项目与论题相结合的“计算机辅助制造”课程教学方法与实践

　　摘 要：针对机械工程大类高年级专业课“计算机辅助制造”课程，改革了教学方法，形成了一种适合于高年级教学的教师“主讲、主持、指导”与学生“主动、互动、独立”的教与学的关系。建立了面向项目与论题相结合的“计算机辅助制造”技术教学方法，并在多年的教学实践中应用，取得了良好的效果，为提高机械工程学科及制造工程专业的人才培养质量提供了一种可借鉴的手段。
　　关键词：计算机辅助制造；项目；论题；工程教育改革
　　一、课程的特点、存在问题及改革的必要性
　　目前在我国由高等教育大国向高等教育强国的转变过程中，当代工程教育改革和实践日益受到重视，卓越工程师教育也开始全面展开[1]。数字化制造技术是先进制造技术的重要发展方向，计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）技术作为数字化制造的核心技术，是现代制造业从业人员和机械工程学科人才必须掌握的基础技术之一。因此，“计算机辅助制造”课程是机械工程学科下机械制造及其自动化、工业与制造系统工程及其他相关专业的核心专业课，在本科生教育和培养中占有十分重要的地位。
　　该课程属于高年级专业课，一般安排在“制造工程基础”、“机械制造工艺学”和“机床及夹具”等先行课程的大三下学期或大四上学期。CAM课程的特点是起点高、内容多、发展快、应用广、综合性和实践性强，而在现行教学计划中，计算机辅助制造技术配套课程少、学时有限，难以适应上述特点的教学需要，更不适应现代工程教育改革的理念——“做中学”和“研中学”的需要[2]。存在的问题主要表现在：
　　（1）在知识点上，学生对关键和重要的CAM知识点掌握程度有限。由于课程学时有限、没有合适的教学手段使得无法自主、深入地完成课程的主要论题即关键知识点的学习。
　　（2）在知识面上，学生对CAM知识点之间的关联脉络缺乏全面了解和把握，综合能力有待提高。由于各知识点讲解时所用例子相互独立，数字化制造的“信息流”效果难以体现，导致知识点没有通过完整的案例贯穿起来。
　　（3）学生的知识实践与运用知识的能力不高，缺乏运用CAM知识解决制造工程问题的能力，这需要通过加强实验与现场教学来解决。
　　（4）学生独立学习、研究实践并总结展示的能力不高。爱因斯坦认为在学校中“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终被放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化。”[3]。由此可见，教学中对学生特别是对即将参加工作或接受深造的高年级大学生的独立能力培养尤为重要，这同时也是大学素质教育的重要体现。
　　为解决上述问题，改革计算机辅助制造技术现有教学模式是十分必要的。多年来，我们通过实践论题与项目相结合的计算机辅助制造课程的教学方法：即将面向项目的教学和基于论题的教学贯穿于整个课程始终，逐步形成了一种适合于高年级教学特点的教师“主讲、主持、指导”与学生“主动、互动、独立”的教与学关系，在提升教学效果和质量上取得了一些成效，增强了学生对计算机辅助制造技术的掌握程度与应用能力。
　　二、项目与论题相结合的教学方法内涵
　　项目与论题相结合的CAM课程教学方法的内涵及要点如图所示，主要包括课程教学内容、课堂教学方法、实践教学、课程考核等几个方面。
　　1.课程教学内容
　　通过论题布局加强关键和重要知识点的安排，通过两类零件项目将关键知识点集成起来，并融入精品教材内容及最新科研成果。
　　计算机辅助制造涉及的重要技术环节主要包括：几何建模（设计并表示零件是什么形状结构和有何技术要求）、工艺设计/数控编程（规划和表示零件按什么样的过程和程序制造出来的）、数控加工/检测（在实际设备上如何按数控程序进行零件加工和检测）、制造系统（整个计算机辅助制造软硬件系统是如何组成并协调运行的）。围绕上述四大环节，在课程教学中通过论题强化了它们的教学内容，并分别安排了相应的实验，将理论授课与实验及现场参观相结合。
　　在几何建模环节，明确产品的几何建模是CAM信息源头的地位，突出了实体建模特别是特征建模方法及数据结构的教学，紧紧围绕CAD的核心问题——物体的“内在表示（Representation）”和“外在表现（Presentation）”组织该部分课程内容，参考了多部国际精品教材的有关章节，例如CADCAM： Principles， Practice and Manufacturing Management（英国）和Principles of CAD/CAM/CAE Systems（韩国）。这些精品教材在CAD及几何模型建立和表示方面，内容全面，深入具体，易于学生理解和掌握。
　　在工艺设计和数控编程环节，强化了CAPP方法（包括派生、创成、混合）、手工编程、交互图形数控编程3个论题，并强调工艺知识库在此过程中的重要作用。在理论教学内容方面，参考了国际精品教材Computer-Aided Manufacturing（美国），因为该部教材的重点内容是包括CAPP与数控编程在内的辅助制造方面，是CAM课程在世界范围内的权威教材。在实践教学内容方面，安排了我们的最新科研成果和主流CAD/CAM系统的课堂演示，如半创成式汽车底盘零件CAPP、综合式基于PDM的三维CAPP以及Pro/Engineering的制造模块Pro/Mfg等，提高了学生学习兴趣和效果。
　　在数控加工和检测环节，在突出数控机床组成及数控加工原理、坐标测量机组成及数控测量原理两个论题的同时，增补了它们各自国际上最新技术发展的内容，即基于STEP-NC的CAPP/CAM和智能数控系统、便携式先进测量方法。授课内容参考了国际精品教材Computer-Aided Manufacturing（美国）和国外最新科研成果（如英国巴斯大学和德国斯图加特大学关于STEP-NC的CAM/CNC技术成果，美国法如、API等测量仪器公司的新研发的便携式测量系统等），使学生不仅掌握了经典的数控加工和检测的理论知识，而且了解了当今最新成果及未来发展趋势。

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