桂林市技工院校CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙

桂林市技工院校CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙桂林市技工院校CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙

技工院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)通常開(kāi)設(shè)有CAD課。CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件〔ComputerAidedDesign〕的簡(jiǎn)稱。國(guó)《a軟件有：CAXA電子圖板和制造項(xiàng)目師、華中理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的開(kāi)明CAD、清華大學(xué)和廣東科龍聯(lián)合開(kāi)發(fā)的高華CAD。國(guó)外軟件有：美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的AutoCAD、美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的Pro/Engineer、法國(guó)達(dá)索的solidworks、德國(guó)西門(mén)子公司的UG軟件等。桂林市技工院校依據(jù)機(jī)械行業(yè)特點(diǎn)、桂林市企業(yè)需求以及桂林市中職學(xué)生技能競(jìng)賽工程要求，開(kāi)設(shè)的課程有AutoCAD、CAXA、ProE等。

CAD只是一個(gè)繪圖軟件，一個(gè)輔助工具。只會(huì)CAD軟件操作而機(jī)械專(zhuān)業(yè)理論不扎實(shí)，只能重復(fù)別人工作，充當(dāng)繪圖員角色。如果有機(jī)械制圖、公差配合等專(zhuān)業(yè)根底知識(shí)撐持，掌握CAD軟件才能更好地為專(zhuān)業(yè)效勞。而妙用CAD軟件，更可使數(shù)控技術(shù)、模具制造和3D打印如虎添翼。為此，筆者將從AutoCAD與機(jī)械根底課程結(jié)合，CAD與3D打印技術(shù)的有效融合，技能競(jìng)賽對(duì)CAD教學(xué)的有效滲透，基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的CAD一體化教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用等五個(gè)方面，打造出桂林市技工院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙。希望五把金鑰匙的問(wèn)世，既有益于學(xué)生掌握CAD軟件操作，又可以使學(xué)生利用CAD軟件進(jìn)一步掌握機(jī)械相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

一、第一把金鑰匙：AutoCAD與機(jī)械根底課程結(jié)合

在教學(xué)上主要通過(guò)AutoCAD與機(jī)械制圖、公差配合等機(jī)械根底課程結(jié)合，尤為重要的是AutoCAD與機(jī)械制圖的有效融合。在典型任務(wù)的提取上，以勞動(dòng)版機(jī)械制圖習(xí)題冊(cè)為藍(lán)本，內(nèi)容含平面圖、軸測(cè)圖和立體圖。

平面圖局部：不僅讓學(xué)生抄畫(huà)零件圖，還要將補(bǔ)畫(huà)三視圖、補(bǔ)缺線等內(nèi)容用在CAD強(qiáng)化訓(xùn)練中，讓學(xué)生深刻理解機(jī)械制圖中的正投影規(guī)律也同樣適用于CAD繪圖，CAD只是一個(gè)工具，跟鉛筆、三角板和圓規(guī)等常規(guī)繪圖工具相比，它只是利用電腦，提高了繪圖速度。如果不遵循機(jī)械制圖的相關(guān)規(guī)定，繪出來(lái)的圖紙是沒(méi)有項(xiàng)目?jī)r(jià)值的。在學(xué)生繪圖的同時(shí)，灌輸公差配合等相關(guān)知識(shí)，為后面數(shù)控編程、3D打印等專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的根底。在模具制造專(zhuān)業(yè)，可以讓學(xué)生繪制一套完整的模具圖紙。先繪制模具的零件圖，然后利用定義塊的知識(shí)，將零件圖一一進(jìn)行裝配。在裝配的同時(shí)，教師就可以檢驗(yàn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是否存在錯(cuò)誤，配合是否合理。這種強(qiáng)化訓(xùn)練，一方面可以讓學(xué)生了解模具結(jié)構(gòu)，另一方面可以將錯(cuò)誤的發(fā)現(xiàn)提前到設(shè)計(jì)階段。

軸測(cè)圖局部：軸測(cè)圖實(shí)際還是二維圖，它是一種在二維空間敘述三維形體最簡(jiǎn)單的辦法。但是用三角板等手工工具繪制比擬復(fù)雜，效率也不高。如果改用AutoCAD軟件，就可以大大提高繪圖效率。只要用鼠標(biāo)輕輕地點(diǎn)擊菜單中的工具，進(jìn)入軸測(cè)圖模式狀態(tài)，通過(guò)F5切換等軸測(cè)平面，就可以繪制正等軸測(cè)圖了。在繪制軸測(cè)圖時(shí)，可以讓學(xué)生根據(jù)三視圖繪制軸測(cè)圖，或是通過(guò)軸測(cè)圖繪制零件三視圖。這種辦法既鍛煉學(xué)生看圖能力，又提升他們空間想象力，為后面立體圖繪制打下堅(jiān)實(shí)根底。

立體圖局部：手工繪圖只能繪制三視圖和軸測(cè)圖等平面圖形，而巧用AutoCAD就可以繪制真正的立體圖了。繪制立體圖時(shí)，先讓學(xué)生繪制根本體，然后講解怎樣將根本體通過(guò)布爾運(yùn)算等方式組合成組合體。在強(qiáng)化訓(xùn)練中，還可以讓學(xué)生根據(jù)三視圖繪制立體圖。而在機(jī)械制圖課程教學(xué)中，可以用CAD繪制機(jī)械模型，讓學(xué)生根據(jù)模型繪制三視圖或補(bǔ)畫(huà)三視圖。這種強(qiáng)化訓(xùn)練使學(xué)生能夠看得懂機(jī)械圖紙，同時(shí)能想得出物體實(shí)形來(lái)。

二、第二把金鑰匙：CAD與3D打印技術(shù)的有效融合

CAD設(shè)計(jì)的作品可以打印出實(shí)體來(lái)，是一件多么迷人的事情。于是人們紛紛嘗試3D打印技術(shù)。傳統(tǒng)的打印只能將作品打印在紙上，而3D打印卻可以打印出實(shí)形來(lái)。那到底什么是3D打印技術(shù)呢？3D打印技術(shù)即快速成型技術(shù)的一種，它是以數(shù)字模型文件為根底，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)在將人們的幻想變成現(xiàn)實(shí)的同時(shí)，也必將使得人們產(chǎn)生更多奇思設(shè)想。無(wú)疑，3D打印必將CAD〔計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〕帶入一個(gè)新的天地。但3D打印最終又會(huì)把CAD帶向何方呢？如何妙用CAD軟件，才能使3D打印更加如虎添翼呢？

3D打印雖然聽(tīng)起來(lái)很高大上，但還是要將它歸于CAM〔計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)〕。從CAD與CAM的關(guān)系中不難發(fā)現(xiàn)，CAD是CAM的根底。如果CAD沒(méi)有學(xué)好，單純從網(wǎng)上模型庫(kù)下載相關(guān)模型進(jìn)行打印，開(kāi)設(shè)3D打印課程就失去了意義。亦如只會(huì)操作傳統(tǒng)打印機(jī)，而不會(huì)office系列辦公軟件。3D打印必須以CAD設(shè)計(jì)模型文件為根底，通過(guò)3D打印軟控系統(tǒng)，將3D模型降為2D格式，然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏結(jié)材料，通過(guò)逐層堆積疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品來(lái)。CAD設(shè)計(jì)出來(lái)的3D模型是3D打印的基本，如果沒(méi)有好的CAD模型，再高端的3D打印機(jī)也是“巧婦難為無(wú)米之炊〞。那如何將CAD課程與3D打印進(jìn)行為效的融合呢？這需要一步步逐漸積累。

桂林市技工院校機(jī)械專(zhuān)業(yè)一年級(jí)都開(kāi)設(shè)了機(jī)械制圖和AutoCAD課程。學(xué)生具備了根本的識(shí)圖能力，并能用AutoCAD繪制三視圖、軸測(cè)圖、零件圖、裝配圖等平面圖形，但立體圖繪制和空間想象能力還有待提高。在二年級(jí)中級(jí)工班，可以強(qiáng)化AutoCAD立體圖繪制。內(nèi)容選取主要分為：根本體、拉伸類(lèi)零件、旋轉(zhuǎn)類(lèi)零件、組合體。這些簡(jiǎn)單零件用AutoCAD軟件繪制比擬容易，但要讓學(xué)生明白復(fù)雜組合體是如何由簡(jiǎn)單零件組合而成的，從而為以后學(xué)習(xí)更專(zhuān)業(yè)的CAD軟件打下堅(jiān)實(shí)根底。繪制好實(shí)體后，將DWG文件輸出STL格式，就可以進(jìn)行3D打印了。

到三年級(jí)高級(jí)工班，AutoCAD雖然繪制簡(jiǎn)單立體圖比擬容易，但復(fù)雜實(shí)體繪制卻非常困難，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步提高學(xué)生三維實(shí)體的繪制能力，高級(jí)工班最好開(kāi)設(shè)ProE或UG等課程。內(nèi)容上與機(jī)械制圖的課程相對(duì)應(yīng)，包括軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、撥叉類(lèi)、箱體類(lèi)等零件。條件允許的話，還可以將裝配圖的零件一一打印，然后進(jìn)行組裝。這樣的話，一方面可以進(jìn)一步提高學(xué)生的空間想象能力，另一方面，通過(guò)零件組裝，讓學(xué)生明白各種機(jī)器的裝配原理。

三、第三把金鑰匙：技能競(jìng)賽對(duì)CAD教學(xué)的有效滲透

桂林市中職學(xué)生技能競(jìng)賽中用到的CAD軟件主要是AutoCAD和CAXA。AutoCAD主要是用在機(jī)械制圖和AutoCAD應(yīng)有工程。CAXA主要是用在數(shù)控車(chē)工與數(shù)控銑工工程。

AutoCAD教學(xué)方面。常規(guī)的教學(xué)只是教會(huì)學(xué)生使用該軟件，但桂林市中職學(xué)生技能競(jìng)賽的AutoCAD工程，卻對(duì)學(xué)生機(jī)械制圖能力提出更高要求，比賽的理論局部就是機(jī)械制圖手工繪圖，而實(shí)操局部，包括用AutoCAD繪制零件圖、補(bǔ)畫(huà)三視圖、根據(jù)三視圖繪制立體圖等。則，筆者平時(shí)在強(qiáng)化訓(xùn)練時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，就不光只是抄畫(huà)零件圖，應(yīng)包括補(bǔ)畫(huà)三視圖，根據(jù)三視圖繪制立體圖，根據(jù)軸測(cè)圖繪制三視圖等。這種強(qiáng)化訓(xùn)練能讓學(xué)生明白，CAD只是一個(gè)工具，只有掌握機(jī)械制圖知識(shí)，才能真正看懂圖紙，加工出合格產(chǎn)品來(lái)。

CAXA教學(xué)方面。數(shù)控車(chē)工和數(shù)控銑工除了要求學(xué)生手工編程外，還對(duì)計(jì)算機(jī)輔助編程提出更高要求。而計(jì)算機(jī)輔助編程步驟是：零件的幾何建模，加工計(jì)劃和加工參數(shù)的合理選擇，刀具軌跡的生成，數(shù)控加工仿真，后置處理。桂林市技工院校機(jī)械專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)輔助編程軟件主要是CAD中的CAXA軟件。CAXA軟件的教學(xué)應(yīng)該在AutoCAD教學(xué)的根底上，強(qiáng)化CAXA實(shí)體造型和編程，有條件的還可以開(kāi)設(shè)數(shù)控仿真，將加工制造的缺陷發(fā)現(xiàn)在模擬階段。

四、第四把金鑰匙：基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的CAD一體化教學(xué)

在傳統(tǒng)的CAD教學(xué)中，老師只是簡(jiǎn)單教會(huì)學(xué)生CAD工具和命令的使用。老師教一個(gè)圖，學(xué)生就會(huì)一個(gè)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)不夠。而基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的CAD一體化教學(xué)，可以讓學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，在做中學(xué)，在學(xué)中做。在學(xué)材的編寫(xiě)上，可以將CAD教材中的章節(jié)融入到一個(gè)個(gè)具體的學(xué)習(xí)任務(wù)中。學(xué)生通過(guò)對(duì)任務(wù)的實(shí)施掌握CAD繪圖技巧，理解各命令含義。在學(xué)材編寫(xiě)方面，平面圖和軸測(cè)圖重點(diǎn)以AutoCAD軟件為主，三維造型那么以ProE或UG為主，任務(wù)涵蓋根本體、拉伸體、旋轉(zhuǎn)體、組合體、曲面造型等，其中包含軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、撥叉類(lèi)、箱體類(lèi)等零件。學(xué)生在掌握軟件同時(shí)，熟悉各零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以為后面專(zhuān)業(yè)操作打下根底。

五、第五把金鑰匙：翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用

一體化教學(xué)，可以讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。但是CAD教學(xué)都是運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。如果能將翻轉(zhuǎn)課堂與一體化教學(xué)有效地運(yùn)用在CAD教學(xué)中，則CAD教學(xué)將如虎添翼。什么是翻轉(zhuǎn)課堂呢？所謂的翻轉(zhuǎn)課堂，就是教師創(chuàng)立教學(xué)視頻，學(xué)生在家中或課外觀看視頻中的教師講解，回到課堂上師生面對(duì)面交流和完成作業(yè)的一種教學(xué)形態(tài)。而在CAD教學(xué)中，如何將翻轉(zhuǎn)課堂與一體化教學(xué)進(jìn)行有效融合呢？首先是課前學(xué)習(xí)：課前將CAD教學(xué)微課或視頻以及CAD任務(wù)書(shū)通過(guò)或QQ傳給學(xué)生，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并草擬任務(wù)方案書(shū)。接著是課中內(nèi)化：課中學(xué)生通過(guò)小組討論，協(xié)作分工，共同探討完成任務(wù)書(shū)，教師那么采用個(gè)性化指導(dǎo)，形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。然后是評(píng)價(jià)反應(yīng)：學(xué)生通過(guò)小組評(píng)價(jià)，指出學(xué)習(xí)中存在的困難，教師那么采用集體化指導(dǎo)與個(gè)性化指導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行答疑解惑。然后是研討總結(jié)，進(jìn)行教學(xué)反思，優(yōu)化并開(kāi)發(fā)微課程。最后是課后穩(wěn)固：課后再通過(guò)反復(fù)觀看微課等視頻，穩(wěn)固課堂所學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用，是桂林市技工院校將學(xué)校的信息化與一體化教學(xué)進(jìn)行有效融合的有益嘗試。

六、如何才能使五把金鑰匙發(fā)揮其神奇的魔力

首先，在教學(xué)方案安頓方面，AutoCAD課程最好安頓在一年級(jí)的下學(xué)期。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖課程一個(gè)學(xué)期，根本掌握了機(jī)械制圖的根本知識(shí)，對(duì)三視圖的原理也有了初步的了解。AutoCAD課程的及時(shí)開(kāi)設(shè)，既便于AutoCAD課程和機(jī)械制圖的有效融合，又便于為桂林中職學(xué)生技能競(jìng)賽機(jī)械制圖和AutoCAD兩個(gè)工程培養(yǎng)好苗子。到二年級(jí)上學(xué)期，那么可以開(kāi)設(shè)CAXA制造項(xiàng)目師。CAXA電子圖板和AutoCAD課程極為相似，要求老師只對(duì)CAXA電子圖板與AutoCAD不同的地方進(jìn)行介紹，教學(xué)的重點(diǎn)放在CAXA制造上。為什么這樣安頓呢？因?yàn)閷W(xué)生一年級(jí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了AutoCAD，已經(jīng)根本掌握了簡(jiǎn)單立體圖的繪制，對(duì)立體圖形的成形原理，有了初步的了解。這個(gè)時(shí)候開(kāi)設(shè)CAXA制造課程，既可以強(qiáng)化學(xué)生繪制復(fù)雜三維圖形的能力，又可以教會(huì)學(xué)生CAXA輔助編程技術(shù)和數(shù)控仿真。二年級(jí)的學(xué)生是技能競(jìng)賽的主力軍。CAXA制造的開(kāi)設(shè)將極大地提高他們的數(shù)控編程能力。到了三年級(jí)高級(jí)工班，隨著3D打印課程的開(kāi)設(shè)，可以增設(shè)ProE或UG課程。雖然AutoCAD也可以繪制簡(jiǎn)單的立體圖，輸出3D打印所需的stl文件，但對(duì)于復(fù)雜曲面造型卻束手無(wú)策。CAXA制造雖然在造型方面功能也不錯(cuò)，卻不能直接輸出stl文件進(jìn)行打印，而ProE或UG課程的開(kāi)設(shè)那么可以彌補(bǔ)這些缺乏。

其次，桂林市各技工院校近年來(lái)進(jìn)行的國(guó)家級(jí)或自治區(qū)級(jí)高技能人才基地工程建設(shè)，在學(xué)校一體化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)和學(xué)校信息化建設(shè)中投入了大量的資金，機(jī)械制圖和CAD一體化實(shí)訓(xùn)室的創(chuàng)立卓有功效。同時(shí)，每個(gè)學(xué)校都建有數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室，每個(gè)常規(guī)教室也配備有先進(jìn)的云博士多媒體教學(xué)智能終端。云博士將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、實(shí)物展臺(tái)、無(wú)線MIC、讀卡器等功能集于一體，特別是實(shí)物教學(xué)攝像功能，為CAD一體化和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)提供了有力的硬件撐持。3D打印一體化實(shí)訓(xùn)室的建立，為CAD與3D打印的有效融合提供了便利的條件。

第三，開(kāi)設(shè)了合理的課程，有了完整的配套硬件設(shè)施，不僅要求桂林市技工院校教師機(jī)械專(zhuān)業(yè)技能過(guò)硬，還要求教師計(jì)算機(jī)操作技能嫻熟，對(duì)于3D打印等新興技術(shù)也要與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。目前，高素質(zhì)CAD教師的欠缺，是掌握CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙最大的瓶頸。而要破解這個(gè)困局可以《囊韻路矯媾《力。第一，要優(yōu)化教師引入的渠道。將相關(guān)專(zhuān)業(yè)和桂林市相關(guān)企業(yè)具有豐盛CAD操作經(jīng)驗(yàn)的人才引入學(xué)校任教，對(duì)學(xué)校機(jī)械專(zhuān)業(yè)教師進(jìn)行傳、幫、帶。第二，教師定期輪崗實(shí)習(xí)。可以讓廣東國(guó)光電器等企業(yè)派項(xiàng)目師到學(xué)校進(jìn)行3D打印培訓(xùn)，也可以讓桂林福達(dá)有限公司等桂林本地企業(yè)派技術(shù)人員到學(xué)校進(jìn)行CAXA數(shù)控編程培訓(xùn)，同時(shí)可以派教師定期到相關(guān)企業(yè)學(xué)習(xí)，使學(xué)校和企業(yè)建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系。第三，加大培訓(xùn)力度，開(kāi)設(shè)專(zhuān)題講座。第四，完善評(píng)價(jià)體系，優(yōu)化績(jī)效鼓勵(lì)機(jī)制。

最后，要真正掌握CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙，除了好的教學(xué)方案，完善的硬件設(shè)施，精良的師資，還需要編寫(xiě)