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摘 要 数字化设计与智能制造是当今制造业发展的趋势，机械类专业的应用型人才培养也应与行业发展的需求相适应。CAD/CAM技术课程建设与改革的目标是让学生建立起符合工程技术应用要求的现代制造技术知识体系，将面向制造的设计理论与工程实践工具相结合，通过工程实践的训练激发学生的学习兴趣，同时培养学生的工程素质。
关键词 CAD/CAM；机械类专业；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）20-0089-03
Reform and Practice of Teaching in CAD/CAM Technology Course of Mechanical Specialty in Independent Institute//YANG Min， ZHAO Jianping， WANG Li， CAI Longyu
Abstract The development trend of manufacturing industry is Digital design and intelligent manufacturing， and the training of applied undergraduates in mechanical specialty should be adapted to the needs of the industry development. The goal of the CAD/CAM technology course construction and reform is to enable students to establish the knowledge system of modern manufacturing technology requirements of engineering application， the design for manufacturing theory combines with the engineering practice tools， through engineering practice training to stimulate students’ learning interest， at the same time cultivate students’ engineering quality.
Key words CAD/CAM； mechanical specialty； teaching reform
1 前言
随着全球工业化发展转型以及信息技术的快速发展，计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）已成为当前制造业发展的重要技术保障。我国提出的“中国制造2025”战略，其关键在于工业化与信息化的深度融合。在这个进程中，制造企业越来越多地重视产品的技术革命和创新，建立自己的设计研发团队，将国际先进的技术成果吸收转化成为具有自主知识产权的产品。这就需要培养一批学习和掌握CAD/CAM技术原理、方法，并具有工程素养的技术人员，以适应我国制造业发展的需求[1]。
2 机械类专业CAD/CAM课程现状
为了适应高等工科教育向应用型人才培养转型的发展趋势，在机械类专业中越来越多注重工程素养和专业技能的课程建设。高等院校普遍开设先进制造技术或机械CAD/CAM技术课程教学已有近20年。
第一类最早开设CAD/CAM技术课程的是一些高等职业教育类院校，其特点是突出计算机辅助制造CAM类软件在加工制造中的运用，满足一段时期制造环节由机械化向计算机数控转变的人才需求[2]；
第二类则是在原有工程制图和CAD绘图的基础上，增加三维设计的教学与实践内容，与机械类专业后续的课程形成有效联系[3-4]；
第三类强调先进制造技术的理论传授，系统阐述CAD/CAM技术原理和现代制造技术的基本理论，为学生提供良好的理论基础；
第四类是近年来应用型本科院校在CAD/CAM課程改革教学中注重软件运用，通过校企合作，形成以企业为主体、市场为导向、校企合作的机械CAD/CAM技术课程创新体系，发挥了产学研对课程的促进作用，实现学生专业技能与企业需求的对接，逐渐地，CAD/CAM技术成为一门综合性课程[5-6]。
独立学院机械类专业本科人才培养在转型要求的背景下，CAD/CAM技术作为应用与理论紧密联系的课程，也得到越来越多同类院校的重视。但是在课程建设与教学过程中仍存在一些值得探讨的问题：
1）每个学校或者专业的CAD/CAM技术的课程教学目标各有不同，开展教学改革的视角和人才培养的定位决定了课程的教学目标，如何合理安排课程在人才培养方案中的位置值得进一步探讨；
2）由于实践应用领域的不同，该课程的教学内容及侧重点也存在较大差异，如何让学生理解和掌握CAD/CAM技术在工业生产过程中的作用及其蕴含的工程思想，值得深入探讨；
3）CAD/CAM技术的综合性导致该课程的课时并不能满足理论和实践教学的需求，无法让学生对工程实践全面了解，如何能够做到让课程教学符合工业技术发展需求，这也对课程建设提出更高的要求。
3 机械类CAD/CAM课程目标
CAD/CAM技术的特点在于借助计算机图形运算实现图形的可视化、程序化和动态化，其技术基础是计算机图形学和工程图形学。因此，该课程与机械类专业必修的工程制图之间存在必然联系。根据制造业发展的需求，制定机械类CAD/CAM课程目标时，首先应该给学生建立产品制造的系统概念，再通过讲解软件使用，为学生建立软件作为建模工具，准确表达设计信息，便于实现产品数据的交换与管理的工程化设计思想。确定机械类CAD/CAM课程目标，该课程在人才培养方案知识体系中的位置也将发生相应变化，理论与实践相结合环节更为丰富，对教学方式提出新的要求，与其他专业课程的关系也更为密切。 4 教学改革的具体措施
明确课程的定位 课程的定位反映一门课程在专业知识体系中与其他课程的联系。因此，要明确机械类CAD/CAM课程的定位，就应该注重数字化CAD/CAM工具在现代机械产品制造过程中发挥的作用，才能明确课程的定位及其在课程体系中起到的作用，进而确定其与基础课程和专业方向课程之间的关系。
经过对南京理工大学紫金学院机械类专业中各专业方向毕业生多年的跟踪调查和对行业发展的调研，得出图1所示理论知识体系与CAD/CAM技术及其应用关系。从图中看出，机械类专业从公共基础课程中的工程制图开始，就已经引入CAD技术建立数字化产品模型；在显示的模型中却由于图形数据格式的不同而包含了不同的信息，这些信息与图形之间的联系被定义来用于表达工艺信息，这样数字化的模型就与制造工艺建立了联系；产品数据模型的各方面信息由于产品制造过程中尺寸的测量，为机械类基础课程中的公差与测量、逆向设计等提供实践平台；产品实体模型所包含的材料信息被用于计算机辅助分析（CAE），与工程材料、模具设计等课程建立起联系；制造过程中根据产品数字模型建立制造过程仿真模型，与机械制造工艺类课程密切相关。
CAD/CAM技术中的综合性还体现在该技术作为产品数据的基础，可以与相关专业课程进一步交叉融合，形成服务于虚拟样机的机电一体化系统仿真模型和服务于工业生产过程管理的生产过程仿真模型，并作为相关专业课程的应用实践工具基础。因此，CAD/CAM课程的定位应该是作为专业课程与通识课程之间的应用实践工具，成为应用能力培养过程中承上启下的一门综合性课程，让学生形成对CAD/CAM技术应用的全局观念。
优化教学内容
1）教学内容要点明CAD/CAM技术给工业带来的变革，系统阐述该项技术的任务、应用和发展，建立起数字化设计与制造的概念。CAD/CAM技术不仅是对理论的介绍或软件应用的训练，重要的是通过案例的教学，传授给学生如何运用软件表达出设计的工程思想。这些工程思想的表现不仅体现在用软件绘制的图形本身，还包括图形的建模过程中所蕴含的工程意义，从而满足现代制造体系中对数字化图形模型的分析、仿真、管理和系统化的工程应用。
2）在安排机械类专业CAD/CAM技术课程教学内容时，将理论课程与实践教学分别设置，理论课程集中授课，实践教学的开展则根据学生兴趣和专业涉及的行业不同而由学生自主选择应用的软件。当前主流的CAD/CAM软件都在向产品研发、设计和制造的集成化方向完善，具有代表性的商业软件，包括西门子的NX，达索公司的CATIA、SolidWorks，
PTC公司的Cero。通过建立模型的练习，培养学生对机械产品进行三维建模的技能，不仅是对机械制图课程的延伸，更是将产品设计与制造过程中强调基准与配合的工程思想贯穿于建模的全过程。
3）通过演示案例将抽象的理论知识和先进制造的概念具体地展现出来，让数字化的建模工具成为基础课程与专业应用课程之间的纽带，为后续的应用类课程提供良好的铺垫。CAD/CAM技术中建立实体模型是CAE、CAM和CAPP等工程应用的数据基础。因此，仅仅培养学生的三维建模能力是不够的，还需要进一步介绍建模的软件工具在工程领域中的具体应用。如面向机械设计领域，将机械原理的典型机构用CAD/CAM软件的运动仿真进行直观演示；将三维设计同逆向工程的应用相结合，通过实例演示，深化学生认知数字模型对信息的重建和几何信息的传递与继承的重要特点等。
应用型人才培养的教学方法改革 应用型人才培养的教学目标是让学生学习必要的技能和运用知识的能力，从而适应社会发展的需要。
1）在教学过程中发挥学生学习的主动性，强调学生主体参与，软件由学生根据专业和个人兴趣在提供的建模软件中选择；
2）强调学生的因材施教和分层次教学，建立不同的学习小组加以指导，形成对建模过程中方法和思路的差异进行讨论的研讨式教学；
3）邀请企业工程师开设专业讲座，为学生提供更多的工程应用感性认识；
4）重视课堂教学与课外活动和实践活动相结合，如建立兴趣小组，鼓励学生运用软件表达自己的设计和创意，从而带动整体学习风气和学习兴趣。
改革考核方式 CAD/CAM软件实现的是一种工程师语言，通过这个语言达到互相沟通设计思想的目的，而不能把学会软件使用作为教学的最终目的。对这些软件的运用不能仅仅停留在操作层面，而是需要通过使用软件表达自己的设计思想、设计思路、设计成果。课程的考核通过以下两种方式进行。
1）为了培养学生综合应用知识能力，考核的项目在学生分组的前提下结合课程设计或学科竞赛的项目，引导学生提出设想，并综合运用所学知识去实现。将小组团队的综合应用成果的评价作为课程考核的依据，从而体现重视解决问题的思维能力，引导学生注重对自身分析问题、解决问题能力的培养。
2）鼓励学生参加相关软件的应用工程师考核，由于认证考核具有一定难度，但通过考核取得相关的软件认证又可以为就业增加能力证明，用认证替代课程考试成绩的方式进行考核。
重视“双师型”师资队伍建设 机械CAD/CAM教学成果的优劣取决于师资质量，由于机械CAD/CAM应用领域的广泛和深入性，要求教师具备一定的实践经验，才能更好地讲授相关课程的内容。这就要从两个方面来提高教师的综合能力：一方面让教师走出去参与行业相关培训，把教学与软件使用过程中发现的问题、技巧、方法提出来共同探讨，以便提高教学水平和软件应用能力；另一方面，需要建立校企合作关系，相关专业教师需要走出去参与企业课题，通过合作缩短教学与实际工作的距离，及时掌握使用的新技术，不断学习、充实自己，以便根据需要调整教学计划，改进教学方法。同时可以将部分成熟案例融入教学中，实现案例驱动的教学机制，促使学生在应用中掌握相关知识。
5 结语
随着“中国制造2025”目标的推进，对CAD/CAM技术课程的要求将会更加具体和细致。因此，该课程的教学改革和探索将随着专业领域知识的更新而提出更多新的要求，在教学实践中需要紧密与实际相结合，重視教学内容与行业应用的衔接，鼓励教师参与企业的工程实践，积极收集和归纳总结行业应用规范，不断完善与理论基础相适应的工程实践体系。
参考文献
[1]王良模，杨敏.汽车CAD/CAM[M].北京：人民交通出版社，2015.
[2]张德强.数控本科应用创新型人才培养模式的研究[J].辽宁工业大学学报，2011，13（5）：112-115.
[3]黄政艳.机械制图与CAD课程教学改革的探索与实践[J].广西轻工业，2008（9）：158-159.
[4]方锡武，李芳.以CAD软件使用为辅线的工程制图教学改革[J].大学教育，2016（8）：157-159.
[5]张俊，张文，程昊.校企合作模式下的机械CAD/CAM技术课程改革与建设[J].装备制造技术，2013（4）：230-232.
[6]张乐莹，刘艳，陆广华，等.应用型本科院校CAD/CAM技术课程的教学探索与改革[J].大学教育，2016（6）：126-127.
关键词 CAD/CAM；机械类专业；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）20-0089-03
Reform and Practice of Teaching in CAD/CAM Technology Course of Mechanical Specialty in Independent Institute//YANG Min， ZHAO Jianping， WANG Li， CAI Longyu
Abstract The development trend of manufacturing industry is Digital design and intelligent manufacturing， and the training of applied undergraduates in mechanical specialty should be adapted to the needs of the industry development. The goal of the CAD/CAM technology course construction and reform is to enable students to establish the knowledge system of modern manufacturing technology requirements of engineering application， the design for manufacturing theory combines with the engineering practice tools， through engineering practice training to stimulate students’ learning interest， at the same time cultivate students’ engineering quality.
Key words CAD/CAM； mechanical specialty； teaching reform
1 前言
随着全球工业化发展转型以及信息技术的快速发展，计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）已成为当前制造业发展的重要技术保障。我国提出的“中国制造2025”战略，其关键在于工业化与信息化的深度融合。在这个进程中，制造企业越来越多地重视产品的技术革命和创新，建立自己的设计研发团队，将国际先进的技术成果吸收转化成为具有自主知识产权的产品。这就需要培养一批学习和掌握CAD/CAM技术原理、方法，并具有工程素养的技术人员，以适应我国制造业发展的需求[1]。
2 机械类专业CAD/CAM课程现状
为了适应高等工科教育向应用型人才培养转型的发展趋势，在机械类专业中越来越多注重工程素养和专业技能的课程建设。高等院校普遍开设先进制造技术或机械CAD/CAM技术课程教学已有近20年。
第一类最早开设CAD/CAM技术课程的是一些高等职业教育类院校，其特点是突出计算机辅助制造CAM类软件在加工制造中的运用，满足一段时期制造环节由机械化向计算机数控转变的人才需求[2]；
第二类则是在原有工程制图和CAD绘图的基础上，增加三维设计的教学与实践内容，与机械类专业后续的课程形成有效联系[3-4]；
第三类强调先进制造技术的理论传授，系统阐述CAD/CAM技术原理和现代制造技术的基本理论，为学生提供良好的理论基础；
第四类是近年来应用型本科院校在CAD/CAM課程改革教学中注重软件运用，通过校企合作，形成以企业为主体、市场为导向、校企合作的机械CAD/CAM技术课程创新体系，发挥了产学研对课程的促进作用，实现学生专业技能与企业需求的对接，逐渐地，CAD/CAM技术成为一门综合性课程[5-6]。
独立学院机械类专业本科人才培养在转型要求的背景下，CAD/CAM技术作为应用与理论紧密联系的课程，也得到越来越多同类院校的重视。但是在课程建设与教学过程中仍存在一些值得探讨的问题：
1）每个学校或者专业的CAD/CAM技术的课程教学目标各有不同，开展教学改革的视角和人才培养的定位决定了课程的教学目标，如何合理安排课程在人才培养方案中的位置值得进一步探讨；
2）由于实践应用领域的不同，该课程的教学内容及侧重点也存在较大差异，如何让学生理解和掌握CAD/CAM技术在工业生产过程中的作用及其蕴含的工程思想，值得深入探讨；
3）CAD/CAM技术的综合性导致该课程的课时并不能满足理论和实践教学的需求，无法让学生对工程实践全面了解，如何能够做到让课程教学符合工业技术发展需求，这也对课程建设提出更高的要求。
3 机械类CAD/CAM课程目标
CAD/CAM技术的特点在于借助计算机图形运算实现图形的可视化、程序化和动态化，其技术基础是计算机图形学和工程图形学。因此，该课程与机械类专业必修的工程制图之间存在必然联系。根据制造业发展的需求，制定机械类CAD/CAM课程目标时，首先应该给学生建立产品制造的系统概念，再通过讲解软件使用，为学生建立软件作为建模工具，准确表达设计信息，便于实现产品数据的交换与管理的工程化设计思想。确定机械类CAD/CAM课程目标，该课程在人才培养方案知识体系中的位置也将发生相应变化，理论与实践相结合环节更为丰富，对教学方式提出新的要求，与其他专业课程的关系也更为密切。 4 教学改革的具体措施
明确课程的定位 课程的定位反映一门课程在专业知识体系中与其他课程的联系。因此，要明确机械类CAD/CAM课程的定位，就应该注重数字化CAD/CAM工具在现代机械产品制造过程中发挥的作用，才能明确课程的定位及其在课程体系中起到的作用，进而确定其与基础课程和专业方向课程之间的关系。
经过对南京理工大学紫金学院机械类专业中各专业方向毕业生多年的跟踪调查和对行业发展的调研，得出图1所示理论知识体系与CAD/CAM技术及其应用关系。从图中看出，机械类专业从公共基础课程中的工程制图开始，就已经引入CAD技术建立数字化产品模型；在显示的模型中却由于图形数据格式的不同而包含了不同的信息，这些信息与图形之间的联系被定义来用于表达工艺信息，这样数字化的模型就与制造工艺建立了联系；产品数据模型的各方面信息由于产品制造过程中尺寸的测量，为机械类基础课程中的公差与测量、逆向设计等提供实践平台；产品实体模型所包含的材料信息被用于计算机辅助分析（CAE），与工程材料、模具设计等课程建立起联系；制造过程中根据产品数字模型建立制造过程仿真模型，与机械制造工艺类课程密切相关。
CAD/CAM技术中的综合性还体现在该技术作为产品数据的基础，可以与相关专业课程进一步交叉融合，形成服务于虚拟样机的机电一体化系统仿真模型和服务于工业生产过程管理的生产过程仿真模型，并作为相关专业课程的应用实践工具基础。因此，CAD/CAM课程的定位应该是作为专业课程与通识课程之间的应用实践工具，成为应用能力培养过程中承上启下的一门综合性课程，让学生形成对CAD/CAM技术应用的全局观念。
优化教学内容
1）教学内容要点明CAD/CAM技术给工业带来的变革，系统阐述该项技术的任务、应用和发展，建立起数字化设计与制造的概念。CAD/CAM技术不仅是对理论的介绍或软件应用的训练，重要的是通过案例的教学，传授给学生如何运用软件表达出设计的工程思想。这些工程思想的表现不仅体现在用软件绘制的图形本身，还包括图形的建模过程中所蕴含的工程意义，从而满足现代制造体系中对数字化图形模型的分析、仿真、管理和系统化的工程应用。
2）在安排机械类专业CAD/CAM技术课程教学内容时，将理论课程与实践教学分别设置，理论课程集中授课，实践教学的开展则根据学生兴趣和专业涉及的行业不同而由学生自主选择应用的软件。当前主流的CAD/CAM软件都在向产品研发、设计和制造的集成化方向完善，具有代表性的商业软件，包括西门子的NX，达索公司的CATIA、SolidWorks，
PTC公司的Cero。通过建立模型的练习，培养学生对机械产品进行三维建模的技能，不仅是对机械制图课程的延伸，更是将产品设计与制造过程中强调基准与配合的工程思想贯穿于建模的全过程。
3）通过演示案例将抽象的理论知识和先进制造的概念具体地展现出来，让数字化的建模工具成为基础课程与专业应用课程之间的纽带，为后续的应用类课程提供良好的铺垫。CAD/CAM技术中建立实体模型是CAE、CAM和CAPP等工程应用的数据基础。因此，仅仅培养学生的三维建模能力是不够的，还需要进一步介绍建模的软件工具在工程领域中的具体应用。如面向机械设计领域，将机械原理的典型机构用CAD/CAM软件的运动仿真进行直观演示；将三维设计同逆向工程的应用相结合，通过实例演示，深化学生认知数字模型对信息的重建和几何信息的传递与继承的重要特点等。
应用型人才培养的教学方法改革 应用型人才培养的教学目标是让学生学习必要的技能和运用知识的能力，从而适应社会发展的需要。
1）在教学过程中发挥学生学习的主动性，强调学生主体参与，软件由学生根据专业和个人兴趣在提供的建模软件中选择；
2）强调学生的因材施教和分层次教学，建立不同的学习小组加以指导，形成对建模过程中方法和思路的差异进行讨论的研讨式教学；
3）邀请企业工程师开设专业讲座，为学生提供更多的工程应用感性认识；
4）重视课堂教学与课外活动和实践活动相结合，如建立兴趣小组，鼓励学生运用软件表达自己的设计和创意，从而带动整体学习风气和学习兴趣。
改革考核方式 CAD/CAM软件实现的是一种工程师语言，通过这个语言达到互相沟通设计思想的目的，而不能把学会软件使用作为教学的最终目的。对这些软件的运用不能仅仅停留在操作层面，而是需要通过使用软件表达自己的设计思想、设计思路、设计成果。课程的考核通过以下两种方式进行。
1）为了培养学生综合应用知识能力，考核的项目在学生分组的前提下结合课程设计或学科竞赛的项目，引导学生提出设想，并综合运用所学知识去实现。将小组团队的综合应用成果的评价作为课程考核的依据，从而体现重视解决问题的思维能力，引导学生注重对自身分析问题、解决问题能力的培养。
2）鼓励学生参加相关软件的应用工程师考核，由于认证考核具有一定难度，但通过考核取得相关的软件认证又可以为就业增加能力证明，用认证替代课程考试成绩的方式进行考核。
重视“双师型”师资队伍建设 机械CAD/CAM教学成果的优劣取决于师资质量，由于机械CAD/CAM应用领域的广泛和深入性，要求教师具备一定的实践经验，才能更好地讲授相关课程的内容。这就要从两个方面来提高教师的综合能力：一方面让教师走出去参与行业相关培训，把教学与软件使用过程中发现的问题、技巧、方法提出来共同探讨，以便提高教学水平和软件应用能力；另一方面，需要建立校企合作关系，相关专业教师需要走出去参与企业课题，通过合作缩短教学与实际工作的距离，及时掌握使用的新技术，不断学习、充实自己，以便根据需要调整教学计划，改进教学方法。同时可以将部分成熟案例融入教学中，实现案例驱动的教学机制，促使学生在应用中掌握相关知识。
5 结语
随着“中国制造2025”目标的推进，对CAD/CAM技术课程的要求将会更加具体和细致。因此，该课程的教学改革和探索将随着专业领域知识的更新而提出更多新的要求，在教学实践中需要紧密与实际相结合，重視教学内容与行业应用的衔接，鼓励教师参与企业的工程实践，积极收集和归纳总结行业应用规范，不断完善与理论基础相适应的工程实践体系。
参考文献
[1]王良模，杨敏.汽车CAD/CAM[M].北京：人民交通出版社，2015.
[2]张德强.数控本科应用创新型人才培养模式的研究[J].辽宁工业大学学报，2011，13（5）：112-115.
[3]黄政艳.机械制图与CAD课程教学改革的探索与实践[J].广西轻工业，2008（9）：158-159.
[4]方锡武，李芳.以CAD软件使用为辅线的工程制图教学改革[J].大学教育，2016（8）：157-159.
[5]张俊，张文，程昊.校企合作模式下的机械CAD/CAM技术课程改革与建设[J].装备制造技术，2013（4）：230-232.
[6]张乐莹，刘艳，陆广华，等.应用型本科院校CAD/CAM技术课程的教学探索与改革[J].大学教育，2016（6）：126-127.