應(yīng)用型大學(xué)本科數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與探索

■姚引婧 吳冬霞 白雪玲 胡延?xùn)| 張曉明 楊立超 許曉玲（蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院）

應(yīng)用型大學(xué)本科數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與探索

■姚引婧 吳冬霞 白雪玲 胡延?xùn)| 張曉明 楊立超 許曉玲（蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院）

針對(duì)應(yīng)用型大學(xué)旨在培養(yǎng)“實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、文化素質(zhì)高、社會(huì)價(jià)值高的工程技術(shù)應(yīng)用型人才”的教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院教學(xué)實(shí)際，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核方式等方面對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行改革，使學(xué)生熟悉產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造流程及CAD/CAM相關(guān)軟件，了解數(shù)字化相關(guān)設(shè)備，提前熟悉企業(yè)作業(yè)環(huán)境，為就業(yè)后能盡快完成角色轉(zhuǎn)換奠定基礎(chǔ)。

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)；CAD/CAM；逆向工程；教學(xué)改革與創(chuàng)新

隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念發(fā)生了結(jié)構(gòu)性變化，要求產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期縮短，產(chǎn)品質(zhì)量還必須要好。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)是一項(xiàng)綜合性、集成性很高的高新技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，也是提高設(shè)計(jì)水平、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。全面、熟悉地掌握數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)已成為工程技術(shù)人員適應(yīng)新形勢(shì)、新要求的重要任務(wù)，也成為應(yīng)用型大學(xué)本科生實(shí)踐教學(xué)改革的新方向。

一 應(yīng)用型大學(xué)本科數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程現(xiàn)狀

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)和機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的一門必修課，也是理論教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。部分學(xué)校也稱CAD/CAM實(shí)訓(xùn)、CAD實(shí)訓(xùn)、CAM實(shí)訓(xùn)或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造實(shí)訓(xùn)等。教學(xué)目的是讓學(xué)生進(jìn)一步掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造的方法和手段，提高學(xué)生的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用能力。通過實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生親身參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的整個(gè)過程，熟悉產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程、規(guī)范、制造方法、工藝過程等，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、設(shè)計(jì)軟件的使用能力、查閱資料的能力、動(dòng)手與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，培養(yǎng)對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣。目前現(xiàn)有的課程大概有以下幾種形式。

1 實(shí)訓(xùn)只進(jìn)行CAD/CAM的部分環(huán)節(jié)，比如只進(jìn)行CAD模塊或CAM模塊的實(shí)訓(xùn)，學(xué)生不能系統(tǒng)熟悉整個(gè)設(shè)計(jì)制造流程，更無法模擬體驗(yàn)企業(yè)作業(yè)過程。

2 實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生采用一門CAD/CAM集成軟件，對(duì)零件進(jìn)行CAD階段的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行CAM過程的模擬仿真加工，整個(gè)過程以課內(nèi)上機(jī)形式完成，未進(jìn)行零件的實(shí)際加工，學(xué)生不能切身進(jìn)行數(shù)控設(shè)備加工過程的操作練習(xí)，且學(xué)生未能體驗(yàn)到整個(gè)設(shè)計(jì)制造的過程。

3 實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生掌握并應(yīng)用一門CAD/CAM集成軟件，完成一般零件的造型設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)CAM及數(shù)控編程的相關(guān)知識(shí)，針對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行手工編程，并實(shí)際操作數(shù)控車床完成零件的加工。CAD和CAM通過手工編程來連接，整個(gè)CAD/CAM的集成過程未能實(shí)現(xiàn)，且缺失DNC過程，先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)未能得到完整的詮釋。

4在實(shí)訓(xùn)過程中，使學(xué)生親身經(jīng)歷從設(shè)計(jì)——工藝——制造—DNC傳輸——零件加工制造整個(gè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造流程，通過數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生建立數(shù)字化設(shè)計(jì)制造理念，懂得運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造方法解決實(shí)際問題并進(jìn)行工程應(yīng)用。但是絕大多數(shù)都是由指導(dǎo)教師給學(xué)生下定任務(wù)單，學(xué)生機(jī)械的完成整個(gè)過程，缺乏創(chuàng)新，不能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

二 應(yīng)用型大學(xué)本科數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革措施

社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造提出了更高的要求，產(chǎn)品在保證質(zhì)量的前提下，研發(fā)和制造的周期越來越短。這樣就要求在設(shè)計(jì)的過程中必須保證設(shè)計(jì)的正確性與可靠性。不斷發(fā)展的CAD/CAM技術(shù)可以最大限度的滿足目前產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造要求。所以為了滿足現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的要求，在相關(guān)專業(yè)本科生的培養(yǎng)過程中，需讓學(xué)生對(duì)這一現(xiàn)代化的技術(shù)有全面的了解和熟練的應(yīng)用能力。在實(shí)踐教學(xué)過程中，我們從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式等幾方面入手，探索和實(shí)踐了新的教學(xué)改革，現(xiàn)闡述如下。

（一）教學(xué)方法改革

1 項(xiàng)目教學(xué)法

以企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目為載體設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，按照實(shí)際工作過程明確具體任務(wù)，并通過完成任務(wù)實(shí)現(xiàn)技能模塊的教學(xué)過程。實(shí)施步驟為：項(xiàng)目分解——任務(wù)驅(qū)動(dòng)——實(shí)際操作——技術(shù)研討。在整個(gè)過程中學(xué)生始終保持團(tuán)隊(duì)合作狀態(tài)。

此方法既可以讓學(xué)生掌握實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造流程和相關(guān)的知識(shí)，又能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

2 問題探究教學(xué)法

教師（組）或教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題，在教師組織和指導(dǎo)下，通過學(xué)生比較獨(dú)立的探究和研究活動(dòng)，探求問題的答案而獲得知識(shí)。如車削零件時(shí)，就可采用該方法，實(shí)施步驟如下：創(chuàng)設(shè)問題的情境——機(jī)床如何實(shí)現(xiàn)車削過程；選擇與確定問題——數(shù)字化制造部分理論知識(shí)體系；討論和解決問題——CAPP；仿真驗(yàn)證——CAXA數(shù)控車仿真；實(shí)踐并得出結(jié)論。

3 小組合作教學(xué)法

項(xiàng)目在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將學(xué)生劃分為不同小組，每個(gè)小組有不同的實(shí)訓(xùn)任務(wù)單，每個(gè)小組根據(jù)任務(wù)內(nèi)容和教師的安排，通過技術(shù)討論、實(shí)際操作等手段，合作完成一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。這樣既提高了學(xué)生實(shí)踐操作技能，又培養(yǎng)了學(xué)生組織協(xié)調(diào)、合作學(xué)習(xí)的能力。

4 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法

將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分設(shè)置在學(xué)校的工程訓(xùn)練中心，另一部分設(shè)置在校外實(shí)踐教學(xué)基地。讓兩部分的教學(xué)內(nèi)容能夠相互關(guān)聯(lián)，通過工程訓(xùn)練中的操作實(shí)踐和校外教學(xué)基地的認(rèn)知實(shí)踐，讓學(xué)生把所學(xué)的知識(shí)與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來，感受真實(shí)生產(chǎn)氛圍，學(xué)習(xí)知識(shí)在企業(yè)中真實(shí)應(yīng)用的技能。

5 分層教學(xué)法

項(xiàng)目采用分層次培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)思路。課程在設(shè)置之初對(duì)學(xué)生的要求劃分了3個(gè)層次：基礎(chǔ)理論與技能應(yīng)用層次、綜合系統(tǒng)培養(yǎng)層次、科技創(chuàng)新層次?；A(chǔ)理論與技能應(yīng)用層次針對(duì)機(jī)械類等對(duì)課程要求較低的專業(yè)，要求學(xué)生在理論知識(shí)掌握和實(shí)踐技能應(yīng)用方面達(dá)到課程大綱要求；綜合系統(tǒng)培養(yǎng)層次針對(duì)機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，要求學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和實(shí)踐技能可達(dá)到熟練綜合運(yùn)用的程度；科技創(chuàng)新層次針對(duì)在課內(nèi)和實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)綜合能力較為突出的學(xué)生，每學(xué)期選拔一批對(duì)課程內(nèi)容掌握較扎實(shí)的學(xué)生進(jìn)行課外科技創(chuàng)新培訓(xùn)培養(yǎng)、校企實(shí)踐教育教學(xué)基地共同培養(yǎng)等活動(dòng)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的安排

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)構(gòu)建在現(xiàn)代數(shù)字化工廠的實(shí)際環(huán)境之中，學(xué)生通過對(duì)典型機(jī)械零件的完整設(shè)計(jì)、仿真直至真實(shí)加工與檢測(cè)，可系統(tǒng)且完整地體會(huì)現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)制造模式的全過程。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造方法優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造，整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程不是獨(dú)立的，而是一個(gè)并行的過程，詳見圖1。

根據(jù)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)的要求和擬達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)，項(xiàng)目需要完成的主要內(nèi)容包括以下幾方面：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、機(jī)床實(shí)際操作和逆向工程。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要完成數(shù)控車、數(shù)控銑及線切割3個(gè)工種的零件設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)需要對(duì)CAD階段的零件進(jìn)行加工路線安排；計(jì)算機(jī)輔助制造則是對(duì)已完成工藝設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行仿真加工、NC代碼生成及校驗(yàn)；機(jī)床實(shí)際操作主要完成數(shù)控設(shè)備的簡(jiǎn)介及基本操作、NC代碼的DNC傳輸、零件成型、機(jī)床保養(yǎng)及維護(hù)等內(nèi)容的教學(xué)與實(shí)踐；逆向工程主要給學(xué)生講解逆向工程的原理、實(shí)現(xiàn)逆向的設(shè)備簡(jiǎn)介及操作過程。

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容流程圖

（三）考核方式

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)考核方式注重過程考核、能力考核以及結(jié)果考核。因此數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)成績(jī)包含形成性的考核和終結(jié)性考核兩部分，具體考核內(nèi)容及占比見表1。

表1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)訓(xùn)考核內(nèi)容及占比

三 改革的創(chuàng)新點(diǎn)

在教學(xué)中注重了從“設(shè)計(jì)——工藝——制造”的完整周期，讓學(xué)生有一個(gè)完整的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)；CAD和CAM通過DNC來連接，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)CAD/CAM的集成過程，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)得到了很好的詮釋和展現(xiàn)；實(shí)訓(xùn)過程中采用單獨(dú)和協(xié)作共存的模式，既鍛煉了學(xué)生個(gè)人的動(dòng)手能力，又讓他們認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，鍛煉了團(tuán)度合作協(xié)調(diào)能力；教學(xué)過程中突出學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性，允許學(xué)生自主設(shè)計(jì)，并將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品制造出來，既讓學(xué)生在實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)了知識(shí)，又增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。

[1]王彬.大賽引領(lǐng)下高職CAD/CAM課程教學(xué)改革——以“機(jī)械產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”課程為例[J].職教通訊,2015(18):23-24.

[2]張華，陳杰.CAD/CAM實(shí)訓(xùn)體系建設(shè)探討[J].裝備制造技術(shù)，2007(6)：156-157.

[3]連碧華,范世祥,李路娜.李俊基于UG的《數(shù)控CAD/CAM》課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].牡丹江教育學(xué)院學(xué)報(bào),2015(2):105,114.

[4]王素艷.高職“機(jī)械CAD/CAM”課程實(shí)踐教學(xué)改革研究[J].教師,2015(11).

[5]史翠蘭.項(xiàng)目教學(xué)法在C A D/C A M實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究，2007(9)：112-113.

鄖遠(yuǎn)源圓

A

1008-2549(2017)03-0092-02