)目選用機(jī)械行業(yè)比較典型的減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)CAD/CAM應(yīng)用,具體任務(wù)是應(yīng)用UGNX5.0軟件實(shí)現(xiàn)一級(jí)圓柱齒輪減速器的幾何造型和箱體加工,減速器如圖1所示。

圖 1 一級(jí)圓柱齒輪減速器

該項(xiàng)目體現(xiàn)了如下特點(diǎn):

1.基本包括了全部教學(xué)內(nèi)容

項(xiàng)目?jī)?nèi)容包括各零部件的幾何造型,裝配,工程圖的生成,上、下箱體及其組合加工等,幾乎涵蓋了本門(mén)課稱的全部教學(xué)內(nèi)容。

2.難度適中并能適當(dāng)拓寬學(xué)生的知識(shí)面

既有對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步鞏固,又滲透了新知識(shí)。使學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)、技能解決過(guò)去從未遇到過(guò)的實(shí)際問(wèn)題。在項(xiàng)目中包含了以前課程中沒(méi)講過(guò)的內(nèi)容,直口齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)、螺紋加工、箱體夾具設(shè)計(jì)等。

3.綜合性強(qiáng),覆蓋面寬

本門(mén)課程在教學(xué)計(jì)劃中安排在最后階段,學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了大部分專業(yè)課,該項(xiàng)目涉及學(xué)生所學(xué)過(guò)的大部分專業(yè)知識(shí),如機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、數(shù)控加工技術(shù)等。通過(guò)完成這個(gè)項(xiàng)目,學(xué)生可綜合應(yīng)用已學(xué)過(guò)的知識(shí)。

4.學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容既熟悉又有興趣

對(duì)于減速器學(xué)生比較熟悉。在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)中已經(jīng)完成了減速器實(shí)物模型的測(cè)繪及設(shè)計(jì),在機(jī)械制造課程中也接觸過(guò),但如何應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維造型和加工,學(xué)生對(duì)此有著強(qiáng)烈的興趣。

5.具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值

減速器用于汽車、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械、建筑機(jī)械、輕工機(jī)械等各種機(jī)械的傳動(dòng),應(yīng)用比較廣泛,是典型的機(jī)械傳動(dòng)裝置。

(二)項(xiàng)目的具體實(shí)施

該項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程包括如下四個(gè)階段:

1.準(zhǔn)備階段

(1)布置本次實(shí)訓(xùn)要完成的項(xiàng)目、實(shí)訓(xùn)目的、要求和具體任務(wù)。任務(wù)按UG提供的功能模塊布置,共有四個(gè)模塊:零件幾何造型、零部件裝配、工程圖創(chuàng)建、數(shù)控加工。

(2)教師與學(xué)生一起分析減速器工作原理和零部件的特點(diǎn),畫(huà)出減速器的零件組成結(jié)構(gòu),確定所屬模塊圖,如圖 2所示。

(3)將學(xué)生分成幾個(gè)小組,每組 3-5人,以小組為單位制定項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃,包括確定完成任務(wù)的方法、步驟、時(shí)間安排和每個(gè)人的具體任務(wù)分工;教師與各組學(xué)生一起修改完善實(shí)施計(jì)劃,最后確定計(jì)劃。

(4)準(zhǔn)備好資料、手冊(cè)等。

(5)確定減速器各零部件尺寸,由各組使用自己課程設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行三維造型、裝配。

2.實(shí)施階段

項(xiàng)目實(shí)施按模塊進(jìn)行,分成四個(gè)步驟:

(1)在UG實(shí)體模塊中進(jìn)行零件幾何造型;

(2)在組裝模塊中,裝配軸部件和整個(gè)減速器;

(3)在工程圖模塊中,創(chuàng)建箱體工程圖;

(4)在加工模塊中,對(duì)箱蓋、箱座和其組件進(jìn)行數(shù)控加工。

3.描寫(xiě)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是整個(gè)教學(xué)的重要組成部分。它是制作者制作思想的體現(xiàn),是項(xiàng)目成果的文字表達(dá),也是學(xué)生撰寫(xiě)技本性文件能力的體現(xiàn),因此,它是培養(yǎng)學(xué)生分析、總結(jié)、歸納和表達(dá)能力的重要方面。從課程開(kāi)始時(shí)就應(yīng)提醒學(xué)生將整個(gè)工作情況記人草稿本內(nèi),完成時(shí)將草稿豐的內(nèi)容整理歸納后編寫(xiě)正式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。根據(jù)本課程和項(xiàng)目特點(diǎn),實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求學(xué)生在計(jì)算機(jī)上完成,通過(guò)抓圖和使用Word軟件,學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力可得到很大提高。

(三)項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

在機(jī)械 CAD/CAM課程中應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法,應(yīng)重視以下幾個(gè)問(wèn)題:

1.鼓勵(lì)學(xué)生自己解決問(wèn)題

當(dāng)學(xué)生遇到困難和新知識(shí)時(shí),鼓勵(lì)學(xué)生自己解決,教師可以適當(dāng)引導(dǎo),提高學(xué)生在一定范圍內(nèi)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的能力。如在項(xiàng)目中遇到齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)內(nèi)容,學(xué)生以前從未接觸過(guò),感到無(wú)從下手,教師只講解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn),然后引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生自己去查資料,運(yùn)用已有知識(shí)去解決問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)自己努力掌握了參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法,完成了齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)并生成族表,各組又獨(dú)立完成了其他標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立,學(xué)生體會(huì)到了戰(zhàn)勝困難和自己獲取新知的樂(lè)趣,也學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)。

2.采用“一題多解”形式

在零件幾何造型和加工中,有多種方法可以實(shí)現(xiàn),每一種方法不管難易都應(yīng)該展示給學(xué)生,再由教師與學(xué)生共同評(píng)價(jià)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍,這樣學(xué)生可以學(xué)到更多的操作技巧,全面吸收整個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)的精髓。如對(duì)于箱體零件造型有三種方法:第一種是整體造型再分割的方式;第二種是用箱座、箱蓋分別造型的方式進(jìn)行;第三種是將箱座、箱蓋相關(guān)部分及共有部分集中造型,余下結(jié)構(gòu)分開(kāi)造型。這三種方式各有優(yōu)缺點(diǎn),整體造型方式造型方便,但形成箱座、箱蓋的模型數(shù)據(jù)較大,其中包含有不是本體的數(shù)據(jù)(即箱座含有箱蓋的數(shù)據(jù),反之亦然);分體造型方式造型相對(duì)較為繁瑣,但數(shù)據(jù)量合適;第三種造型方式綜合了前兩種造型方式的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)與學(xué)生分析比較,決定采用第三種方式。

3.與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合

學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)真正能融會(huì)貫通,需要到生產(chǎn)實(shí)際中通過(guò)體驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)而內(nèi)化知識(shí)和技能。在加工模塊教學(xué)進(jìn)行箱體加工時(shí),學(xué)生對(duì)箱體在數(shù)控機(jī)床上的裝夾和工藝參數(shù)的選擇感到茫然。教師可利用現(xiàn)場(chǎng)錄像或者讓學(xué)生帶著問(wèn)題到實(shí)習(xí)工廠觀察有關(guān)箱體加工,如箱體如何定位、如何夾緊,夾具的形式,壓板和螺栓的形狀,加工的整個(gè)過(guò)程等。這樣,學(xué)生對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及其應(yīng)用有了更深的理解。

4.教師指導(dǎo)要恰到好處

項(xiàng)目教學(xué)法的根本宗旨是讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)知識(shí)、提高技能,因此,教師一定要把握好指導(dǎo)尺度。在完成項(xiàng)目的過(guò)程中要因材施教,針對(duì)不同層次的學(xué)生教師指導(dǎo)的深度要有所不同。如果學(xué)生有問(wèn)題,教師應(yīng)該給予啟發(fā)性、提示性指導(dǎo),不但使學(xué)生記憶深刻,還能鍛煉學(xué)生的思維,培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

項(xiàng)目教學(xué)法有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),它體現(xiàn)了職業(yè)教育教學(xué)的特征。在機(jī)械 CAD/CAM課程中采用項(xiàng)目教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中充滿熱情。通過(guò)參與項(xiàng)目,學(xué)生理解了知識(shí),學(xué)會(huì)了操作,提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神和合作能力。

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