計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)教學(xué)方法研究

吳恩啟 仲梁維 駱艷潔 陳彩鳳

摘 要 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是高校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是理論和實(shí)踐相結(jié)合的一門課。制造業(yè)水平和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，對本課程提出了越來越高的要求。如何提高學(xué)習(xí)效率，為社會培養(yǎng)符合實(shí)際需要的工程設(shè)計(jì)人員，是授課教師面臨的一個(gè)課題。在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了三結(jié)合一利用的方法，在實(shí)際工作中起到了良好的效果。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 工程設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on Teaching Method of CAD Technology

WU Enqi, ZHONG Liangwei, LUO Yanjie, CHEN Caifeng

(College of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)

Abstract CAD technology is an important course for engineering students in colleges. It is a combination of theory and practice. With the development of manufacturing and computer technology, increasing demands is proposed to the course. How to improve learning efficiency and develop engineering and technical staff for the community is a project to the teachers. A method is presented based on the teaching experience, and it played a good effect in practice.

Key words CAD; teaching method; engineering design

0 序言

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)設(shè)備及其軟件系統(tǒng)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，如產(chǎn)品的建模、分析、模擬、評價(jià)、修改、決策等。通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可使設(shè)計(jì)過程走向半自動化和自動化。它不僅可以大大縮短設(shè)計(jì)周期、降低成本、節(jié)省人力物力，而且可以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。①因此計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是現(xiàn)代制造業(yè)必不可少的一門技術(shù)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是高校工科專業(yè)的一門重要課程。根據(jù)專業(yè)的具體情況，各學(xué)校采用的教材和講授內(nèi)容也不盡相同。有的以CAD的理論為重點(diǎn)，有的則把計(jì)算機(jī)繪圖作為主要內(nèi)容。近年來隨著CAE的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工程的部分內(nèi)容也開始進(jìn)入課堂。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)作為上海理工大學(xué)的精品課程，應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，不斷改革，及時(shí)吸收新的知識并教授給學(xué)生。②③為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率，本文提出了關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)教學(xué)改革方面的一些想法，簡稱“三結(jié)合一利用”。

1 結(jié)合學(xué)生已學(xué)知識，講授CAD理論

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)課程內(nèi)容主要包括CAD的基本知識、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識、幾何造型原理、有限元理論等相關(guān)知識。知識點(diǎn)非常多，單靠死記硬背不但不能掌握，而且會感到枯燥乏味。只有深入理解，熟練運(yùn)用，才能夠達(dá)到目的。這就跟其他基礎(chǔ)課程有所區(qū)別。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，一般放在大學(xué)三年級進(jìn)行。大三的同學(xué)通常已經(jīng)學(xué)習(xí)完了本科所要求的所有基礎(chǔ)知識，如數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械原理等知識以及一些高級語言編程的知識。在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，要改變過去的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)思路，將學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的知識結(jié)合在本課程中，對CAD輔助設(shè)計(jì)的相關(guān)理論進(jìn)行講述。通過已經(jīng)掌握的知識，加強(qiáng)對本課程的理解和學(xué)習(xí)。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識中，圖形變換是較難理解的一部分內(nèi)容。一方面與線性代數(shù)結(jié)合緊密，公式比較多，另一方面和圖形理論交叉，單純的文字或圖形難以理解?？梢越Y(jié)合高級語言，通過編程演示圖形變換的效果，增強(qiáng)學(xué)生的感官認(rèn)識。例如，二維圖形旋轉(zhuǎn)變換公式：

[ ]= [ ]（1）

利用VB，編制程序界面，如圖1所示。通過改變旋轉(zhuǎn)角度，可以非常清晰的講述圖形旋轉(zhuǎn)的效果。而編制程序的過程，需要將公式轉(zhuǎn)變?yōu)榇a，這就是原理學(xué)習(xí)和掌握的過程。

而在有限元理論講述過程中，結(jié)合材料力學(xué)知識進(jìn)行。利用有限元分析軟件計(jì)算材料力學(xué)的習(xí)題，并比較計(jì)算結(jié)果，可以更直觀的理解有限元理論。

2 結(jié)合三維建模軟件，使學(xué)生理解CAD知識

常用的三維軟件有Solidworks、UG、Pro/Engineer和CATIA等，可以說這些軟件也是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用的范例。在教授本課程時(shí)可以和三維軟件的學(xué)習(xí)結(jié)合進(jìn)行。課程中的理論知識可以提高建模軟件的學(xué)習(xí)效率，而建模軟件的學(xué)習(xí)可以反過來增強(qiáng)對CAD理論的掌握和理解。

在講述投影變換章節(jié)時(shí)，可以結(jié)合三維建模軟件對平行投影的主視圖、左視圖、俯視圖的變換公式進(jìn)行，如圖2所示。通過簡單的實(shí)例，就可以將復(fù)雜的公式講解的非常清楚。同時(shí)可以發(fā)揮同學(xué)們制圖知識，理解建模軟件三維模型轉(zhuǎn)成二維工程圖的相關(guān)原理。

3 結(jié)合新技術(shù)和科研項(xiàng)目，論述CAD用途

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，為了激起同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)該在授課過程中，通過相關(guān)的科研成果或科研項(xiàng)目來展現(xiàn)本課程的用途和優(yōu)勢。例如在講授幾何造型技術(shù)時(shí)，展示和某企業(yè)共同開發(fā)的產(chǎn)品模型管理系統(tǒng)，在講授發(fā)展趨勢時(shí)，展示我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)的虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)。通過科研實(shí)例的展示，激起了同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情。

計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷的發(fā)展，學(xué)生也會通過其他渠道獲取新的知識。因此也要求我們教師不斷更新講義，及時(shí)補(bǔ)充最新的知識。另外，教師本人也需要進(jìn)行不斷的研究和創(chuàng)新，以掌握領(lǐng)域內(nèi)的最新進(jìn)展。教學(xué)和科研是相輔相成的，通過科研可以促進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)理論的學(xué)習(xí)，理論知識的豐富反過來可以指導(dǎo)科研的創(chuàng)新。

4 利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)，提高授課效率

為了最大化的將相關(guān)知識展現(xiàn)在課堂上，應(yīng)充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段。多媒體在高校教學(xué)工作中應(yīng)用越來越廣泛。其優(yōu)勢在于圖、文、聲、像、動畫、視頻的有機(jī)結(jié)合，它著力表現(xiàn)一般教學(xué)手段不易表達(dá)的內(nèi)容，展示現(xiàn)場觀察不清楚的細(xì)節(jié)，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為生動活潑的畫面，使課堂教學(xué)直觀易懂，易于接受和理解。采用“多媒體課件”展開教學(xué)，能夠充分地利用課堂時(shí)間，在有限的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)大知識容量。如果只講述理論知識，同學(xué)們會感到枯燥無味。結(jié)合動畫或視頻的演示，一方面可以加深學(xué)生對所講課程的理解，另一方面可以活躍課堂氣氛。

同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信工具和交流方法越來越多。除了面對面交流外，也通過校內(nèi)的ftp、郵件以及qq和同學(xué)交流。由于年輕人更傾向于新潮的方式，所以有時(shí)候利用qq進(jìn)行交流，會取得更好的效果。

總之，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)課程是一門多學(xué)科課程，涵蓋了大量的理論知識，對教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識要求都很高。為了提高教學(xué)效率，應(yīng)打破的傳統(tǒng)的傳承式教學(xué)模式，通過不斷的教學(xué)改革和探索，充分利用教育資源，使單一的課堂講授向多樣化的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變，努力調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，提高課堂的學(xué)習(xí)效率。

項(xiàng)目資助：教育部特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（TS10222）；上海市重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)）

注釋

① 仲梁維,張國全.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造[M].北京:中國林業(yè)出版社,2006.

② 吳恩啟,陳彩鳳,杜寶江等.《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》教學(xué)方法探索[J].中國教育導(dǎo)刊,2008(5):72-73.

③ 劉秀萍,楊愛鑫.高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)探討[J].教育與職業(yè),2009(17):185-186.