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摘要以培养材料成型及控制工程专业学生CAD/CAM/CAE应用能力为目标,提出在材料成型CAD/CAM/CAE课程教学中采用项目驱动教学模式,以提高教学效果。采用项目驱动教学法有利于学生培养应用CAD/ CAM/CAE来分析、解决工程实际问题的能力,建立具备一定CAD/CAM/CAE技术的现代机械设计理念。
中图分类号:G426文献标识码:A
随着制造业的飞速发展,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/CAM/CAE技术已成为现代工程技术人员的必备技能之一。①②③但是,在制造业从业人员中,CAD/CAM/CAE专业技术人才寥寥无几,已直接影响制造业的发展、产品更新换代以及市场竞争能力。因而,培养掌握CAD/CAM/CAE的人才,已成为当务之急。
1 当前材料成型CAD/CAM/CAE教学中存在的问题
(1)课程体系不健全,CAD/CAM/CAE教学尚未走出传统教学模式,过分强调其学科性,没能形成“以能力为导向”的课程体系,与社会实际需求脱节。
(2)CAD/CAM/CAE实践教学体系不完善,教学设施投入严重不足,教学质量难以提高。材料成型及控制工程专业CAD/CAM/CAE涉及内容繁多,且具有知识密集、学科交叉、综合性强等特点。但当前在高等教育大众化的背景下,各高校都大大压缩课程课时,出现理论教学挤占实践教学的时间,从而削弱了CAD/CAM/CAE实践教学的功能与效用。
(3)对CAD/CAM/CAE认识有所欠缺。有些院校把CAD/CAM/CAE教学仅仅视为教会学生使用某几种软件,而忽略了CAD/CAM/CAE本身的理论基础,导致学生的CAD/CAM/CAE能力与专业结合不够,造成学生仅仅会用某些软件,而不知道在工程实际中如何去使用CAD/CAM/CAE,反映了学生CAD/CAM/CAE综合应用能力不强。
(4)材料成型CAD/CAM/CAE教学内容落后,无法跟上CAD/CAM/CAE技术发展速度,同样教学中与企业实际结合不够,使学生没有工程实践的感觉,缺少相应的CAD/CAM/CAE工程训练,这些都将影响教学质量的提高,不利于学生CAD/CAM/CAE应用能力的提高。
2 项目驱动教学模式的构建
項目驱动教学是以项目为主体的职业为引导的教学方式,其按照课程内容和教学大纲的具体要求,紧跟理论和技术的最新前沿,结合企业与社会实际应用的需求,针对学生的特点,将传统学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目,并围绕着具体的教学项目来组织和展开教学任务,使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。④⑤整个教学过程中,学生通过主动探究活动,完成指定项目,并同时学习新知识,在实践操作中应用已有的专业知识,达到培养发现问题和解决问题的能力,是一种“真刀实枪”的演练。学生在材料成型CAD/CAM/CAE项目教学实践过程中,应根据课程要求的知识和技能,体验创新的艰辛与乐趣,进而培养分析和解决问题的能力、团队合作能力。
2.1 教学项目的设计
项目教学法成功的关键在于教学项目的设计,教师必须根据学生特点、教学内容和目的,提出一个或几个项目任务的设想,然后和学生一起讨论,最终确定项目的目标和任务。设计项目时要考虑项目的大小、知识点的含量、前后的联系,注意分散重点、难点。⑤如在材料成型CAD/CAM/CAE课程中,我们选取了“鼠标外壳注塑模”、“水管三通接头注塑模”、“油盘冲压模”、“柴油机曲轴锻模”等项目。在项目开展之前,教师需要向学生明确目标是什么、需要解决的问题有哪些、关键在哪里。
2.2 项目计划及实施
材料成型CAD/CAM/CAE项目驱动教学以工程应用为导向可分为若干个子项目。学生以小组方式工作,每个小组确定一个组长,组织本组学生对项目进行讨论,选出项目实施的最佳方案,并确定每位学生的分工。项目进行中,按计划在各个阶段组织相应的展示、宣讲活动,以促进学生在组与组之间的交流。下面以“鼠标外壳注塑模”项目为例说明材料成型CAD/CAM/CAE项目驱动教学的实施过程。根据教学要求,“鼠标外壳注塑模”项目可分为鼠标外壳三维造型、鼠标外壳注塑件模流分析、鼠标外壳注塑模具结构设计和型芯型腔的数控仿真加工四个子项目。
子项目Ⅰ:鼠标外壳三维造型
学生利用Pro/E、UG、CATIA等CAD软件完成鼠标外壳三维造型。此子项目的实施,主要培养学生CAD能力,其主要包括草图绘图、曲线造型、曲面造型、特征设计等。
子项目Ⅱ:鼠标外壳注塑件模流分析
在本子项目中,学生首先需要掌握模流分析的过程、分析的目的。然后在Moldflow软件中导入子项目Ⅰ中完成的鼠标外壳三维模型,划分网格,进行浇口位置分(下转第39页)(上接第29页)析,得出最佳浇口位置,为初步确定模具结构做准备;进行填充分析、流动分析、冷却分析、翘曲分析,优化模具结构。此子项目主要培养学生CAE能力,使学生了解并掌握有限元法的原理,能够利用Moldflow软件完成模流分析,为模具设计提供依据。
子项目Ⅲ:鼠标外壳注塑模具结构设计
在本子项目中,学生可利用Pro/E、UG等软件的模具设计模块,并结合子项目Ⅱ中得到的浇口位置分析结果和塑件要求,在计算机中完成模具的具体结构设计,其主要包括分型面选定、型腔布置、型芯型腔的结构和固定方式、浇注系统和冷却系统、脱模结构等。此子项目的实施,可培养学生利用CAD软件完成模具设计的能力,并能结合CAE的分析结果优化设计,提高学生CAD/CAE综合能力。
子项目Ⅳ:型芯型腔的数控仿真加工
在完成上述模具结构设计后,学生可利用Pro/E、UG、MasterCAM等软件对型芯、型腔零件进行数控仿真加工,并自动生成NC代码。通过此子项目的实施,可培养学生CAM能力,掌握在工程中如何利用计算机辅助我们完成一些零件制造。
2.3 项目评估
项目评估阶段是对整个项目教学实施情况的验收,先由学生自己进行自我评估,之后再由教师对项目工作进行检查。根据材料成型CAD/CAM/CAE的特点,对学生的评价应关注学生灵活掌握各种CAD/CAM/CAE应用软件的情况以及解决实际问题的能力。成绩评定要将平时、阶段成果、最终结果相结合,主要根据每个学生在该项活动中的参与程度、所起作用、合作能力及成果等进行评价。在实施过程中,学生每完成一个子项目或一项任务,都要进行交流、展示,及时对学生的学习情况作出评价,师生共同讨论,一起评判在项目工作中出现的问题、学生解决处理问题的方法等。
3 结束语
实践证明,材料成型CAD/CAM/CAE的项目驱动教学模式,凸显学生职业能力培养,使学生明确学习目标,充分激发学生学习的主动性和创新能力。不仅提高学生的学习效果,保证教学质量,而且培养了学生团队合作意识和CAD/CAM/CAE工程应用能力,锻炼学生处理解决实际问题的能力。
基金项目:浙江省教育科学规划研究课题(2010年度)《构建适应区域经济发展的材料成型及控制工程专业CAD/CAM/CAE课程体系探索与实践》(项目编号:SCG343)
注释
①王梦寒,周杰.材料成型 CAD/CAE/CAM 课程教学改革[J].重庆工学院学报, 2007.21(17):163-166.
②刘广君.民族院校工科专业开设CAD/CAM/CAE课程的探讨[J].中国电力教育, 2009(1):118-119.
③邝卫华,夏军英. CAD/CAM/CAE课程教学改革探讨[J].成都教育学院学报, 2006.20(8):76-78.
④肖莉.项目驱动教学法在 AutoCAD 课程中的应用[J].中国教育技术装备, 2009(15):32-33.
⑤刘秀敏,石兰月.职业教育中项目驱动学习模式的构建策略探究[J].成人教育, 2009(10):52-53.
中图分类号:G426文献标识码:A
随着制造业的飞速发展,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/CAM/CAE技术已成为现代工程技术人员的必备技能之一。①②③但是,在制造业从业人员中,CAD/CAM/CAE专业技术人才寥寥无几,已直接影响制造业的发展、产品更新换代以及市场竞争能力。因而,培养掌握CAD/CAM/CAE的人才,已成为当务之急。
1 当前材料成型CAD/CAM/CAE教学中存在的问题
(1)课程体系不健全,CAD/CAM/CAE教学尚未走出传统教学模式,过分强调其学科性,没能形成“以能力为导向”的课程体系,与社会实际需求脱节。
(2)CAD/CAM/CAE实践教学体系不完善,教学设施投入严重不足,教学质量难以提高。材料成型及控制工程专业CAD/CAM/CAE涉及内容繁多,且具有知识密集、学科交叉、综合性强等特点。但当前在高等教育大众化的背景下,各高校都大大压缩课程课时,出现理论教学挤占实践教学的时间,从而削弱了CAD/CAM/CAE实践教学的功能与效用。
(3)对CAD/CAM/CAE认识有所欠缺。有些院校把CAD/CAM/CAE教学仅仅视为教会学生使用某几种软件,而忽略了CAD/CAM/CAE本身的理论基础,导致学生的CAD/CAM/CAE能力与专业结合不够,造成学生仅仅会用某些软件,而不知道在工程实际中如何去使用CAD/CAM/CAE,反映了学生CAD/CAM/CAE综合应用能力不强。
(4)材料成型CAD/CAM/CAE教学内容落后,无法跟上CAD/CAM/CAE技术发展速度,同样教学中与企业实际结合不够,使学生没有工程实践的感觉,缺少相应的CAD/CAM/CAE工程训练,这些都将影响教学质量的提高,不利于学生CAD/CAM/CAE应用能力的提高。
2 项目驱动教学模式的构建
項目驱动教学是以项目为主体的职业为引导的教学方式,其按照课程内容和教学大纲的具体要求,紧跟理论和技术的最新前沿,结合企业与社会实际应用的需求,针对学生的特点,将传统学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目,并围绕着具体的教学项目来组织和展开教学任务,使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。④⑤整个教学过程中,学生通过主动探究活动,完成指定项目,并同时学习新知识,在实践操作中应用已有的专业知识,达到培养发现问题和解决问题的能力,是一种“真刀实枪”的演练。学生在材料成型CAD/CAM/CAE项目教学实践过程中,应根据课程要求的知识和技能,体验创新的艰辛与乐趣,进而培养分析和解决问题的能力、团队合作能力。
2.1 教学项目的设计
项目教学法成功的关键在于教学项目的设计,教师必须根据学生特点、教学内容和目的,提出一个或几个项目任务的设想,然后和学生一起讨论,最终确定项目的目标和任务。设计项目时要考虑项目的大小、知识点的含量、前后的联系,注意分散重点、难点。⑤如在材料成型CAD/CAM/CAE课程中,我们选取了“鼠标外壳注塑模”、“水管三通接头注塑模”、“油盘冲压模”、“柴油机曲轴锻模”等项目。在项目开展之前,教师需要向学生明确目标是什么、需要解决的问题有哪些、关键在哪里。
2.2 项目计划及实施
材料成型CAD/CAM/CAE项目驱动教学以工程应用为导向可分为若干个子项目。学生以小组方式工作,每个小组确定一个组长,组织本组学生对项目进行讨论,选出项目实施的最佳方案,并确定每位学生的分工。项目进行中,按计划在各个阶段组织相应的展示、宣讲活动,以促进学生在组与组之间的交流。下面以“鼠标外壳注塑模”项目为例说明材料成型CAD/CAM/CAE项目驱动教学的实施过程。根据教学要求,“鼠标外壳注塑模”项目可分为鼠标外壳三维造型、鼠标外壳注塑件模流分析、鼠标外壳注塑模具结构设计和型芯型腔的数控仿真加工四个子项目。
子项目Ⅰ:鼠标外壳三维造型
学生利用Pro/E、UG、CATIA等CAD软件完成鼠标外壳三维造型。此子项目的实施,主要培养学生CAD能力,其主要包括草图绘图、曲线造型、曲面造型、特征设计等。
子项目Ⅱ:鼠标外壳注塑件模流分析
在本子项目中,学生首先需要掌握模流分析的过程、分析的目的。然后在Moldflow软件中导入子项目Ⅰ中完成的鼠标外壳三维模型,划分网格,进行浇口位置分(下转第39页)(上接第29页)析,得出最佳浇口位置,为初步确定模具结构做准备;进行填充分析、流动分析、冷却分析、翘曲分析,优化模具结构。此子项目主要培养学生CAE能力,使学生了解并掌握有限元法的原理,能够利用Moldflow软件完成模流分析,为模具设计提供依据。
子项目Ⅲ:鼠标外壳注塑模具结构设计
在本子项目中,学生可利用Pro/E、UG等软件的模具设计模块,并结合子项目Ⅱ中得到的浇口位置分析结果和塑件要求,在计算机中完成模具的具体结构设计,其主要包括分型面选定、型腔布置、型芯型腔的结构和固定方式、浇注系统和冷却系统、脱模结构等。此子项目的实施,可培养学生利用CAD软件完成模具设计的能力,并能结合CAE的分析结果优化设计,提高学生CAD/CAE综合能力。
子项目Ⅳ:型芯型腔的数控仿真加工
在完成上述模具结构设计后,学生可利用Pro/E、UG、MasterCAM等软件对型芯、型腔零件进行数控仿真加工,并自动生成NC代码。通过此子项目的实施,可培养学生CAM能力,掌握在工程中如何利用计算机辅助我们完成一些零件制造。
2.3 项目评估
项目评估阶段是对整个项目教学实施情况的验收,先由学生自己进行自我评估,之后再由教师对项目工作进行检查。根据材料成型CAD/CAM/CAE的特点,对学生的评价应关注学生灵活掌握各种CAD/CAM/CAE应用软件的情况以及解决实际问题的能力。成绩评定要将平时、阶段成果、最终结果相结合,主要根据每个学生在该项活动中的参与程度、所起作用、合作能力及成果等进行评价。在实施过程中,学生每完成一个子项目或一项任务,都要进行交流、展示,及时对学生的学习情况作出评价,师生共同讨论,一起评判在项目工作中出现的问题、学生解决处理问题的方法等。
3 结束语
实践证明,材料成型CAD/CAM/CAE的项目驱动教学模式,凸显学生职业能力培养,使学生明确学习目标,充分激发学生学习的主动性和创新能力。不仅提高学生的学习效果,保证教学质量,而且培养了学生团队合作意识和CAD/CAM/CAE工程应用能力,锻炼学生处理解决实际问题的能力。
基金项目:浙江省教育科学规划研究课题(2010年度)《构建适应区域经济发展的材料成型及控制工程专业CAD/CAM/CAE课程体系探索与实践》(项目编号:SCG343)
注释
①王梦寒,周杰.材料成型 CAD/CAE/CAM 课程教学改革[J].重庆工学院学报, 2007.21(17):163-166.
②刘广君.民族院校工科专业开设CAD/CAM/CAE课程的探讨[J].中国电力教育, 2009(1):118-119.
③邝卫华,夏军英. CAD/CAM/CAE课程教学改革探讨[J].成都教育学院学报, 2006.20(8):76-78.
④肖莉.项目驱动教学法在 AutoCAD 课程中的应用[J].中国教育技术装备, 2009(15):32-33.
⑤刘秀敏,石兰月.职业教育中项目驱动学习模式的构建策略探究[J].成人教育, 2009(10):52-53.