張麗珍 李 俊 陳雷雷 陳成明 康劍梁 曹守啟上海海洋大學(xué) 上海 201306

?

基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)課內(nèi)綜合實(shí)踐的設(shè)計(jì)與實(shí)施——以上海海洋大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程為例

張麗珍 李 俊 陳雷雷 陳成明 康劍梁 曹守啟
上海海洋大學(xué) 上海 201306

摘 要：為了培養(yǎng)大學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，應(yīng)該設(shè)置綜合型實(shí)踐環(huán)節(jié)。以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程為例，圍繞培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，對課程內(nèi)設(shè)置綜合型實(shí)踐環(huán)節(jié)的原則、內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)施方法進(jìn)行了探索，取得了比較好的效果。

關(guān)鍵詞：綜合實(shí)踐；創(chuàng)新；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造；實(shí)施

我國《高等教育法》明確規(guī)定“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級專門人才，發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化，促進(jìn)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)?！边@強(qiáng)調(diào)了大學(xué)教育的目的是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級專門人才。目前，與國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)及社會發(fā)展需要大量工程應(yīng)用人才的環(huán)境不相適應(yīng)的是，一方面企業(yè)對工科院校培養(yǎng)出來的人才不甚滿意，而另一方面現(xiàn)在大學(xué)畢業(yè)生的就業(yè)形勢又非常嚴(yán)峻，這暴露了畢業(yè)生競爭力不足。主要原因是，工科畢業(yè)生普遍存在缺乏工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識、專業(yè)面狹窄、動手能力差、綜合素質(zhì)低下等。在我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的背景下，培養(yǎng)大量具有創(chuàng)新能力和專業(yè)化的應(yīng)用人才具有重要的戰(zhàn)略意義[1-2]。綜合實(shí)踐是學(xué)生個性發(fā)展、創(chuàng)新精神、能力培養(yǎng)的有效途徑，因此為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，應(yīng)該在課程教學(xué)中設(shè)置綜合型的實(shí)踐環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、工業(yè)工程和物流工程專業(yè)學(xué)生全面接觸計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)基本知識的一門重要課程，該課程內(nèi)容包括數(shù)據(jù)處理、圖形學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、幾何建模技術(shù)、有限元、數(shù)控技術(shù)等，而學(xué)時只有40。由于實(shí)踐教學(xué)是讓學(xué)生掌握相關(guān)知識的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)[3,4]，所以該課程除了對課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及方法進(jìn)行改革外[5]，著重對實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了一定的探索。

1 實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的原則

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)在設(shè)計(jì)時重點(diǎn)考慮綜合性，遵循“三個性、一個中心”的原則。

1.1 選擇性

實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容并不面面俱到，而是選擇有代表性的。若內(nèi)容太多，每個環(huán)節(jié)在有限的時間內(nèi)會達(dá)不到預(yù)期的效果。

1.2 層次性

在實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求方面，有基本要求和較高要求兩個層次?；疽笫潜仨氁龅降?，主要讓學(xué)生掌握基本知識，為今后的進(jìn)一步深入打下良好的基礎(chǔ)。較高要求作為可選內(nèi)容，給有興趣和能力的學(xué)生留有自由發(fā)揮的空間，以適合不同層次的學(xué)生的要求。

1.3 動態(tài)性

教材具有滯后性，實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容應(yīng)隨著時代的發(fā)展而適時更新，把新出現(xiàn)的軟件、技術(shù)、方法及時補(bǔ)充進(jìn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中。

1.4 以學(xué)生為中心

在實(shí)踐環(huán)節(jié)的形式方面以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高創(chuàng)新能力為目標(biāo)，堅(jiān)持“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的原則，注重知識與能力的結(jié)合、過程與結(jié)果的結(jié)合、課內(nèi)與課外的結(jié)合，學(xué)生可以選擇感興趣的內(nèi)容，自主設(shè)計(jì)，從根本上把學(xué)生內(nèi)在的主動性和積極性調(diào)動起來，充分發(fā)揮學(xué)生的潛質(zhì)和創(chuàng)造力，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)意識。

2 實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程包含的內(nèi)容很多，每部分內(nèi)容都可以是一門單獨(dú)的課程，在有限的時間內(nèi)讓學(xué)生都理解是不容易的，我們采取通過大作業(yè)即設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)的實(shí)踐過程達(dá)到理解的目的。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)的出發(fā)點(diǎn)是讓學(xué)生掌握CAD/CAM的有關(guān)軟件，并能應(yīng)用到解決實(shí)際問題當(dāng)中，從而提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，在實(shí)踐環(huán)節(jié)能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新性，并要考慮到專業(yè)之間的不同和特點(diǎn)，為此，遵照實(shí)踐設(shè)置的原則和教學(xué)大綱的要求，設(shè)置了4個綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)的課內(nèi)學(xué)時為總學(xué)時的二分之一。

2.1 小型數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實(shí)踐環(huán)節(jié)

在企業(yè)制造信息化程度越來越高的今天，了解數(shù)據(jù)庫的基本知識是必需的，但在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，由于大部分學(xué)生沒有接觸過有關(guān)概念，在短短的幾個學(xué)時內(nèi)要講清楚基本知識很難，講過了學(xué)生沒有什么印象，也不理解有關(guān)概念，為此安排了這一實(shí)踐環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)在介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)后進(jìn)行，由于課時較少，讓學(xué)生使用的軟件是簡單易學(xué)的Access?；疽笫亲寣W(xué)生用Access軟件就某一內(nèi)容開發(fā)一個小型數(shù)據(jù)庫，學(xué)生完成數(shù)據(jù)庫的基本功能，包括建庫、查詢、窗體和報表。有興趣和能力的學(xué)生可以深入下去，開發(fā)有特色的界面、用宏或VB開發(fā)一些功能模塊等。通過這樣的練習(xí)，學(xué)生對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有了感性認(rèn)識，對理解基本理論內(nèi)容具有很大的幫助。

2.2 通用軟件二次開發(fā)實(shí)踐環(huán)節(jié)

要使通用的軟件用于專門的領(lǐng)域，二次開發(fā)是必不可少的，我們的學(xué)生今后會有一部分從事設(shè)計(jì)工作，有些畢業(yè)設(shè)計(jì)課題也會與二次開發(fā)有關(guān)，所以我們設(shè)置了這一環(huán)節(jié)。由于每名學(xué)生在大一時都學(xué)過AutoCAD軟件的二維繪圖功能，所以選擇該軟件作為基礎(chǔ)軟件，學(xué)生選擇一機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件，使用Visual LISP或VBA進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)?；疽笫峭ㄟ^命令行輸入變量的值，在屏幕上自動繪制出相應(yīng)的圖形。較高要求沒有任何限制，只給予一些提示和指導(dǎo)，讓學(xué)生在課外查資料完成，如開發(fā)變量賦值的用戶界面，若選擇的是機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件，可以設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)庫，讓軟件自動從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)而不是由用戶輸入等。有基礎(chǔ)的學(xué)生，可以Solidworks三維設(shè)計(jì)軟件為支撐進(jìn)行二次開發(fā)。

2.3 三維造型設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生三維設(shè)計(jì)的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)打下基礎(chǔ)。因?yàn)闄C(jī)制專業(yè)的學(xué)生有一個計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，專門學(xué)習(xí)三維造型軟件，所以該環(huán)節(jié)為工業(yè)工程和物流工程專業(yè)設(shè)置。在學(xué)習(xí)Solidworks軟件的基本功能之后，讓學(xué)生用該軟件設(shè)計(jì)一個作品，作品的難度不作限定，學(xué)生根據(jù)自己的能力自由選取?；疽笫峭瓿筛髁慵睦L制，并裝配。高層次的要求可以加入運(yùn)動仿真、有限元分析、渲染等等，完全由學(xué)生的興趣和自學(xué)能力決定。

2.4 CAD/CAM一體化綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解CAD/CAM的實(shí)現(xiàn)過程，考慮到專業(yè)的不同，設(shè)計(jì)的內(nèi)容也有所不同。機(jī)制專業(yè)的學(xué)生專門有數(shù)控技術(shù)課程，所以在這一環(huán)節(jié)，機(jī)制專業(yè)的學(xué)生使用高檔機(jī)械設(shè)計(jì)軟件對零件進(jìn)行三維造型，然后生成數(shù)控代碼，進(jìn)行數(shù)控加工軌跡仿真就結(jié)束了，而工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生，還要上數(shù)控銑床，把設(shè)計(jì)的零件加工出來。學(xué)生先使用Solidworks軟件對自己選定或設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行三維造型，然后用SolidCAM軟件生成數(shù)控代碼，進(jìn)行數(shù)控加工軌跡仿真，最后上數(shù)控銑床，把設(shè)計(jì)的零件加工出來。這樣既能提高學(xué)生的動手能力，也能使學(xué)生充分了解先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

3 實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施及效果

3.1 開展形式

學(xué)生自由組合，以團(tuán)隊(duì)形式完成每一個實(shí)踐環(huán)節(jié)，由組長負(fù)責(zé)分工。期間學(xué)生通過自學(xué)、討論解決遇到的問題，教師進(jìn)行指點(diǎn)和輔導(dǎo)。最后撰寫小結(jié)，制作PPT進(jìn)行匯報，每個學(xué)生講述自己做的部分，教師和學(xué)生分別打分。每個實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績根據(jù)作品、小結(jié)以及PPT匯報時教師和學(xué)生打的分?jǐn)?shù)綜合評定。

學(xué)生選取的研究對象有的來自于上海市和校級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，有的來自于參與的教師的科研項(xiàng)目，有的來自于學(xué)生的生活場所，有的通過查閱資料后自擬。其中有一部分實(shí)踐結(jié)合各類全國、上海市和校級的學(xué)科比賽開展。

3.2 實(shí)施的保障條件

為了使實(shí)踐環(huán)節(jié)能夠順利開展，建立了一個CAD/CAM實(shí)驗(yàn)室，購買了AutoCAD、Solidworks、SolidCAM、宇龍數(shù)控仿真軟件等，購買了2臺教學(xué)用數(shù)控銑床，5臺3D打印機(jī)。實(shí)驗(yàn)室全天候開放，制定了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室開放制度。這些為課程實(shí)驗(yàn)的順利完成提供了良好的支撐環(huán)境。

由于實(shí)踐性環(huán)節(jié)是根據(jù)我校的實(shí)際情況設(shè)置的，沒有現(xiàn)成的指導(dǎo)書，為此自編了講義《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》；自制了對應(yīng)教材的PPT課件；編制了《三維實(shí)體造型零件圖集》，用于CAD三維設(shè)計(jì)及CAM；收集了有關(guān)有限元分析及數(shù)控加工仿真方面的視頻等資料，購買了二十多本教學(xué)參考書。

3.3 實(shí)施效果

由于每一個實(shí)踐的作業(yè)要求具有一定的靈活性和層次性，有基本、提高、深層及附加等要求，不同水平的學(xué)生可以選擇不同層次要求的作業(yè)。同一層次的要求中，學(xué)生還可以選擇不同的對象內(nèi)容進(jìn)行開發(fā)，具有較大的靈活性。并與科研及學(xué)科競賽相結(jié)合，這樣給了學(xué)生很大的空間，極大地調(diào)動了學(xué)生的積極性，提高了學(xué)習(xí)的興趣和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力。

有很多學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，掌握了三維設(shè)計(jì)軟件，為教師課題中的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)三維效果圖、進(jìn)行有限元分析等，如設(shè)計(jì)投餌船、割草船、藍(lán)藻收集機(jī)、長距離運(yùn)輸魚箱和放流裝置等，為課題的順利開展貢獻(xiàn)了一份力量。

在每年的學(xué)科競賽中都取得了較好的成績，2014年就獲得全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽全國三等獎1項(xiàng)，上海賽區(qū)特等獎1項(xiàng)、二等獎3項(xiàng)、三等獎2項(xiàng)，上海市工業(yè)工程優(yōu)化改善設(shè)計(jì)大賽二等獎2項(xiàng)、三等獎1項(xiàng)，校級工程優(yōu)化大賽一等獎1項(xiàng)，二等獎3項(xiàng)。

4 結(jié)束語

通過完成具有柔性化的分層次的課內(nèi)綜合教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，結(jié)合科研與學(xué)科大獎賽，能全方位地鍛煉學(xué)生分析問題解決問題的能力，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在給學(xué)生的問卷調(diào)查中，許多學(xué)生都講到，這門課讓他們受益匪淺，學(xué)到了很多知識，擴(kuò)大了他們的視野，提高了自學(xué)能力，鍛煉了他們的分析問題、解決問題的能力，不僅學(xué)會了新的軟件，而且提高了就業(yè)的競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐鐵軍,謝書山,李寅甲.加強(qiáng)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)踐與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(7):146-148.

[2] 王玉林,朱慧玲,袁鋒偉.機(jī)電專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的科技團(tuán)隊(duì)建設(shè)研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2014(3):53-55. [3] 李正文,顧明華,袁濤.地方綜合性大學(xué)農(nóng)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J].高等農(nóng)業(yè)教育,2012(1):14-16.

[4] 呂超,劉爽,張麗珍.基于大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)與PBL的本科實(shí)踐教改研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(5):90-92.

[5] 張麗珍,陳雷雷,陳洪武.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革[J].科技咨詢導(dǎo)報,2007(30):227.

Design and Implementation of Comprehensive Practice in Class to Improve Students’ Innovation Ability: Taking the Course of Computer Aided Design and Manufacturing of Shanghai Ocean University as an Example

Zhang Lizhen, Li Jun, Chen Leilei, Chen Chengming, Kang Jianliang, Cao Shouqi
Shanghai Ocean University, Shanghai, 201306, China

Abstract:In order to cultivate undergraduate engineering practice ability and innovation ability, comprehensive practice must be designed. Taking the course CAD/CAM as an example, the principle, content design and implementation methods of comprehensive practice in class are explored according to how to improve innovation ability of undergraduate. The result is satisfactory.

Key words:comprehensive practice; innovation; CAD/CAM; implementation

基金項(xiàng)目：上海海洋大學(xué)本科教學(xué)研究和教學(xué)改革項(xiàng)目(編號：A1-0209-15-0301-8)；上海海洋大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(編號：B1-5003-15-000109)。

作者簡介：張麗珍，博士，教授，系主任。

收稿日期：2015-08-25