计算机辅助设计课程教学方法的探讨
上海理工大学机械工程学院 王新华 陈彩凤
[摘要] 本文对计算机辅助设计课程的教学方法进行了详细的分析与探讨，结合实际产品设计过程中积累的一些体会和经验，提出了具有一定建设性的切实可行的教学方法和合理化建议，为计算机辅助设计课程教学提供一些有益的参考，提高了课程的实践性和应用性。
[关键词] 计算机辅助设计 教学方法探讨
一、概述
计算机辅助设计课程是机械类近机类专业的一门重要的技术基础课程，为适应产品设计的快速发展，优化产品设计结构，提高产品设计效率，该门课程的学习对今后从事产品设计的学生来说至关重要。根据多年的教学发现，学生对于该门课程的学习积极性并不是很高，旷课迟到的现象时有发生。经与学生座谈，问卷调查，了解到学生对于该门课程内容和体系的设臵大多不感兴趣，认为所学内容与以后从事的工作脱节较为严重。教学团队对该门课程进行了细致深入地探讨，大刀阔斧地对计算机辅助设计课程的教学内容和体系进行了改革，提出了一套行之有效的方法和教学思路，并在教学过程中加以应用，获得良好的教学效果，促进了我校计算机辅助设计课程的精品建设。
二、计算机辅助设计课程建设的思路和规划
（一）精心规划教学内容，改变广而不精的现象
以前的计算机辅助设计课程，通常存在着内容广而不精的现象，有关计算机辅助设计的内容，基本上都会在教学内容中出现，看上去学生可以学习很多内容，然而学生对于这些有关计算机辅助设计的知识通常很难精通。具体体现就是无法将学习的先进设计理念和方法运用到产品设计中，遇到具体问题往往不知如何入手，就是能够运用到实际的产品设计中，通常也是一知半解，对设计计算结果不知如何分析。
根据上述现状，教学团队组织编写了新的计算机辅助设计课程教学大纲，精心规划了教学内容，编写出版了《计算机辅助设计与制造》教材，并开通了网上教学，成功地申请到上海理工大学精品课程。配合精品课程建设，新的大纲和教材根据当前市场的设计需求，注重产品的设计需求及应用，删除了一些繁琐复杂的计算机理论知识，更新了一些新的设计理念和方法，引入了一些先进的设计软件与制造软件。
实际教学中除了原有的二维设计理论及AutoCAD软件的应用，依据当前产品设计的发展趋势，增加了通用的有限元分析软件ANSYS的学习和应用，提高了学生对产品设计的分析能力；扩展了常用三维软件的应用，如Solid Works，Pro/E,CATIA等，增强了学生三维建模的能力，将二维与三维设计融合于一体，更新了传统的设计理念，加深了对设计的理解和深化；将CAD/CAPP/CAM/PDM知
识融会教学并应用。精心规划的教学内容，真正体现了产品的设计过程和思路，将设计与制造融会贯通。通过学习学生对产品设计与制造的先进理念和体系有了一个全面的了解和掌握，实时把握产品设计的发展方向。
具体教学过程中，学生可以根据自己的专业背景，选学不同的编程与绘图软件。对于三维绘图软件，模具专业的学生可以选学UG软件，汽车专业的学生可以学习CATIA，而其它专业的学生可以学习更为方便实用的Solid Works软件，当然也可以选择Pro/E软件，每个至少精通一门三维软件的应用；而编程软件根据学生的具体情况，可以分别选学Visual C或VisualB.NET。这样将学习内容与学生以后从事的工作和兴趣结合起来，做到学有所用，学有所好。
（二）面向实际工程项目，开展系统教学模式
计算机辅助设计课程实用性很强，在教学中理论能否与实际设计相结合，关系到该门课程的教学成败。然而长期以来由于多方面的制约因素，该门课程理论教学学时占比过重，学生学习的多数是理论知识与概念，无法与生产实际相结合，造成了理论与实际的严重脱节。学生学习了一堆枯燥的设计理论，却无处施展，自然缺乏学习积极性，旷课迟到的现象发生就不足为奇了。
在新的教学设计中，课程将理论和上机课时重新进行分配，比例为1：1，并将理论和上机内容相适应，做到学以致用。上机内容都是实际产品的设计与分析，在上机前教师进行必要的引导，让学生独立设计与规划整个设计分析过程，培养学生独立思考和分析问题的能力，大大提高了学生的学习兴趣，丰富了教学内容，拓展了设计深度与广度。
遵循产品设计与制造的整个流程，上机安排规划从CAE，CAD到CAM涵盖了计算机辅助设计与制造的所有环节；上机安排内容均面向于实际工程结构件，学生选用三维软件首先建立产品的三维实体模型，根据需要转化成二维图形，并标注尺寸，公差及书写技术要求，最终以合格的二维工程图纸的形式提交。结合所学有限元分析软件基于所建立的三维实体模型的结构件的工况条件进行受力分析，了解正常工作状态下，产品的强度和可靠性是否满足要求。最后，利用CAM软件模拟编制加工工艺，选择虚拟刀具进行加工模拟。通过上机的教学环节，学生不仅掌握了计算机辅助设计的知识与软件，而且对产品设计制造的过程有了一个系统的了解，对设计与制造的理念更加完善。
计算机辅助设计课程后期，为让学生真正掌握所学知识和内容，在新的教学计划中安排两周的计算机设计生产实习，让学生利用所学习的知识，去分析解决实际的生产问题，锻炼学生实际解决问题的能力，发现学习中存在的问题，在实践中培养独立分析和处理设计中的问题。
配合上海市重点学科建设项目《三维动态夹具图形库的建立》，在学习完计算机辅助设计课程后，我们组织安排了部分学生参与该项目的设计与规划，教师只在方向上给予指导，学生组成开发小组，对课题进行了精心的组织与设计，完成了项目的总体设计，参数化程序编程，三维夹具图形库的建立，并以数据库的形式组织实现夹具的参数化设计。项目获得上海理工大学教学成果三等奖，学生不仅将所学知识运用到实际的课题项目中，而且培养了组织和规划研究课题的能力。
（三）注重课程的延续性，培养学生创新能力
新的教学模式中将计算机辅助设计课程学习贯穿于大学四年的整个学习过程中，而不仅仅是一门课程而已。这是一个全新的培养理念，它将计算机辅助设计与各专业课的学习有机的结合起来，将先进的设计方法和理念应用于各专业学科，拓展了学习深度与广度，使该门课程的学习得到了延续，也丰富了其它课程的学习。
例如笔者在中德学院的机械零件课程设计中，率先打破原有的设计模式，将计算机辅助设计的内容贯穿于整个课程设计之中，改变了过去单一的设计模式和陈旧思路，获得了良好的效果。具体实施是每人一项设计任务，不规定设计什么类型的减速箱，学生可以根据设计要求规划设计方案，绘图不再规定二维三维图形，软件可以自己选用，设计时间不再集中在两周内完成，让学生有足够的时间去完善自己的设计方案，也可以利用所学计算机辅助设计软件对产品进行结构优化。这样将学生学习的先进设计方法应用到课程设计中。最后学生提交的作业表明，学生的主观能动性得到充分的发挥，呈现了一些非常优秀的作品。
在学校组织的产品设计创新活动中，鼓励学生积极参与其中，在机构创新设计中，利用计算机辅助设计方法对产品设计方案与规划进行验证和优化，建立虚拟样机进行动态仿真，产生了一些具有一定实用价值与独特穿新的作品，推动了我校创新活动的深入，建立了学生创新设计平台，在各种大奖赛中屡屡获得奖励，取得了丰硕的教学成果。
配合学校毕业实践活动，让部分毕业生参加见习工程师认证考试。笔者以实际科研工程项目为背景，开展系统教学模式，学生积极报名参与。在去年的认证考级中，95%以上的参加学生顺利通过认证考试，拿到见习工程师考级证书。为今后卓越工程师的培养奠定了良好的基础。
（四）改革课程考核方式，突出综合能力测试
计算机辅助设计课程既然是一门应用课程，当然应该对学生的实际应用能力进行考核与测试，而不再是过去的理论考试。过去计算机辅助设计通常采用闭卷的考试形式，学生需背诵很多计算机辅助设计概念和理论，应用性的题目只是让学生写出相应的操作过程，没有实际的上机操作，很难综合考察学生的实际能力。学生对这种形式的考试只是应付了事，根本无法掌握计算机辅助设计课程的核心内容。
新的教学大纲将该门课程调整为开卷考试，理论测试与上机考核相结合。理论测试都是一些利用计算机辅助设计的概念和理论去组织分析生产中存在的一些设计问题，不是仅仅记住一些抽象的理论就能轻易解决的问题，而是要求学生综合所学知识去分析和规划，这样才能真正考核一个学生的实际能力，调动学生的学习积极性。理论考核统一进行测试，而上机考试内容和方式各教学老师根据实际情况可以自行调整和安排。一般上机考试不再局限于最后集中测试，教师可以根据学生平时的上机情况，实时掌握学生的设计能力和水平，客观真正地评判学生的学习成绩。具体实施中，平时上机的考核显得尤为重要，因为大部分的操作与设计都是在这个时间内完成的，学生的能力水平从平时的上机作业中可以很好地体现出来，教师可以每次的上机进行跟踪考察，最后的上机考试只是考核学生综合分析问题的能力。通过平时和考试的综合测试，学生的能力自然可以得到更客观地评价。
三.总结
综上所述，我校的计算机辅助设计课程教学配合精品课程建设，打破了原有的教学观念，与时俱进，积极进取，进行了深入的改革和实践，适应了产品设计技术的发展趋势，改变了过去那种与市场严重脱节的教学模式。通过不断的摸索和实践，教师的教学方法和思路也在不断的完善，培养的人才素质得到提高。毕业学生逐渐得到用人单位的认可和好评，说明我们的培养思路和模式真正走上了正规。当然随着科学技术的发展，计算机辅助设计课程的教学改革仍然任重而道远。只有不断创新和改革，才能真正培养出具有创新能力的合格人才，提高我国先进设计与制造的水平。
[参考文献]
[1] 殷国富主编《计算机辅助设计与制造技术原理及应用》四川大学出版社 2001年11月
[2] 仲梁维 张国全主编《计算机辅助设计与制造》北京大学出版社2006年08月
[3] 邱宣怀 主编《机械设计》高等教育出版社1997年07月
[4] 黄胜伟 主编《计算机辅助设计（CAD）》科学出版社 2002年
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本文的研究受到（1）教育部特色专业建设项目（TS10222）；（2）上海理工大学“计算机辅助设计”精品课程建设项目的资助
作者：王新华，男，出生于1969年9月，上海理工大学机械工程学院讲师，工学硕士，研究方向机械设计及理论，发表科研论文数十篇。
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