單瑞霞

摘? 要：為順應(yīng)社會高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求，針對三維CAD課程教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容脫離工程實(shí)踐、教學(xué)方法脫離學(xué)生情況、考核方式脫離培養(yǎng)目標(biāo)等問題，從基本學(xué)情出發(fā)，結(jié)合機(jī)械專業(yè)特點(diǎn)和三維CAD課程特色進(jìn)行教學(xué)改革。在教學(xué)過程中采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，以蝸輪蝸桿減速器的零部件繪制作為任務(wù)對象，設(shè)置不同任務(wù)難度，設(shè)置學(xué)生助教，提高學(xué)生的參與度和能力培養(yǎng);采用過程考核、項(xiàng)目考核和上機(jī)考核相結(jié)合的考核體系，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：三維CAD? 教學(xué)改革? 應(yīng)用型人才? 任務(wù)驅(qū)動? 過程考核

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（b）-0212-06

Abstract： In order to meet the needs of high-quality application-oriented talents in society， in view of the problems in the teaching process of 3D CAD course， such as the separation of teaching contents from engineering practice， teaching methods from students' situation， and assessment mode from training objectives， teaching reform was carried out based on the basic learning situation and combined with the characteristics of mechanical specialty and 3D CAD course. In the teaching process， the task driven teaching method combined with flipped classroom is adopted， and the parts drawing of worm gear reducer is taken as the task object， different task difficulty is set， and student teaching assistants are set to improve students' participation and ability training; the assessment system combining process assessment， project examination and computer examination is adopted to improve students' comprehensive quality and professional quality.

Key Words： 3D CAD; Teaching reform; Applied talents; Task driven; Process assessment

隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，科技的快速發(fā)展促進(jìn)社會對高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求不斷提高，應(yīng)用型本科人才是應(yīng)用型人才的重要組成部分，應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向[1]?！度SCAD》是本科機(jī)械類專業(yè)一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的技術(shù)和方法、工程圖樣的表達(dá)理論及方法[2]，促進(jìn)機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。在工程實(shí)踐中，采用三維CAD軟件能夠快速地進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)協(xié)同、展示交流、3D打印等，促進(jìn)了機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型人才的發(fā)展[3]。因此，本課程的學(xué)習(xí)對于完成后續(xù)課程的課程設(shè)計(jì)、參加機(jī)械類競賽、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)等具有輔助作用;對學(xué)生畢業(yè)后能否快速適應(yīng)工作崗位，在工作崗位上是否具有職業(yè)發(fā)展空間也具有重要作用。

1? 課程教學(xué)現(xiàn)狀

三維CAD課程的教學(xué)不僅僅是三維CAD軟件的教學(xué)，還強(qiáng)調(diào)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論知識相結(jié)合來輔助設(shè)計(jì)。通過“問卷星”對煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院機(jī)電工程系2017、2018級在校生和2020屆畢業(yè)生發(fā)出調(diào)查問卷“通過《三維CAD》課程的學(xué)習(xí)，您是否能夠熟練使用三維CAD設(shè)計(jì)工具完成課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)”，圖1是調(diào)查問卷結(jié)果環(huán)狀圖，僅45.24%能夠熟練使用，大部分學(xué)生還不能使用三維CAD軟件來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)方案和意圖，說明三維CAD課程的教學(xué)還不能達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才、培養(yǎng)面向機(jī)械行業(yè)的具有可持續(xù)發(fā)展的工程師的培養(yǎng)目標(biāo)。

三維CAD是操作性、技巧性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，近年來很多院校的學(xué)者對CAD課程的教學(xué)進(jìn)行了一系列的改革，取得了很好的成果。賁宗友等對SolidWorks課程使用信息化、項(xiàng)目化教學(xué)和多元化考核，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[4];楊萬理等針對土木工程計(jì)算機(jī)繪圖（CAD）采用任務(wù)驅(qū)動+翻轉(zhuǎn)課堂方式開展教學(xué)，提高了教學(xué)質(zhì)量并縮短了課時(shí)[5];劉敬等構(gòu)建了計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID）課程多元化考核體系，培養(yǎng)了學(xué)生綜合素質(zhì)[6];等。但針對機(jī)械類專業(yè)三維CAD課程的教學(xué)仍存在一些普遍的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 教學(xué)內(nèi)容脫離工程實(shí)踐

三維CAD課程的教學(xué)內(nèi)容與先修課程《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》等課程的教學(xué)內(nèi)容缺少關(guān)聯(lián)，注重對繪圖命令的講解和練習(xí)，選擇的練習(xí)模型主要用于輔助繪圖命令的演示和訓(xùn)練，與工程實(shí)例關(guān)聯(lián)不夠。在三維模型繪制的過程中缺乏對模型的形體分析，忽略了模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理性、是否方便加工、是否符合裝配要求，導(dǎo)致繪制的草圖設(shè)計(jì)不合理、建模思路混亂、模型修改和裝配不方便。例如，一個(gè)比較典型的問題是學(xué)生在繪圖時(shí)不注意坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，圖2是箱蓋的兩種建模方法，圖2（a）坐標(biāo)原點(diǎn)處于箱蓋底面的中間，圖2（b）坐標(biāo)原點(diǎn)處于箱蓋底面的一個(gè)頂點(diǎn)上，顯然，圖2（a）關(guān)于基準(zhǔn)面對稱，建模更方便，更符合零件的結(jié)構(gòu)特征和裝配要求。

1.2 教學(xué)方法脫離學(xué)生情況

目前，三維CAD課程的教學(xué)方法主要有兩種：一種是“PPT講解+上機(jī)演示”，以教師為主體，教師詳細(xì)講解三維CAD軟件命令的操作方法、繪圖思路、注意事項(xiàng)，也可以結(jié)合實(shí)例講解設(shè)計(jì)思路、簡易便捷畫法，學(xué)生通過練習(xí)來鞏固知識點(diǎn)，但這種方法占用課時(shí)長，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，知識點(diǎn)容易遺忘;另一種是“翻轉(zhuǎn)課堂”，以學(xué)生為主體，課下學(xué)生根據(jù)自己學(xué)習(xí)情況，通過觀看老師發(fā)布的視頻、資料或自行查閱資料隨時(shí)隨地自主學(xué)習(xí)，課上與老師、同學(xué)進(jìn)行交流討論遇到的疑點(diǎn)、問題，但這種方法學(xué)生不容易確定自身學(xué)習(xí)目標(biāo)，課下學(xué)習(xí)時(shí)觀看的微視頻一般短小精簡，學(xué)生對繪圖命令的學(xué)習(xí)較容易，但繪圖思路、與機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論知識結(jié)合來輔助設(shè)計(jì)的方法不宜學(xué)習(xí)。

此外，選修這門課程的學(xué)生有些參與過機(jī)械類的競賽，對三維繪圖軟件有一定的基礎(chǔ)，有些學(xué)生機(jī)械制圖、機(jī)械原理與設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)知識較薄弱，針對不同學(xué)情采用相同的教學(xué)方法，會造成本課程對有基礎(chǔ)的同學(xué)缺乏挑戰(zhàn)性，失去吸引力，對基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)挑戰(zhàn)太大，失去學(xué)習(xí)興趣。

1.3 考核方式脫離培養(yǎng)目標(biāo)

三維CAD現(xiàn)有的考核方式主要是以平時(shí)成績和上機(jī)考試形結(jié)合的方式，平時(shí)成績主要包含考勤情況、學(xué)習(xí)情況、作業(yè)情況、課堂表現(xiàn)等，上機(jī)考試是在規(guī)定的考試時(shí)間內(nèi)完成指定的零件圖的繪制、組裝裝配體、制作工程圖，由教師根據(jù)完成情況和質(zhì)量打分。這種上機(jī)考核方式以軟件操作作為主要考核內(nèi)容，缺乏對知識的理解與應(yīng)用，容易讓學(xué)生產(chǎn)生三維CAD課程就是學(xué)習(xí)三維軟件操作的誤區(qū)，在繪圖時(shí)不與機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論知識相結(jié)合、不考慮零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能要求，造成只會使用三維軟件抄畫圖，不會有效地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，難以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

2? 基于任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)改革

根據(jù)目前三維CAD課程的教學(xué)存在的問題并結(jié)合學(xué)生情況，為提高教學(xué)水平和課程質(zhì)量，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和職業(yè)勝任力，將“任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法”應(yīng)用到三維CAD課程教學(xué)中并進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，是以任務(wù)驅(qū)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)新知識新技能的一種教學(xué)方法。整個(gè)教學(xué)的環(huán)節(jié)中，教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)分解成若干個(gè)具體、實(shí)用的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)新知識新技能來完成任務(wù)，通過理論知識與工程實(shí)踐相結(jié)合完成任務(wù)，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[7-8]。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法任務(wù)的分解由教師完成，任務(wù)要具體、可操作、可考核并具有不同的難易程度以滿足不同學(xué)情的需求，任務(wù)由學(xué)生獨(dú)立完成或團(tuán)隊(duì)合作完成，任務(wù)完成后學(xué)生互相交流經(jīng)驗(yàn)、教師解答疑難問題、師生共同評價(jià)。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)流程圖如圖3。

2.2 基于任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

三維CAD課程是通過三維CAD軟件的操作與《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》等課程的知識綜合運(yùn)用來完成設(shè)計(jì)，以保證學(xué)生能繪制出結(jié)構(gòu)合理、可加工、可裝配的零部件。針對不同的學(xué)情本課程的培養(yǎng)目標(biāo)等級也有一定差異，培養(yǎng)目標(biāo)等級如表1所示，基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)完成初級目標(biāo)即可，即掌握三維CAD軟件繪圖方法;普通同學(xué)需要達(dá)到中級目標(biāo)，即在使用在三維CAD軟件繪圖的同時(shí)要綜合其他理論知識以保證零部件圖符合結(jié)構(gòu)特征、設(shè)計(jì)加工裝配要求，并便于后續(xù)修改和優(yōu)化設(shè)計(jì);有基礎(chǔ)的同學(xué)可以達(dá)到高級目標(biāo)，即能夠使用三維CAD軟件輔助設(shè)計(jì)，表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思路和意圖。采用“任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法”教學(xué)的過程中要根據(jù)不同的學(xué)情設(shè)置不同難度的任務(wù)以滿足不同的學(xué)生需求，達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)。

蝸輪蝸桿減速器是機(jī)械專業(yè)學(xué)生常見的機(jī)械產(chǎn)品之一，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包含箱體、箱蓋、傳動軸、錐齒輪、軸承、端蓋、蝸輪、蝸桿、螺栓等零件，既有一般零件也有標(biāo)準(zhǔn)零件，既有結(jié)構(gòu)簡單零件也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件，在使用三維CAD軟件繪制蝸輪蝸桿減速器零部件圖時(shí)涵蓋了草圖設(shè)計(jì)、特征建模、制作工程圖、組裝裝配體、生成爆炸圖、運(yùn)動仿真、模型渲染等知識點(diǎn)，也是機(jī)械制圖、機(jī)械原理與設(shè)計(jì)、機(jī)械精度設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝等知識的綜合運(yùn)用。因此，在三維CAD課程教學(xué)過程中設(shè)置的任務(wù)可以以蝸輪蝸桿減速器作為主要對象。

教師根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)把任務(wù)進(jìn)行細(xì)化，保證每個(gè)任務(wù)包含所要學(xué)習(xí)掌握的知識點(diǎn)，且每節(jié)課所要完成任務(wù)能把知識點(diǎn)串聯(lián)起來，為提高學(xué)生參與度，可把學(xué)生設(shè)為助教，輔助教師完成一些教學(xué)環(huán)節(jié)，圖5為學(xué)生助教輔助教師發(fā)布作業(yè)要求。在教學(xué)過程中教師提前一節(jié)課發(fā)布任務(wù)，如發(fā)布繪制蝸輪蝸桿減速器傳動軸（如圖6b所示）的任務(wù)，并設(shè)置不同的難度的任務(wù)目標(biāo)：初級目標(biāo)是根據(jù)給定的零件圖能夠繪制出傳動軸，中級目標(biāo)是繪制的傳動軸準(zhǔn)確并符合結(jié)構(gòu)特征和使用要求，高級目標(biāo)是根據(jù)使用要求能完成傳動軸的設(shè)計(jì)并繪制出來;然后引導(dǎo)學(xué)生分析傳動軸的作用和使用要求，考慮傳動軸的制作和裝配過程，并進(jìn)行形體分析，確定建模思路，建模過程用到三維CAD命令操作是本節(jié)要教學(xué)的知識點(diǎn);教師把為完成本任務(wù)需要學(xué)習(xí)的新知識點(diǎn)的教學(xué)視頻和結(jié)合實(shí)例講解視頻上傳至“云班課”，如圖7所示，課下學(xué)生根據(jù)個(gè)人學(xué)習(xí)情況觀看教師提供的資料或自行查找資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，完成新知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)后制定最優(yōu)建模思路;課上學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容并結(jié)合理論知識進(jìn)行小組討論，教師針對疑難問題進(jìn)行解答，小組討論出建模效率更高、更符合結(jié)構(gòu)特征的建模方案并完成傳動軸的繪制，可以根據(jù)教師提供的圖紙或模型數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，也可以根據(jù)使用或功能要求完成傳動軸的設(shè)計(jì)和繪制;在任務(wù)完成后，小組各自匯報(bào)本組最佳方案，由教師和其他組對其進(jìn)行評價(jià)（如圖8所示），組員間根據(jù)完成任務(wù)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行自評和互評;最后，學(xué)生通過練習(xí)進(jìn)一步理解和鞏固所學(xué)知識點(diǎn)。為與工程實(shí)踐相結(jié)合，教師提供的練習(xí)也是齒輪泵、球閥、虎鉗、千斤頂、圓柱齒輪減速器等學(xué)生常見的機(jī)械產(chǎn)品上的零部件;為提高學(xué)生的興趣，也可提供一些趣味性的練習(xí)。部分任務(wù)需完成的零件圖如圖6所示，任務(wù)的內(nèi)容及所包含的知識點(diǎn)、關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)、翻轉(zhuǎn)課堂主要內(nèi)容如表2所示，每完成一個(gè)任務(wù)學(xué)習(xí)2～3個(gè)新的知識點(diǎn)，貴精不貴多，所有任務(wù)完成后能掌握常用的知識點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。

在完成任務(wù)的過程中需要學(xué)生協(xié)作完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和溝通能力;在完成任務(wù)的過程中需要把理論知識與工程實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，并理解理論與實(shí)踐的辯證關(guān)系;在完成任務(wù)的過程中要保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)范、可加工、可裝配，培養(yǎng)學(xué)生在表達(dá)設(shè)計(jì)理念時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范、追求卓越的工匠精神;在完成任務(wù)后的交流點(diǎn)評，培養(yǎng)學(xué)生勇于表達(dá)自己的觀點(diǎn)、虛心接受別人的評價(jià)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。

3? 課程考核體系

為達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，對三維CAD課程考核體系進(jìn)行改革，加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程考核和綜合能力考核，整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)也是考核環(huán)節(jié)，考核包括過程考核和綜合考核，考核方法如表3所示，具體如下：

（1）過程考核中，課堂表現(xiàn)主要考核學(xué)生出勤情況、學(xué)習(xí)態(tài)度等，由教師進(jìn)行評價(jià);任務(wù)完成度主要考核學(xué)生表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，由組間學(xué)生互評;任務(wù)參與度主要考核學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和自我認(rèn)識，由學(xué)生自評;作業(yè)主要是課堂練習(xí)和階段測試，作業(yè)完成情況主要考核學(xué)生軟件操作技能和理論知識運(yùn)用能力，由教師評價(jià)和組內(nèi)學(xué)生互評共同評價(jià)。

（2）綜合考核中，項(xiàng)目考核是每小組從已修完的《機(jī)械制圖》的測繪、《機(jī)械設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)或《機(jī)械原理》的課程設(shè)計(jì)中任選一個(gè)項(xiàng)目，使用三維CAD軟件完成項(xiàng)目的繪制，由小組成員共同完成，主要考核學(xué)生的綜合素質(zhì)，由教師根據(jù)項(xiàng)目完成質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)、組內(nèi)學(xué)生根據(jù)參與度和貢獻(xiàn)進(jìn)行互評;為防止個(gè)別學(xué)生在小組活動中偷懶不學(xué)習(xí)，繼續(xù)保留上機(jī)考試，上機(jī)考試主要考核軟件操作水平，由教師根據(jù)繪圖效率和質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。

4? 結(jié)語

為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，針對三維CAD課程目前存在的問題，從基本學(xué)情出發(fā)，結(jié)合機(jī)械專業(yè)特點(diǎn)和三維CAD課程特色進(jìn)行教學(xué)改革，采用“任務(wù)驅(qū)動+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式和“過程考核+項(xiàng)目考核+上機(jī)考核”的考核體系，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和職業(yè)素養(yǎng)。在整個(gè)教學(xué)的過程中培養(yǎng)社會需要的有較強(qiáng)社會責(zé)任感和職業(yè)勝任力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

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