以实训带动理论教学的CADCAM系列课程整合研究

以实训带动理论教学的CADCAM系列课程整合研究
摘要：总结了CAD、CAM系列课程教学中现有课程体系和内容、教学
方式和实践环节的不足，提出CAD、CAM系列课程的教学应以实训为引导，边练边教边学，以过程导向的教学模式启发学生自主学习，以任务实训的
实践方式培养学生的动手及创新能力，重新整合教学资源，使CAD、CAM
系列课程教学重点突出、循序渐进。

关键词：CAD、CAM；实训；资源整合
近年来我国的机械专业教育正向着复合型人才和工程应用能力培养的
趋势发展，它要求学生不仅需要有坚实的科学理论知识，还要加强工程实
践方面的训练，做到理论与实践并重。

因此，如何全面专业实践教学，大
力加强工程实践能力培养，培养出既具有扎实理论基础，又具有一定动手
能力的高素质学生，应是目前高等院校工科专业CAD、CAM课程教学的主
要内容。

CAD、CAM系列课程是指借助计算机来完成从产品设计到产品制造过
程中的各项活动，包括产品概念设计、产品几何造型、结构力学分析、计
算机辅助数控加工编程等。

[1]针对不同专业，一般工科院校开设的课程
主要包括：机械制图与CAD、CAD技术基础、CAD、CAM、计算机辅助工艺
设计和数控技术等几个方面。

在当前大学生课时有限的情况下，如何选择
合适的CAD、CAM课程教学内容以及用什么方式来教学生是很关键的问题。

笔者结合建设三峡大学（以下简称“我校”）国家级特色专业，机械设计
制造及其自动化中软件实训体系构建实践，从课程体系建设与、理论教学
与实践教学融合、结合学校特色的实训体系等方面谈谈对CAD、CAM系列
课程的看法。

一、CAD、CAM系列课程现状分析
1、课程体系及教学内容
CAD、CAM技术随着计算机和信息科学的发展而蓬勃发展，在大学教
育中是一类比较新的课程，在教材及课程体系设置上，该类课程与其他相
关基础知识缺乏合理规划及有效整合。

比如，对于机械设计基础类的课程
增加了CAD技术基础课程，对于制造技术基础增加了CAD、CAM技术等等，使得CAD、CAM系列课程各自教学内容有所重叠，同时也遗漏了一些重要
的教学内容，从而影响了教学效果和效率。

2、教学方式
传统上的CAD、CAM系列课程，教学以课本的授课为主，以教师为中心，学生学习目的不明确，缺乏主动性，理论学习与工程实践结合不紧密，学生学习积极性不高。

[2]由于CAD、CAM系列课程的教学中容易偏重讲授
数学和计算信息方面的知识，脱离了课程的专业辅助性，让学生陷入技术
漩涡，学生感觉理论太难而无兴趣学习。

相对于理论教学而言，实践教学
是教学过程中较薄弱的环节。

[3]实践教学的管理制度不够完善，组织管
理跟不上，实践教学的内容安排和时间安排存在较大的随意性，未能建立
系统规范的实践教学的考核办法，实践教学的质量难以保证，使得目前实
践教学和理论教学不相适应，[4]重理论而轻实践。

因此必须建构一种既
能发挥教师的主导作用，又能充分体现学生认知主体作用的新型教学模式。

二、教学建设
以实训为引导，围绕理论与实践并重的课程培养目标，强调教学和科
研相结合，采用过程导向的CAD、CAM课程教学模式，推进以学生为主体、教师为主导的基于实践和探索的教学。

突出产品造型设计、结构力学分析
和自动数控编程等任务来驱动CAD、CAM的课程教学规划和组织教学活动。

建议根据学校行业背景和特色，探索研究与复合型人才培养相适应的教学
方法与手段，形成具有专业特色的一流教学内容和方法。

1、教学内容和课程体系
为了使CAD、CAM教学内容能够适应新世纪高等教育发展的需要，我
们应从机械专业系列课程教学内容和课程体系研究入手，夯实基础，拓宽
知识，增强学生工程实践能力和创新设计能力的系列课程新体系。

依照新
体系进行各课程之间教学内容的协调和优化，明确本课程的分工和定位。

本系列课程理论体系建议定位于产品设计与制造仿真并重，以产品造
型设计为基础，辅以结构力学分析，然后进行数控仿真与加工的体系结构。

课程教学内容不宜太广泛、太深入，应注意点面结合，围绕产品造型设计、结构力学分析和数控加工三个方面展开。

注重打好基础，在讲清课程基本
内容的前提下，关注课程的先进性和现代化，重视增强学生的工程实践能力、综合应用能力和创新意识的培养。

教学内容应设计一些具有实际应用
背景和能激发学生创造思维的题目，增强教学的时代感和教学适应性。

根
据三方面教学内容，可结合教师所承担的实际课题，衍化为若干子课题，
让学生们在学习实践过程中，更接近工程实际。

大力倡导教学建设精品化、系列化、立体化教材体系，全面提高教与学的质量。

以我校为例，我校是一所以“水电”为特色的高等院校，因此，我们
将CAD、CAM系列课程成为“理论＋实训”两大模块，理论课程分为造型
技术、结构分析技术和数控技术三个部分，以Pro、E软件和ANSYS软件
为实训工具。

在理论教学部分，注重以水电行业中的工程机械为实例，以
具体实例为引导，讲解相关CAD、CAM技术，避免了单纯讲解CAD、CAM技
术的枯燥乏味，让学生能从实际应用中自己总结体会CAD、CAM基础技术。

在实训部分，以工程机械的关键部件为实例，首先建立部件的三维造型，
然后根据部件的工作情况进行力学分析，找出零部件尺寸设计富余或不足
的地方，改进零部件的三维造型，然后利用软件进行数控加工的仿真和模拟，最后到数控机床上进行实际加工。

2、教学模式
优化教学模式，采用过程导向的教学模式来重新整合教学资源，实行“理论＋实训”教学方式，实现理论与实践的紧密结合。

体现能力本位的
特点，从以教师为中心向以学生为中心转变，从以教授学生知识向以培养
学生能力转变。

以产品的设计生产工作过程为导向，以实际科研项目为背景，设置实际产品的CAD、CAM训练项目为课程核心内容。

学生完成项目
的过程与企业实际进行的产品设计与制造过程完全一致，大大提高学生对
机械CAD、CAM软件的熟悉程度和操作能力。

课堂教学中，以通用的软件（如Pro、E和ANSYS）为主线开展教学，使学生从概念上理解产品建模、结构分析、仿真加工等现代先进设计制造过程。

在进行理论教学时，我们建议以理论技术在实际软件中的应用为切入点，使得学生对理论技术有感性认识，然后讲解技术内核，这样学生更容
易理解和掌握。

比如在讲授CAD技术中的图形变换技术时，我们可以先以Pro、E软件中的图形平移、比例、旋转等变化实例操作为教学起点，指
导学生掌握这些基本操作后，提问学生这些技术是怎么实现的，激发学生
的学习兴趣，同时学生对技术本身也有了一定认识，教与学的效果将更好。

实训由设计、分析和制造三个层次构成。

设计层次是由传统的但仍很
有价值的经典实例组成，侧重于对学生基本软件技能的训练，如常用机械
零部件的几何造型等，以PRO、E软件为例，涉及到PRO、E软件的几个模块，例如：Part实体造型模块、Aemble装配模块、Drawing工程图模块。

分析层次在几何造型的基础上，利用力学分析软件对零部件的工作情况进
行分析，可将前述在Pro、E软件中已经构造好的几何模型，利用ANSYS
软件分析其工作状态的力学行为，根据分析结果改进设计。

制造层次主要
根据设计好的零部件，进行数控加工仿真分析，然后在数控机床上进行真
实数控加工制造。

在实践环节中，我们建议根据学校特色，按企业全真的技术要求，实
施任务训练环节，对常用机械CAD、CAM软件在机械产品设计与制造中的
应用进行强化训练，使学生在这种综合性实践过程中得到核心技能方面的
培养。

在掌握典型的机械类零部件设计的基础上，根据教师实际科研课题，增加实际工程案例，使学生了解并掌握实际工程设计方法和技巧。

在学生
毕业设计阶段，鼓励学生结合将就业企业研发产品开展毕业设计训练，由
企业相关技术人员和学校指导老师共同对学生进行课题设计指导，整个设
计过程可采用CAD、CAM软件进行，按照企业相关标准与工作流程，实行
真题实练，答辩由学校与企业共同组织。

这样可以为学生增长知识、施展
才华，企业发现人才、合理安排就业岗位提供很好的平台。

以我校为例，我们已有数字化设计实验室和数控加工实验室，我们每
年根据教师的典型科研项目，提炼一个实训主题。

例如今年，我们将以机
械与材料学院教师科研项目“输电线路除冰机器人”的破冰装置为实训课题，进行造型、分析和数控加工的实训。

充分利用数字化设计实验室和数
控加工实验室资源，为学生提供一个能充分发挥主观能动性和创造力的环境，不仅可以有效利用学校资源，还可以激发学生的学习兴趣，增强动手
能力，培养创新意识。

3、以学科竞赛巩固教学效果
目前，我校学生广泛参与“先进图形技能与创新大赛”和“机械创新
设计大赛”，我们以这两个大赛为契机，鼓励学生以所学的CAD、CAM相
关技术为基础，进行自主创新，启发思维。

“先进图形技能与创新大赛”
是对造型技术的更高一层次的要求和考验，“机械创新设计大赛”则是综
合运用各种设计理论和方法的竞赛，并且要求所有产品要做成实物。

我校在湖北省机械创新设计大赛已经取得了很好的成绩，而还有很多
好的设计思路由于没有做出产品，缺乏整体性和实证，失去了竞争的机会。

因此，我们正在大力推进在机械设计创新大赛中广泛采用CAD、CAM技术，对产品进行设计、分析和加工。

在湖北省首届机械设计创新大赛中，设计
并加工出的“东风雪铁龙-爱丽舍”轿车缩小车模作品荣获了省一等奖。

该作品是根据公开的轿车外观数据，运用PRO、E软件，设计出轿车的外
观造型，然后利用数控加工技术，加工出逼真形象的铝合金车模。

因此，进行学科竞赛是一种很好的巩固和继续提高学生CAD、CAM技
术的方法和手段。

三、结语
CAD、CAM系列课程思路体现了对学生知识、能力和素质协调培养的
教学理念，并具有兼顾理论教学与实践训练，课程教学以及学科竞赛有机
结合的特点。

随着笔者所在学院教师整体学术水平的提高，学院有越来越
多的机会与企业合作，为课程的理论教学和实践训练提供了更多实际的教
学案例。

学院实验条件的逐步改善，特别是数字化设计和数控加工实验室
的进一步完善，将为课程的教学提供良好的实践条件。

因此，本文提出的
思路是有条件实施的。