淺談材料成型CAD/CAE/CAM 課程教學改革論文
為適應國家教育改革形勢的需要， 在“厚基礎， 寬專業， 重能力”的指導思想下， 全國大部分院校進行了專業調整與教學改革。材料成型及控制工程專業就是將傳統的鑄造、鍛壓及焊接3 個專業整合的新專業。按照新的培養目標， 對原課程體系中的“模具CAD/CAM” 、“鑄造工藝CAD” 及“計算機輔助焊接技術” 等專業課進行了專業調整。結合現代材料成型工藝開發的新手段， 將成型工藝過程仿真技術引入課堂， 設置了“ 材料成型CAD/CAE/CAM”課程。
在現代制造技術中， 為提高產品質量， 縮短生產周期， 降低產品開發成本及能源消耗， 減少環境污染， 掌握CAD/CAE/CAM 技術已成為現代工科技術人員的必備技能之一。材料成型CAD/CAE/CAM 技術涉及多門學科， 內容非常豐富。材料成型CAD 、CAM 及CAE 技術所涉及的應用軟件也相當多。為使學生對材料成型CAD/CAE/CAM 技術能夠更深入地了解， 并能借助現代數字技術實現材料成型工藝及模具（工裝）的系統化開發， 完善該課程教學內容并進行教材建設已經勢在必行。
1 教學內容的改革
1 .1 原有教材存在的弊端
“材料成型CAD/CAE/CAM” 課程是對傳統的專業基礎課程如“ 模具CAD/CAM” 、“ 鑄造工藝CAD”及“計算機輔助焊接技術”等的有機整合、擴展及補充， 是為了滿足教學改革及改造傳統材料成型工藝方法的需要設置的。“材料成型CAD/CAE/CAM”課程的教學內容絕對不是傳統專業課的簡單組合， 傳統專業課教材已無法滿足新的教學內容的需要， 在課程內容及材料成型CAE 新技術的應用上存在明顯的弊端。
“模具CAD/CAM” 課程主要講授模具計算機輔助設計和模具制造技術（CAD/CAM）的理論與方法。論述了其中的基本知識，CAD/CAM 系統的軟、硬件構成， 常用的CAD 軟件以及軟件二次開發技術在模具領域的應用， 同時介紹了與模具CAD/CAM 技術相關的一些新技術， 如高速加工技術、逆向工程技術、快速成型技術和虛擬制造技術等�！拌T造工藝CAD”主要講授計算機輔助設計和制造技術（CAD/CAM）的理論與方法，CAD/CAM 系統的硬件構成， 常用的CAD 軟件以及軟件二次開發技術在鑄造領域的應用， 并對鑄造工藝的CAD過程作了較為詳細的論述。
“計算機輔助焊接技術” 對焊接專家系統、焊接數據庫系統、計算機在定量焊接冶金中的應用、焊接過程信息處理的.計算機輔助技術、CAD 技術在焊接生產中的應用等方面進行了論述。隨著專業調整， 原有的課程體系及教學內容，已經無法滿足新時期制造業短周期、低成本、高技術對材料成型工程技術人員的需求。原有教材的簡單組合也已經無法滿足教學需要， 因此必須針對現代制造對人才技能的需求， 對傳統的教學內容進行整合， 對原有教材中缺乏的材料成型仿真技術及其應用方面的內容進行補充及擴展， 加強對材料成型CAE 技術理論知識及工程應用的介紹， 規劃并編寫教學改革和含有學科前沿應用的專業的“材料成型CAD/CAE/CAM”教材。
1 .2 現有教學內容及講義的特點
材料成型CAD/CAE/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Engineering /Computer AidedManufacturing）， 即材料成型計算機輔助設計、輔助工程與計算機輔助制造技術， 是一門基于計算機技術發展起來的、多學科綜合性的技術。掌握材料成型CAD/CAE/CAM 技術的基礎知識及基本原理， 應用相應的軟件進行材料成型工藝設計及開發， 是現代新產品、新工藝開發對工程技術人員提出的基本要求， 也是材料成型加工技術人員應該具備的基本技能。
新的教學大綱及教學內容緊密結合材料成型及控制專業本科教學的需要， 著重于基礎理論的研究和基本技術的應用， 將材料成型CAD/CAE/CAM 技術所解決的最新科研成果及學科前沿知識引入課堂教學。為了加強學生對材料成型CAD/CAE/CAM 技術理論與實踐的有機融合， 結合課堂教學， 設置了綜合實驗進行實踐教學。實行教、學、做合一， 手、腦、機并用的教學模式。
從內容上， 將材料成型及控制專業學生應該掌握的“鑄造工藝CAD” 、“模具/CAD/CAM” 、“金屬塑性成型仿真” 、“鑄造工程的模擬仿真與質量控制”及“焊接專家系統” 等進行合理整合、刪減， 通過近四年的教學實踐， 確立了新的課程體系。提煉了原鑄、鍛、焊專業CAD/CAM 的關鍵技術， 刪除了一些陳舊過時的內容， 新增了CAD 關鍵技術中的參數化和變量化造型技術， 新增了鑄造CAE 、體積成型CAE 、板成型CAE 及焊接CAE 等技術基礎及其應用， 并介紹了材料成型各種工藝主要商品化CAE 軟件的功能及取得的主要成果。通過歸納提煉， 更新課程內容50 ～ 55 %；通過上機實踐、教學參觀、生產實習等， 與其他教學環節結合， 滿足了高質量教學的需要。目前已經形成了基礎理論課、實驗課、學生課外第二課堂學習多種方法結合的課程教學模式。
本教材是一種新型教材， 對材料成型技術基礎課程在教授體系上有所變化， 能較好地適應專業合并、拓寬基礎后材料成型CAD/CAE/CAM 課程教學的需要， 是面向21 世紀材料成型系列教材課程改革的重要成果。
教學內容的改革與建設是圍繞新的課程體系及教學大綱需要展開的， 突出了基礎與現代技術的內容相結合、理論基礎內容與實踐相結合的特點。教學內容的改革是完成教學培養目標的關鍵，通過編寫“材料成型CAD/CAE/CAM”校內講義， 并經過三年多的課堂教學實踐， 更好地完善了該課程的建設。
2 教學手段的改革及實踐
2 .1 原有教學形式存在的問題
傳統的“填鴨式” 教學， 對于材料成型CAD/CAE/CAM 技術的學習有較大的阻礙。由于該課程涉及的理論基礎知識面廣、材料成型工藝方法種類繁多。同時CAD 、CAE 及CAM 技術又是實踐性很強的課程。單純依靠板書和掛圖， 在48 學時的理論課程內， 向學生傳遞和講授的知識范圍有限，而且學生也無法獲得易于理解的感性的認識。這種光說不練的教學模式， 往往無法調動學生的學習積極性， 更無法實現培養“厚基礎， 寬專業， 重能力”的目標。
2 .2 啟發式教學， 注重應用與實踐
針對傳統“填鴨式”教學的弊端， 改進教學方法。在教學方法上積極采用“啟發式”教學模式。教學中， 盡量將學生從傳授式學習引導為自主性學習， 課堂上更多地進行師生之間的交流與互動。在課外， 通過布置“項目開發類” 作業的方式， 培養學生的自主學習能力和團隊合作精神， 改變以往填鴨式教學的不足， 把學習的主動權交給學生。在教學內容上， 正確處理傳統教學內容與現代設計理論知識的關系。根據國家教委教學改革精神， 淡化了CAD 數據處理方面的內容， 強化了材料成型CAD/CAE/CAM 技術在工程設計中的具體應用， 擴大了學生的知識面。在傳授材料成型CAE技術基礎知識時， 將該技術在工程領域中取得的最新科研成果帶入課堂， 強化了學生對前沿知識的了解。在“材料成型CAD/CAE/CAM”課堂教學中逐步引入現代設計方法及理論， 如創新設計、材料成型CAE 模擬實例等內容， 以及與本課程相關的新的材料成型CAD 建模技術、材料成型CAE 技術及材料成型裝備加工的CAM 技術等。從而擴大學生的知識面和對世界前沿技術的了解。
在課堂教學中， 介紹當今材料成型領域先進的設計、分析軟件， 如UGNX 、DEFORM 、DYNAFOR 、PRO —CAST 及Master CAM 等。在實驗教學環節，注重學生對現代設計方法應用能力的培養與實踐， 加強學生計算機應用能力的訓練， 應用相應軟件實現產品成型工藝分析及模具設計的數字化過程。以齒輪坯鍛造工藝開發為例， 首先利用UGNX完成齒輪坯三維實體建模， 借助開發的鍛模CAD系統實現齒輪坯工藝開發及模具設計， 利用DEFORM—3D 軟件對齒輪坯的成型過程進行仿真， 通過分析預測缺陷， 進行成型工藝及模具參數的優化， 利用Master CAM 軟件對所設計的模具型腔的加工過程進行仿真。通過上述過程的訓練， 使學生更好地理解現代數字化技術對改造傳統成型工藝的重要性。
2 .3 改革教學手段， 合理使用多媒體教學
在教學手段上， 積極開展多媒體教學�！安牧铣尚虲AD/CAE/CAM”課程涉及的知識面廣， 成型工藝多， 如鍛造工藝、沖壓工藝、焊接工藝、塑料注射成型工藝、鑄造工藝等， 需要信息量大， 而且實踐性很強。由于學生工程實踐知識薄弱， 在教學中加強學生的感性認識尤為重要。將多媒體課件引進課堂教學， 將自制的各種成型工藝原理及科研成果的動畫引入到多媒體課件中， 將課程中的重點、難點以及理解起來吃力的內容表現得形象生動， 既可以調動學生的學習積極性， 又可以增強學生對各種工藝及知識難點的感性認識。教學實踐結果表明， 合理使用多媒體教學后， 在課堂教學中取得了較好的教學效果。
2 .4 產學研結合的教學實踐
知識、能力、素質一體化的實習教學基地對于工科學生的培養非常重要。學校分別與長安、建設及嘉陵等集團公司建立了產、學、研結合的教育基地供學生參觀實習。學校的根本任務是為社會及企業培養其所需要的人才， 理論教學和實踐教學是向學生傳授知識的有效手段， 如何提高教學質量和人才培養質量是學校生存和發展的生命線�？蒲信c教學工作向來是相輔相成的， 以科研促教學， 以科研帶動學校、學科的發展已成為高等院校辦學的一項基本戰略， 它體現了高校發展的綜合實力。科研工作對如何促進教學、提高教學質量和人才培養質量起著關鍵作用[ 3—5] 。將最新的科研成果引進課堂， 使學生了解學科發展的前沿及關鍵技術， 可以有效培養學生專業學習興趣。
金屬塑性成型模擬是材料加工工程專業研究的一個重要研究方向， 也是現在的一個研究熱點。在這個方向上我們取得了大量科研成果并培養了8 名博士研究生（已經有兩名取得了博士學位）和40 多名碩士研究生。其研究成果廣泛應用于汽車、摩托車等關鍵零件的體積成型和板成型工藝及模具研究中。在本科教學中， 為了更好地達到理論教學與實踐相結合的效果， 將眾多的科研成果應用于教學， 調動學生的學習積極性， 提高了教學質量， 獲得了較好的教學效果。如在講授材料成型CAE 關鍵技術及應用的教學活動中， 借助模擬軟件， 通過上機操作使學生感受到塑性力學和有限元知識的重要性， 并提高了學生的計算機應用能力。3 實驗教學及考試方式的改革
在實驗教學中， 設置了設計型和綜合型兩種不同層次的綜合型實驗。將設計型實驗組合在一個實驗模塊中， 形成了涵蓋工藝及模具設計、成型過程模擬和數控加工過程仿真的綜合實驗�？墒箤W生得到產品結構及工藝分析、工藝設計、模具設計、三維實體建模、成型工藝過程模擬、模具加工過程仿真等實際訓練， 從而驗證、豐富和深化所學的專業理論知識。同時， 為了拓寬專業知識、培養創新思維方式提供了條件， 使學生在知識、能力和素質三方面均受到良好訓練和培養， 提高了學生的創新意識、實踐能力和綜合素質。在實驗教學手段上， 采用現代化教學手段， 借助網絡教學的特點， 實現設計實驗與綜合型實驗的開展。
考試是整個課程教學的一個重要方面， 是對學生已學內容理解、掌握的重要考核手段。從某種意義上講， 考試是指揮棒， 它決定了學生的學習方法及學習重點傾向。原來以試卷為主的考試方式無法對學生所學的內容做全面的評價。針對這些問題， 改革考試方式， 由試卷成績與平時成績（包括實驗成績和作業成績）的總和作為最后的課程成績。試卷內容注重基本知識和基礎理論的理解與應用；而實驗和平時作業以解決實際問題的能力、創新能力為主， 對學生進行全面綜合考核， 以達到“厚基礎， 寬專業， 重能力”的教學目的。幾年來， 我們圍繞素質教育， 把教改重點放在內涵建設與改革上， 以培養學生創新能力為主線，注重引入現代設計方法， 圍繞“厚基礎， 寬專業， 重能力”這個主題， 在教材內容、教學方法、課程設計、實驗改革、培養學生解決實際問題能力和創新能力等諸多方面作了一系列探索和改革， 取得了較好的成績。
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