計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)方法的探討

1、計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)方法的探討上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 王新華 陳彩鳳 摘要 本文對計算機(jī)輔助設(shè)計課程的教學(xué)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析與探討，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計過程中積累的一些體會和經(jīng)驗(yàn)，提出了具有一定建設(shè)性的切實(shí)可行的教學(xué)方法和合理化建議，為計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)提供一些有益的參考，提高了課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性。關(guān)鍵詞 計算機(jī)輔助設(shè)計 教學(xué)方法 探討一、概述計算機(jī)輔助設(shè)計課程是機(jī)械類近機(jī)類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，為適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計的快速發(fā)展，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品設(shè)計效率，該門課程的學(xué)習(xí)對今后從事產(chǎn)品設(shè)計的學(xué)生來說至關(guān)重要。根據(jù)多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于該門課程的學(xué)習(xí)積極性并不是很高，曠課遲到的

2、現(xiàn)象時有發(fā)生。經(jīng)與學(xué)生座談，問卷調(diào)查，了解到學(xué)生對于該門課程內(nèi)容和體系的設(shè)置大多不感興趣，認(rèn)為所學(xué)內(nèi)容與以后從事的工作脫節(jié)較為嚴(yán)重。教學(xué)團(tuán)隊對該門課程進(jìn)行了細(xì)致深入地探討，大刀闊斧地對計算機(jī)輔助設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和體系進(jìn)行了改革，提出了一套行之有效的方法和教學(xué)思路，并在教學(xué)過程中加以應(yīng)用，獲得良好的教學(xué)效果，促進(jìn)了我校計算機(jī)輔助設(shè)計課程的精品建設(shè)。二、計算機(jī)輔助設(shè)計課程建設(shè)的思路和規(guī)劃（一）精心規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，改變廣而不精的現(xiàn)象以前的計算機(jī)輔助設(shè)計課程，通常存在著內(nèi)容廣而不精的現(xiàn)象，有關(guān)計算機(jī)輔助設(shè)計的內(nèi)容，基本上都會在教學(xué)內(nèi)容中出現(xiàn)，看上去學(xué)生可以學(xué)習(xí)很多內(nèi)容，然而學(xué)生對于這些有關(guān)計算機(jī)輔助設(shè)

3、計的知識通常很難精通。具體體現(xiàn)就是無法將學(xué)習(xí)的先進(jìn)設(shè)計理念和方法運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計中，遇到具體問題往往不知如何入手，就是能夠運(yùn)用到實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計中，通常也是一知半解，對設(shè)計計算結(jié)果不知如何分析。根據(jù)上述現(xiàn)狀，教學(xué)團(tuán)隊組織編寫了新的計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)大綱，精心規(guī)劃了教學(xué)內(nèi)容，編寫出版了計算機(jī)輔助設(shè)計與制造教材，并開通了網(wǎng)上教學(xué)，成功地申請到上海理工大學(xué)精品課程。配合精品課程建設(shè)，新的大綱和教材根據(jù)當(dāng)前市場的設(shè)計需求，注重產(chǎn)品的設(shè)計需求及應(yīng)用，刪除了一些繁瑣復(fù)雜的計算機(jī)理論知識，更新了一些新的設(shè)計理念和方法，引入了一些先進(jìn)的設(shè)計軟件與制造軟件。實(shí)際教學(xué)中除了原有的二維設(shè)計理論及AutoCAD軟件的

4、應(yīng)用，依據(jù)當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展趨勢，增加了通用的有限元分析軟件ANSYS的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，提高了學(xué)生對產(chǎn)品設(shè)計的分析能力；擴(kuò)展了常用三維軟件的應(yīng)用，如Solid Works，Pro/E,CATIA等，增強(qiáng)了學(xué)生三維建模的能力，將二維與三維設(shè)計融合于一體，更新了傳統(tǒng)的設(shè)計理念，加深了對設(shè)計的理解和深化；將CAD/CAPP/CAM/PDM知識融會教學(xué)并應(yīng)用。精心規(guī)劃的教學(xué)內(nèi)容，真正體現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計過程和思路，將設(shè)計與制造融會貫通。通過學(xué)習(xí)學(xué)生對產(chǎn)品設(shè)計與制造的先進(jìn)理念和體系有了一個全面的了解和掌握，實(shí)時把握產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展方向。 具體教學(xué)過程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)背景，選學(xué)不同的編程與繪圖軟件。對于三

5、維繪圖軟件，模具專業(yè)的學(xué)生可以選學(xué)UG軟件，汽車專業(yè)的學(xué)生可以學(xué)習(xí)CATIA，而其它專業(yè)的學(xué)生可以學(xué)習(xí)更為方便實(shí)用的Solid Works軟件，當(dāng)然也可以選擇Pro/E軟件，每個至少精通一門三維軟件的應(yīng)用；而編程軟件根據(jù)學(xué)生的具體情況，可以分別選學(xué)Visual C或VisualB.NET。這樣將學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生以后從事的工作和興趣結(jié)合起來，做到學(xué)有所用，學(xué)有所好。（二）面向?qū)嶋H工程項(xiàng)目，開展系統(tǒng)教學(xué)模式 計算機(jī)輔助設(shè)計課程實(shí)用性很強(qiáng)，在教學(xué)中理論能否與實(shí)際設(shè)計相結(jié)合，關(guān)系到該門課程的教學(xué)成敗。然而長期以來由于多方面的制約因素，該門課程理論教學(xué)學(xué)時占比過重，學(xué)生學(xué)習(xí)的多數(shù)是理論知識與概念，無法與生

6、產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，造成了理論與實(shí)際的嚴(yán)重脫節(jié)。學(xué)生學(xué)習(xí)了一堆枯燥的設(shè)計理論，卻無處施展，自然缺乏學(xué)習(xí)積極性，曠課遲到的現(xiàn)象發(fā)生就不足為奇了。在新的教學(xué)設(shè)計中，課程將理論和上機(jī)課時重新進(jìn)行分配，比例為1：1，并將理論和上機(jī)內(nèi)容相適應(yīng)，做到學(xué)以致用。上機(jī)內(nèi)容都是實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計與分析，在上機(jī)前教師進(jìn)行必要的引導(dǎo)，讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計與規(guī)劃整個設(shè)計分析過程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和分析問題的能力，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富了教學(xué)內(nèi)容，拓展了設(shè)計深度與廣度。遵循產(chǎn)品設(shè)計與制造的整個流程，上機(jī)安排規(guī)劃從CAE，CAD到CAM涵蓋了計算機(jī)輔助設(shè)計與制造的所有環(huán)節(jié)；上機(jī)安排內(nèi)容均面向于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)件，學(xué)生選用三維軟件首先

7、建立產(chǎn)品的三維實(shí)體模型，根據(jù)需要轉(zhuǎn)化成二維圖形，并標(biāo)注尺寸，公差及書寫技術(shù)要求，最終以合格的二維工程圖紙的形式提交。結(jié)合所學(xué)有限元分析軟件基于所建立的三維實(shí)體模型的結(jié)構(gòu)件的工況條件進(jìn)行受力分析，了解正常工作狀態(tài)下，產(chǎn)品的強(qiáng)度和可靠性是否滿足要求。最后，利用CAM軟件模擬編制加工工藝，選擇虛擬刀具進(jìn)行加工模擬。通過上機(jī)的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅掌握了計算機(jī)輔助設(shè)計的知識與軟件，而且對產(chǎn)品設(shè)計制造的過程有了一個系統(tǒng)的了解，對設(shè)計與制造的理念更加完善。計算機(jī)輔助設(shè)計課程后期，為讓學(xué)生真正掌握所學(xué)知識和內(nèi)容，在新的教學(xué)計劃中安排兩周的計算機(jī)設(shè)計生產(chǎn)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生利用所學(xué)習(xí)的知識，去分析解決實(shí)際的生產(chǎn)問題，鍛煉

8、學(xué)生實(shí)際解決問題的能力，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的問題，在實(shí)踐中培養(yǎng)獨(dú)立分析和處理設(shè)計中的問題。配合上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目三維動態(tài)夾具圖形庫的建立，在學(xué)習(xí)完計算機(jī)輔助設(shè)計課程后，我們組織安排了部分學(xué)生參與該項(xiàng)目的設(shè)計與規(guī)劃，教師只在方向上給予指導(dǎo)，學(xué)生組成開發(fā)小組，對課題進(jìn)行了精心的組織與設(shè)計，完成了項(xiàng)目的總體設(shè)計，參數(shù)化程序編程，三維夾具圖形庫的建立，并以數(shù)據(jù)庫的形式組織實(shí)現(xiàn)夾具的參數(shù)化設(shè)計。項(xiàng)目獲得上海理工大學(xué)教學(xué)成果三等獎，學(xué)生不僅將所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際的課題項(xiàng)目中，而且培養(yǎng)了組織和規(guī)劃研究課題的能力。（三）注重課程的延續(xù)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力新的教學(xué)模式中將計算機(jī)輔助設(shè)計課程學(xué)習(xí)貫穿于大學(xué)四年的整個

9、學(xué)習(xí)過程中，而不僅僅是一門課程而已。這是一個全新的培養(yǎng)理念，它將計算機(jī)輔助設(shè)計與各專業(yè)課的學(xué)習(xí)有機(jī)的結(jié)合起來，將先進(jìn)的設(shè)計方法和理念應(yīng)用于各專業(yè)學(xué)科，拓展了學(xué)習(xí)深度與廣度，使該門課程的學(xué)習(xí)得到了延續(xù)，也豐富了其它課程的學(xué)習(xí)。例如筆者在中德學(xué)院的機(jī)械零件課程設(shè)計中，率先打破原有的設(shè)計模式，將計算機(jī)輔助設(shè)計的內(nèi)容貫穿于整個課程設(shè)計之中，改變了過去單一的設(shè)計模式和陳舊思路，獲得了良好的效果。具體實(shí)施是每人一項(xiàng)設(shè)計任務(wù)，不規(guī)定設(shè)計什么類型的減速箱，學(xué)生可以根據(jù)設(shè)計要求規(guī)劃設(shè)計方案，繪圖不再規(guī)定二維三維圖形，軟件可以自己選用，設(shè)計時間不再集中在兩周內(nèi)完成，讓學(xué)生有足夠的時間去完善自己的設(shè)計方案，也可以利

10、用所學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計軟件對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這樣將學(xué)生學(xué)習(xí)的先進(jìn)設(shè)計方法應(yīng)用到課程設(shè)計中。最后學(xué)生提交的作業(yè)表明，學(xué)生的主觀能動性得到充分的發(fā)揮，呈現(xiàn)了一些非常優(yōu)秀的作品。在學(xué)校組織的產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新活動中，鼓勵學(xué)生積極參與其中，在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中，利用計算機(jī)輔助設(shè)計方法對產(chǎn)品設(shè)計方案與規(guī)劃進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，建立虛擬樣機(jī)進(jìn)行動態(tài)仿真，產(chǎn)生了一些具有一定實(shí)用價值與獨(dú)特穿新的作品，推動了我校創(chuàng)新活動的深入，建立了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計平臺，在各種大獎賽中屢屢獲得獎勵，取得了豐碩的教學(xué)成果。配合學(xué)校畢業(yè)實(shí)踐活動，讓部分畢業(yè)生參加見習(xí)工程師認(rèn)證考試。筆者以實(shí)際科研工程項(xiàng)目為背景，開展系統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生積極報名參與。在去

11、年的認(rèn)證考級中，95%以上的參加學(xué)生順利通過認(rèn)證考試，拿到見習(xí)工程師考級證書。為今后卓越工程師的培養(yǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。（四）改革課程考核方式，突出綜合能力測試計算機(jī)輔助設(shè)計課程既然是一門應(yīng)用課程，當(dāng)然應(yīng)該對學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力進(jìn)行考核與測試，而不再是過去的理論考試。過去計算機(jī)輔助設(shè)計通常采用閉卷的考試形式，學(xué)生需背誦很多計算機(jī)輔助設(shè)計概念和理論，應(yīng)用性的題目只是讓學(xué)生寫出相應(yīng)的操作過程，沒有實(shí)際的上機(jī)操作，很難綜合考察學(xué)生的實(shí)際能力。學(xué)生對這種形式的考試只是應(yīng)付了事，根本無法掌握計算機(jī)輔助設(shè)計課程的核心內(nèi)容。新的教學(xué)大綱將該門課程調(diào)整為開卷考試，理論測試與上機(jī)考核相結(jié)合。理論測試都是一些利用計算

12、機(jī)輔助設(shè)計的概念和理論去組織分析生產(chǎn)中存在的一些設(shè)計問題，不是僅僅記住一些抽象的理論就能輕易解決的問題，而是要求學(xué)生綜合所學(xué)知識去分析和規(guī)劃，這樣才能真正考核一個學(xué)生的實(shí)際能力，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。理論考核統(tǒng)一進(jìn)行測試，而上機(jī)考試內(nèi)容和方式各教學(xué)老師根據(jù)實(shí)際情況可以自行調(diào)整和安排。一般上機(jī)考試不再局限于最后集中測試，教師可以根據(jù)學(xué)生平時的上機(jī)情況，實(shí)時掌握學(xué)生的設(shè)計能力和水平，客觀真正地評判學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。具體實(shí)施中，平時上機(jī)的考核顯得尤為重要，因?yàn)榇蟛糠值牟僮髋c設(shè)計都是在這個時間內(nèi)完成的，學(xué)生的能力水平從平時的上機(jī)作業(yè)中可以很好地體現(xiàn)出來，教師可以每次的上機(jī)進(jìn)行跟蹤考察，最后的上機(jī)考試只是

13、考核學(xué)生綜合分析問題的能力。通過平時和考試的綜合測試，學(xué)生的能力自然可以得到更客觀地評價。三.總結(jié)綜上所述，我校的計算機(jī)輔助設(shè)計課程教學(xué)配合精品課程建設(shè)，打破了原有的教學(xué)觀念，與時俱進(jìn)，積極進(jìn)取，進(jìn)行了深入的改革和實(shí)踐，適應(yīng)了產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢，改變了過去那種與市場嚴(yán)重脫節(jié)的教學(xué)模式。通過不斷的摸索和實(shí)踐，教師的教學(xué)方法和思路也在不斷的完善，培養(yǎng)的人才素質(zhì)得到提高。畢業(yè)學(xué)生逐漸得到用人單位的認(rèn)可和好評，說明我們的培養(yǎng)思路和模式真正走上了正規(guī)。當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計課程的教學(xué)改革仍然任重而道遠(yuǎn)。只有不斷創(chuàng)新和改革，才能真正培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的合格人才，提高我國先進(jìn)設(shè)計與制造的水平。參考文獻(xiàn)1 殷國富主編計算機(jī)輔助設(shè)計與制造技術(shù)原理及應(yīng)用四川大學(xué)出版社 2001年11月2 仲梁維 張國全主編計算機(jī)輔助設(shè)計與制造北京大學(xué)出版社2006年08月3 邱宣懷 主編機(jī)械設(shè)計高等教育