浅谈材料成型CAD/CAE/CAM 课程教学改革论文
为适应国家教育改革形势的需要， 在“厚基础， 宽专业， 重能力”的指导思想下， 全国大部分院校进行了专业调整与教学改革。材料成型及控制工程专业就是将传统的铸造、锻压及焊接3 个专业整合的新专业。按照新的培养目标， 对原课程体系中的“模具CAD/CAM” 、“铸造工艺CAD” 及“计算机辅助焊接技术” 等专业课进行了专业调整。结合现代材料成型工艺开发的新手段， 将成型工艺过程仿真技术引入课堂， 设置了“ 材料成型CAD/CAE/CAM”课程。
在现代制造技术中， 为提高产品质量， 缩短生产周期， 降低产品开发成本及能源消耗， 减少环境污染， 掌握CAD/CAE/CAM 技术已成为现代工科技术人员的必备技能之一。材料成型CAD/CAE/CAM 技术涉及多门学科， 内容非常丰富。材料成型CAD 、CAM 及CAE 技术所涉及的应用软件也相当多。为使学生对材料成型CAD/CAE/CAM 技术能够更深入地了解， 并能借助现代数字技术实现材料成型工艺及模具（工装）的系统化开发， 完善该课程教学内容并进行教材建设已经势在必行。
1 教学内容的改革
1 .1 原有教材存在的弊端
“材料成型CAD/CAE/CAM” 课程是对传统的专业基础课程如“ 模具CAD/CAM” 、“ 铸造工艺CAD”及“计算机辅助焊接技术”等的有机整合、扩展及补充， 是为了满足教学改革及改造传统材料成型工艺方法的需要设置的。“材料成型CAD/CAE/CAM”课程的教学内容绝对不是传统专业课的简单组合， 传统专业课教材已无法满足新的教学内容的需要， 在课程内容及材料成型CAE 新技术的应用上存在明显的弊端。
“模具CAD/CAM” 课程主要讲授模具计算机辅助设计和模具制造技术（CAD/CAM）的理论与方法。论述了其中的基本知识，CAD/CAM 系统的软、硬件构成， 常用的CAD 软件以及软件二次开发技术在模具领域的应用， 同时介绍了与模具CAD/CAM 技术相关的一些新技术， 如高速加工技术、逆向工程技术、快速成型技术和虚拟制造技术等。“铸造工艺CAD”主要讲授计算机辅助设计和制造技术（CAD/CAM）的理论与方法，CAD/CAM 系统的硬件构成， 常用的CAD 软件以及软件二次开发技术在铸造领域的应用， 并对铸造工艺的CAD过程作了较为详细的论述。
“计算机辅助焊接技术” 对焊接专家系统、焊接数据库系统、计算机在定量焊接冶金中的应用、焊接过程信息处理的.计算机辅助技术、CAD 技术在焊接生产中的应用等方面进行了论述。随着专业调整， 原有的课程体系及教学内容，已经无法满足新时期制造业短周期、低成本、高技术对材料成型工程技术人员的需求。原有教材的简单组合也已经无法满足教学需要， 因此必须针对现代制造对人才技能的需求， 对传统的教学内容进行整合， 对原有教材中缺乏的材料成型仿真技术及其应用方面的内容进行补充及扩展， 加强对材料成型CAE 技术理论知识及工程应用的介绍， 规划并编写教学改革和含有学科前沿应用的专业的“材料成型CAD/CAE/CAM”教材。
1 .2 现有教学内容及讲义的特点
材料成型CAD/CAE/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Engineering /Computer AidedManufacturing）， 即材料成型计算机辅助设计、辅助工程与计算机辅助制造技术， 是一门基于计算机技术发展起来的、多学科综合性的技术。掌握材料成型CAD/CAE/CAM 技术的基础知识及基本原理， 应用相应的软件进行材料成型工艺设计及开发， 是现代新产品、新工艺开发对工程技术人员提出的基本要求， 也是材料成型加工技术人员应该具备的基本技能。
新的教学大纲及教学内容紧密结合材料成型及控制专业本科教学的需要， 着重于基础理论的研究和基本技术的应用， 将材料成型CAD/CAE/CAM 技术所解决的最新科研成果及学科前沿知识引入课堂教学。为了加强学生对材料成型CAD/CAE/CAM 技术理论与实践的有机融合， 结合课堂教学， 设置了综合实验进行实践教学。实行教、学、做合一， 手、脑、机并用的教学模式。
从内容上， 将材料成型及控制专业学生应该掌握的“铸造工艺CAD” 、“模具/CAD/CAM” 、“金属塑性成型仿真” 、“铸造工程的模拟仿真与质量控制”及“焊接专家系统” 等进行合理整合、删减， 通过近四年的教学实践， 确立了新的课程体系。提炼了原铸、锻、焊专业CAD/CAM 的关键技术， 删除了一些陈旧过时的内容， 新增了CAD 关键技术中的参数化和变量化造型技术， 新增了铸造CAE 、体积成型CAE 、板成型CAE 及焊接CAE 等技术基础及其应用， 并介绍了材料成型各种工艺主要商品化CAE 软件的功能及取得的主要成果。通过归纳提炼， 更新课程内容50 ～ 55 %；通过上机实践、教学参观、生产实习等， 与其他教学环节结合， 满足了高质量教学的需要。目前已经形成了基础理论课、实验课、学生课外第二课堂学习多种方法结合的课程教学模式。
本教材是一种新型教材， 对材料成型技术基础课程在教授体系上有所变化， 能较好地适应专业合并、拓宽基础后材料成型CAD/CAE/CAM 课程教学的需要， 是面向21 世纪材料成型系列教材课程改革的重要成果。
教学内容的改革与建设是围绕新的课程体系及教学大纲需要展开的， 突出了基础与现代技术的内容相结合、理论基础内容与实践相结合的特点。教学内容的改革是完成教学培养目标的关键，通过编写“材料成型CAD/CAE/CAM”校内讲义， 并经过三年多的课堂教学实践， 更好地完善了该课程的建设。
2 教学手段的改革及实践
2 .1 原有教学形式存在的问题
传统的“填鸭式” 教学， 对于材料成型CAD/CAE/CAM 技术的学习有较大的阻碍。由于该课程涉及的理论基础知识面广、材料成型工艺方法种类繁多。同时CAD 、CAE 及CAM 技术又是实践性很强的课程。单纯依靠板书和挂图， 在48 学时的理论课程内， 向学生传递和讲授的知识范围有限，而且学生也无法获得易于理解的感性的认识。这种光说不练的教学模式， 往往无法调动学生的学习积极性， 更无法实现培养“厚基础， 宽专业， 重能力”的目标。
2 .2 启发式教学， 注重应用与实践
针对传统“填鸭式”教学的弊端， 改进教学方法。在教学方法上积极采用“启发式”教学模式。教学中， 尽量将学生从传授式学习引导为自主性学习， 课堂上更多地进行师生之间的交流与互动。在课外， 通过布置“项目开发类” 作业的方式， 培养学生的自主学习能力和团队合作精神， 改变以往填鸭式教学的不足， 把学习的主动权交给学生。在教学内容上， 正确处理传统教学内容与现代设计理论知识的关系。根据国家教委教学改革精神， 淡化了CAD 数据处理方面的内容， 强化了材料成型CAD/CAE/CAM 技术在工程设计中的具体应用， 扩大了学生的知识面。在传授材料成型CAE技术基础知识时， 将该技术在工程领域中取得的最新科研成果带入课堂， 强化了学生对前沿知识的了解。在“材料成型CAD/CAE/CAM”课堂教学中逐步引入现代设计方法及理论， 如创新设计、材料成型CAE 模拟实例等内容， 以及与本课程相关的新的材料成型CAD 建模技术、材料成型CAE 技术及材料成型装备加工的CAM 技术等。从而扩大学生的知识面和对世界前沿技术的了解。
在课堂教学中， 介绍当今材料成型领域先进的设计、分析软件， 如UGNX 、DEFORM 、DYNAFOR 、PRO —CAST 及Master CAM 等。在实验教学环节，注重学生对现代设计方法应用能力的培养与实践， 加强学生计算机应用能力的训练， 应用相应软件实现产品成型工艺分析及模具设计的数字化过程。以齿轮坯锻造工艺开发为例， 首先利用UGNX完成齿轮坯三维实体建模， 借助开发的锻模CAD系统实现齿轮坯工艺开发及模具设计， 利用DEFORM—3D 软件对齿轮坯的成型过程进行仿真， 通过分析预测缺陷， 进行成型工艺及模具参数的优化， 利用Master CAM 软件对所设计的模具型腔的加工过程进行仿真。通过上述过程的训练， 使学生更好地理解现代数字化技术对改造传统成型工艺的重要性。
2 .3 改革教学手段， 合理使用多媒体教学
在教学手段上， 积极开展多媒体教学。“材料成型CAD/CAE/CAM”课程涉及的知识面广， 成型工艺多， 如锻造工艺、冲压工艺、焊接工艺、塑料注射成型工艺、铸造工艺等， 需要信息量大， 而且实践性很强。由于学生工程实践知识薄弱， 在教学中加强学生的感性认识尤为重要。将多媒体课件引进课堂教学， 将自制的各种成型工艺原理及科研成果的动画引入到多媒体课件中， 将课程中的重点、难点以及理解起来吃力的内容表现得形象生动， 既可以调动学生的学习积极性， 又可以增强学生对各种工艺及知识难点的感性认识。教学实践结果表明， 合理使用多媒体教学后， 在课堂教学中取得了较好的教学效果。
2 .4 产学研结合的教学实践
知识、能力、素质一体化的实习教学基地对于工科学生的培养非常重要。学校分别与长安、建设及嘉陵等集团公司建立了产、学、研结合的教育基地供学生参观实习。学校的根本任务是为社会及企业培养其所需要的人才， 理论教学和实践教学是向学生传授知识的有效手段， 如何提高教学质量和人才培养质量是学校生存和发展的生命线。科研与教学工作向来是相辅相成的， 以科研促教学， 以科研带动学校、学科的发展已成为高等院校办学的一项基本战略， 它体现了高校发展的综合实力。科研工作对如何促进教学、提高教学质量和人才培养质量起着关键作用[ 3—5] 。将最新的科研成果引进课堂， 使学生了解学科发展的前沿及关键技术， 可以有效培养学生专业学习兴趣。
金属塑性成型模拟是材料加工工程专业研究的一个重要研究方向， 也是现在的一个研究热点。在这个方向上我们取得了大量科研成果并培养了8 名博士研究生（已经有两名取得了博士学位）和40 多名硕士研究生。其研究成果广泛应用于汽车、摩托车等关键零件的体积成型和板成型工艺及模具研究中。在本科教学中， 为了更好地达到理论教学与实践相结合的效果， 将众多的科研成果应用于教学， 调动学生的学习积极性， 提高了教学质量， 获得了较好的教学效果。如在讲授材料成型CAE 关键技术及应用的教学活动中， 借助模拟软件， 通过上机操作使学生感受到塑性力学和有限元知识的重要性， 并提高了学生的计算机应用能力。3 实验教学及考试方式的改革
在实验教学中， 设置了设计型和综合型两种不同层次的综合型实验。将设计型实验组合在一个实验模块中， 形成了涵盖工艺及模具设计、成型过程模拟和数控加工过程仿真的综合实验。可使学生得到产品结构及工艺分析、工艺设计、模具设计、三维实体建模、成型工艺过程模拟、模具加工过程仿真等实际训练， 从而验证、丰富和深化所学的专业理论知识。同时， 为了拓宽专业知识、培养创新思维方式提供了条件， 使学生在知识、能力和素质三方面均受到良好训练和培养， 提高了学生的创新意识、实践能力和综合素质。在实验教学手段上， 采用现代化教学手段， 借助网络教学的特点， 实现设计实验与综合型实验的开展。
考试是整个课程教学的一个重要方面， 是对学生已学内容理解、掌握的重要考核手段。从某种意义上讲， 考试是指挥棒， 它决定了学生的学习方法及学习重点倾向。原来以试卷为主的考试方式无法对学生所学的内容做全面的评价。针对这些问题， 改革考试方式， 由试卷成绩与平时成绩（包括实验成绩和作业成绩）的总和作为最后的课程成绩。试卷内容注重基本知识和基础理论的理解与应用；而实验和平时作业以解决实际问题的能力、创新能力为主， 对学生进行全面综合考核， 以达到“厚基础， 宽专业， 重能力”的教学目的。几年来， 我们围绕素质教育， 把教改重点放在内涵建设与改革上， 以培养学生创新能力为主线，注重引入现代设计方法， 围绕“厚基础， 宽专业， 重能力”这个主题， 在教材内容、教学方法、课程设计、实验改革、培养学生解决实际问题能力和创新能力等诸多方面作了一系列探索和改革， 取得了较好的成绩。
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