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材料成型CADCAECAM课程教学改革

材料成型CAD／CAE／CAM课程教学改革

第2l卷

V01.2l

第9期

No.9

重庆工学院（自然科学版）

JournalofChongqingInstituteofTechnology（NaturalScienceEdition）

20Cr7年9月

Sep.2007

【理工科教育研究】

材料成型CAD/CAE/CAM课程教学改革.

王梦寒,周杰

（重庆大学机械工程学院,重庆4ooo44）

摘要:

提出了"材料成型CAD/CAE/CAM"课程建设的主要内容及教学改革的主要手段.即将现代

设计方法和学科前沿的科研成果引入课程教学内容,利用多媒体教学完善教学手段,开发综合性

实验以培养学生实践能力,注重对学生创新思维能力的培养.

关键词:

材料成型CAD/CAE/CAM;教学内容改革;实验教学

中图分类号:

642.44文献标识码:

A文章编号:

1671—0924（20ar7）o9—0163～04

CourseTeachingReformandPracticeofMaterialFormingCAD/CAE/CAM

WANGMeng-hart,ZHOUJie

（CollegeofMechanicalEngineering,cho~~.gUniversity,Chongqing4OOO44,China）

Abstract:

Inthispaper,themaincontentsofox）llrseconstructionandthemainmea/Isofreforminthe

teachingofComputerAidDesign,ComputerAidEngineerandComputerAidMachininginMaterialforming

areproposed.Themodemdesignmethodsandresultsofscienceresearchareintroducedintothecourseto

reformthecontents.Multimediaisusedtoenrichtheteachingmeans;syntheticexperimentsaredeveloped

totrainthepracticeabilityandcreativethinkingofstudents;andthecultivationofstudents'innovative

thinkingabilityisstressed,

Keywords:

MaterialFormingCAD/CAE/CAM;reformofteachingcontent;experimentteaching

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【lj.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/"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

收稿日期"2007—07—04.

作者简介:

王梦寒（19r75一）,女,博士,主要从事金属塑性成型仿真技术与模具技术及模具CAD/CAFJCAM的研究

l64重庆工学院

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/

Q/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（ComputerAidedDe—

siComputerAidedEngineering/ComputerAided

Manufacturing）,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

王梦寒,等:

材料成型CAD/CAE/CAM课程教学改革165

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MasterCAM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DE—

FORM一3D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MasterCAM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（3-5].

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

166重庆工学院

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

4o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[6]6.

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【7j.

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.

参考文献:

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（责任编辑周江川）