模具CAD/CAM

主讲教师：柳剑

学校：	福建信息职业技术学院
开课院系：	机械工程系
专业大类：	机械工程
开课专业：	模具设计与制造
学分：	5.5
课时：	90

《模具CAD/CAM》是随着计算机辅助技术不断发展而发展的一门课程，随着我国机床结构调整的完成，模具制造行业将越来越广泛地使用数控加工设备，目前已成为现代模具技术的核心和重要的发展方向。现在模具及相关企业已经充分运用该技术到生产实践中，并且在整个大机械行业中计算机辅助技术也日趋完善。模具设计与制造专业30%以上学生就业后从事模具数控加工相关工作，为提高学生就业竞争力，为企业培养模具制造数控加工应用型人才，《模具CAD/CAM》课程作为模具专业必修的核心课程而开设。 本课程开设时间为二年级上、下两个学期，分为两个阶段。第一阶段为三维CAD（计算机辅助设计）部分，主要指导学生造型、工程图与装配；第二阶段为模具CAM（计算机辅助制造）部分，主要是模具设计与加工部分。授课对象主要为模具设计与制造专业学生，也可以将其中第一阶段做为数控、计算机辅助设计等机械相关专业的三维CAD课程。授课人数目前一年在150-200人,按以不超过50人的形式上课，以保证学生有足够的计算机来进行实际操作。 在本门课第一阶段之前，应该已经完成《计算机应用基础》、《机械制图与计算机绘图》、《机械设计基础》等课程的学习，在本门课第二阶段开展的时候，学生应该完成或正在学习《机械制造基础》、《注塑模具设计》、《数控编程与加工》等课程。通过该课程，可以培养学生利用计算机辅助技术完成产品造型以及模具设计与加工的基本能力，并以此作为《塑料模具设计与制造课程设计及实训》、生产性实习的基础。 本课所用软件载体为Unigraphics（简称UG），UG是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，并在分模与加工方面也同样出色。作为功能强大的CAD/CAM一体化软件现在被模具企业广泛应用，是模具设计制造从业人员非常有用的工具。它集产品设计、仿真优化、模具开发、数控加工等功能于一体，深受广大模具技术人员的推崇。故选择UG作为模具CAD/CAM应用软件的教学内容。 课程《模具CAD/CAM技术》作为学院现代示范课程建设网络资源课程之一，现已在学院网络教学综合平台上完成课程搭建，大部分的学习资料与微视频已经上传至该教学平台，学生已经开始使用该平台来完成课前、课后的自学，并且在课内使用该平台下载练习源文件，在有需要的时候自主获得练习操作视频。课后上传作业、批改作业、课程通知、作业讨论交流都可以通过该平台来完成。

教学项目

课程简介

《模具CAD/CAM》是随着计算机辅助技术不断发展而发展的一门课程，随着我国机床结构调整的完成，模具制造行业将越来越广泛地使用数控加工设备，目前已成为现代模具技术的核心和重要的发展方向。现在模具及相关企业已经充分运用该技术到生产实践中，并且在整个大机械行业中计算机辅助技术也日趋完善。模具设计与制造专业30%以上学生就业后从事模具数控加工相关工作，为提高学生就业竞争力，为企业培养模具制造数控加工应用型人才，《模具CAD/CAM》课程作为模具专业必修的核心课程而开设。本课程开设时间为二年级上、下两个学期，分为两个阶段。第一阶段为三维CAD（计算机辅助设计）部分，主要指导学生造型、工程图与装配；第二阶段为模具CAM（计算机辅助制造）部分，主要是模具设计与加工部分。授课对象主要为模具设计与制造专业学生，也可以将其中第一阶段做为数控、计算机辅助设计等机械相关专业的三维CAD课程。授课人数目前一年在150-200人,按以不超过50人的形式上课，以保证学生有足够的计算机来进行实际操作。在本门课第一阶段之前，应该已经完成《计算机应用基础》、《机械制图与计算机绘图》、《机械设计基础》等课程的学习，在本门课第二阶段开展的时候，学生应该完成或正在学习《机械制造基础》、《注塑模具设计》、《数控编程与加工》等课程。通过该课程，可以培养学生利用计算机辅助技术完成产品造型以及模具设计与加工的基本能力，并以此作为《塑料模具设计与制造课程设计及实训》、生产性实习的基础。本课所用软件载体为Unigraphics（简称UG），UG是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，并在分模与加工方面也同样出色。作为功能强大的CAD/CAM一体化软件现在被模具企业广泛应用，是模具设计制造从业人员非常有用的工具。它集产品设计、仿真优化、模具开发、数控加工等功能于一体，深受广大模具技术人员的推崇。故选择UG作为模具CAD/CAM应用软件的教学内容。课程《模具CAD/CAM技术》作为学院现代示范课程建设网络资源课程之一，现已在学院网络教学综合平台上完成课程搭建，大部分的学习资料与微视频已经上传至该教学平台，学生已经开始使用该平台来完成课前、课后的自学，并且在课内使用该平台下载练习源文件，在有需要的时候自主获得练习操作视频。课后上传作业、批改作业、课程通知、作业讨论交流都可以通过该平台来完成。

教学文件

教学方法及手段

教学手段与方法的改革

（1）在线开放课程建设

利用在线开放课程建设平台，开发了《模具CAD/CAM》在线开放课程。该课程目前设置了课程信息、第1部分造型、第2部分加工、我的作业、作业讨论、拓展学习、实训、学以致用、常见问题等多个栏目，电脑端界面如图7所示。

图7 《模具CAD/CAM》在线开放课程页面

图8 《模具CAD/CAM》课程资源信息

该课程现有选课学生222人，课程总访问数12766，人均访问次数达到57次。微视频37个，课程已布置作业次数89，网络教学材料数为741。网站目前使用良好，有效使用率高，学生反馈较好。

（2）微课等辅助教学内容的引入可有效增加课上练习时间

在线辅助教学平台的使用前提下，微视频在本门课中起到非常重要的作用。主要有以下几点：

1）激发兴趣。在课前，利用微视频中的动画，激发学生的学习兴趣，并使其更容易在课内理解掌握知识。

2）在课内，教师讲解案例的时候，往往操作时间长、步骤多，等到学生练习时，往往已经忘记了开始的步骤。由于班级人数较多，教师往往很难做到每一位同学都能够及时指导，所以在课内，学生们可以利用手机来观看微视频中的练习操作录像，解决问题。这样可以大大提高课堂效率，使得教师能够更好地去指导学生解决那些真正的难点。

3）课后突破重、难点。由于本门课程的实操性非常强，课后练习很多。虽然教师有加入学生班级QQ群，通过网络可以解答学生问题，但是往往时效性比较差。以往学生遇到问题导致卡壳了，一般都放弃作业，留着下次上课时提问，但每次都有作业留下，积少成多，最终就跟不上进度。而现在有了微视频，就可以很好的解决课堂下的辅导问题，因为大多数的情况下，按照微视频中的步骤操作，基本上可以解决问题。

4）针对学习能力强的学生，可以下载观看一些课堂上不做要求的知识点与技能相关微视频，当微视频的数量达到一定程度时，配合具有分级层次的进阶练习，就可以很好的达到因材施教的效果。

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图9 按优秀等级统计模具1611班第3课前自测

在学习任务单的引导之下，就能很好的将这些微视频资源发挥出极大的作用。用于学生完全自主学习或是配合教师课前课后预习、拓展都是非常有效的。

（3）利用在线测试来安排课前复习

可利用平台上的在线测试功能，布置好相应的测试题目后，让学生在课前进行测试，通过手机APP或是电脑进行3分钟左右的答题，就可以有效的检验学生对之前内容的掌握情况。如图9所示为模具1611班在第3次课开始前，对前两次所学内容的一次简单课前测，在学生完成测试后，系统自动评分并将学生成绩分布与错题分析呈现，教师就可以在上课一开始时，有针对性的对进行查缺补漏。

表2 《模具CAD/CAM》课程使用主要教学方法

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（4）教学方法改革

课程基本上是在机房上集中学习，知识点融入到案例中进行讲解，课堂练习多，学生操作问题也很多，所以集中学习时，讲授时间比较少，以学生为主体的实操练习多。所以在教学方法上也需要进行改革，摆脱传统满堂灌的形式，以适应或满足这种教学安排。传统的第一节课全讲授，第二节课全练习的模式，学生接受度不高。目前本门课程在课堂上，主要用到的几种教学方法如表2所示。

（5）保持及时教学反馈

由于在线平台上的数据统计功能非常强大，所以对学生访问次数、学生登陆时间、学生上交作业情况、作业成绩占比分数统计、测试评价等数据都可以实时监测，所以在每个项目结束时，均可以对每位学生的学习情况进行分析，也可对全班学生进行统计，有利于对学生学习过程的有效性进行监控，这在传统教学手段上是很难实现的。如图10所示为学生在线时间与登录次数分布图，通过该散点图可以看出大部分学生均集中在登陆次数60，登陆时长1500分钟至2000分钟左右。图11所示为2017年11月至1月期间在线开放课程每日登陆次数，大部分天数均在40次左右，这与本学期开设本课程班级人数数据相吻合。

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图10 学生在线时间与登录次数分布图图11 11月至1月间每日登陆次数

四、多样化教学改革实施后的效果

1.学生问卷调查情况反馈

利用在线平台上的问卷调查功能，对2016级模具设计与制造专业学生发起了本课程教学情况的问卷调查，回收有效问卷45份，如图12所示。在学生反馈中，主要有以下几点：

1）相比使用传统的教材与教学模式，达到86%的学生喜欢使用在线网站进行学习；

2）针对教学改革中每节课都有要完成并提交的课堂练习或是课后作业，有75%的学生表示喜欢；

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图12 模具16级造型设计部分学情调查统计结果

3）在机械零件建模、曲面模型建模、空间曲线建模、工程图、装配、渲染等第一阶段的学习过程中，空间曲线建模是学生觉得最难并且希望能增加课时与练习的部分。

这些反馈结果，又可作为下一轮次教学调整时的依据。

2.过程化控制对学生成绩的影响

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图13 模具1612班第一阶段过程评价与期末测试相关性散点图

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图14 模具16级第一阶段在线时长与总评成绩相关性散点图

在教学过程中，目前考核方式采用的是平时成绩与期末考试成绩相结合的评价方法，在表1中已列出《模具CAD/CAM》课程阶段一学生每次课完成任务与过程考核占比，通过图13与图14可以看出学生平常的学习态度、学习状态对其最终知识与技能的掌握起到了非常关键的作用，两者之间呈现的是正相关关系。大部分不及格的学生，其在线时间少，平常过程性考核成绩低。若是能利用在线网络平台强大的教学动态监测，保持每次课后及时的教学反馈，就可能起到较好的预防效果，使学生不致于半路掉队。

3.教学改革实施后企业评价

在《模具CAD/CAM》课程的学习中，学生通过模拟企业在模具设计与制造项目过程和通过参与计算机辅助设计三维建模、模具设计、零件加工的实践锻炼，不仅其专业知识和实际动手能力得到强化，工作态度、解决问题的能力、合作精神也得到提高，工作后受到企业的好评，为本院本系树立了良好形象。

由《模具CAD/CAM》课程提取部分案例组成的《UG CAD/CAM》课程也是2012、2013两年福建省中等职业学校骨干教师省级培训班的培训课程，在全省中职教学时有一定的影响力。

参考资料