馬宏 王占英 胡家寶 孫冰心

摘 要：鑒于學(xué)科競(jìng)賽對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要性，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要手段，文章以學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，將計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)與課堂教學(xué)相結(jié)合，開(kāi)展教學(xué)研究與實(shí)踐，并在后續(xù)的學(xué)科競(jìng)賽中深入推進(jìn)以驗(yàn)證教學(xué)效果，結(jié)果表明融合計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)和學(xué)科競(jìng)賽的教學(xué)形式有效地提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn);學(xué)科競(jìng)賽;創(chuàng)新能力培養(yǎng)

1? ? 傳統(tǒng)教學(xué)模式下大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1? 傳統(tǒng)教學(xué)模式的培養(yǎng)現(xiàn)狀

學(xué)科競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、提高學(xué)生的綜合能力有著十分重要的作用[1]。然而，我國(guó)目前的授課體系仍處于以課程講授為主。此類教學(xué)方式缺乏靈活性，對(duì)學(xué)生看待事物的整體性培養(yǎng)不夠。此外，隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展，學(xué)生們可以從更多的方面獲取自己所需的專業(yè)知識(shí)，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)時(shí)缺少了以往的活力，導(dǎo)致整體的學(xué)習(xí)效率不高。如何將“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”十分重要[2]。

計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)競(jìng)賽融入學(xué)生日常學(xué)習(xí)對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的意義和作用成為高等教育研究的新熱點(diǎn)。特別是李克強(qiáng)總理提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”后，各大高校紛紛開(kāi)展相關(guān)研究，河北工業(yè)大學(xué)把加強(qiáng)學(xué)科競(jìng)賽作為高校 “質(zhì)量工程”的重要內(nèi)容之一。北京理工大學(xué)不斷加大對(duì)大學(xué)生競(jìng)賽的支持力度。這充分體現(xiàn)了學(xué)科競(jìng)賽作為一個(gè)新的突破點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)中的重要地位和作用。

1.2? 傳統(tǒng)教學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)教育中，課堂教學(xué)屬于被動(dòng)性學(xué)習(xí)，學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)[3]。雖然實(shí)驗(yàn)課補(bǔ)充了課堂教學(xué)上所欠缺的部分，但是實(shí)驗(yàn)課的主要目的是提高學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知能力，仍舊缺少了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的激發(fā)，尤其是對(duì)學(xué)生競(jìng)爭(zhēng)能力的促進(jìn)和激發(fā)。

1.3? 融合計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)和學(xué)科競(jìng)賽的教學(xué)實(shí)踐與研究

本研究以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等手段展開(kāi)虛擬實(shí)驗(yàn)等教學(xué)研究與實(shí)踐，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，在完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)也掌握了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展不受地域和設(shè)備的限制，為培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力提出的一條新型研究道路。

2? ? 以賽輔學(xué)、以賽輔教，提高大學(xué)生相關(guān)專業(yè)的創(chuàng)新能力

以學(xué)科競(jìng)賽輔助課堂學(xué)習(xí)，以相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽輔助課堂教學(xué)，通過(guò)比賽將課堂知識(shí)融進(jìn)實(shí)踐，促使大學(xué)生從主觀能動(dòng)性上提供其自身的創(chuàng)新能力。

以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生科技作品競(jìng)賽、制圖與構(gòu)型能力大賽等相關(guān)專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽為切入點(diǎn)。指導(dǎo)教師利用本身所蘊(yùn)含的專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)以及豐厚的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)學(xué)生，使得學(xué)生在參與過(guò)程中，可以通過(guò)導(dǎo)師的介入和計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)的融合，拓展其知識(shí)面的同時(shí)，全面提高綜合能力。

本研究以“教學(xué)改革—學(xué)科競(jìng)賽—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐”三位一體的教育模式，把人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)指向創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，營(yíng)造有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的環(huán)境。這三者相互作用，循環(huán)流通，促進(jìn)善性循環(huán)，其中心點(diǎn)是為了提要學(xué)生的創(chuàng)新能力，過(guò)程如圖1所示。

3? ? 融合計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，探索學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

3.1? 以計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)促使傳統(tǒng)教學(xué)改革、探索實(shí)踐教學(xué)新方式

以新型創(chuàng)新型人才所需的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為最終培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)每位學(xué)生的自身實(shí)際情況開(kāi)展對(duì)其相對(duì)適應(yīng)的教學(xué)研究與教學(xué)工作。以研究指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐培養(yǎng)新型創(chuàng)新人才的相關(guān)創(chuàng)新能力，將其創(chuàng)新能力反映到學(xué)科競(jìng)賽中去，以最后的競(jìng)賽獲獎(jiǎng)結(jié)果反饋成為其價(jià)值性。通過(guò)總結(jié)上述所示的整體研究過(guò)程，逐漸構(gòu)建出以培養(yǎng)新型創(chuàng)新型人才為主的教學(xué)體系，同時(shí)也可以構(gòu)建以應(yīng)用為主線，融合學(xué)科競(jìng)賽主題的教學(xué)方式。

以河北建筑工程學(xué)院工科專業(yè)開(kāi)設(shè)的“畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖”課程設(shè)計(jì)為例，在疫情期間，貫徹“停課不停學(xué)”的方針，課題研究組利用計(jì)算機(jī)三維軟件CREO3.0，將傳統(tǒng)的平口鉗實(shí)物測(cè)繪改為三維仿真測(cè)繪，如圖2所示。學(xué)生在家利用計(jì)算機(jī)軟件就可以完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

計(jì)算機(jī)三維軟件CREO3.0不僅是常用的建模軟件，更是“河北省大學(xué)生三維設(shè)計(jì)大賽”指定軟件。在本次疫情來(lái)襲，課題組合理利用該軟件，將其融入傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)。課題組分工合作，各負(fù)其責(zé)，繪制零件的三維仿真模型、組裝仿真裝配圖、制作裝配原理動(dòng)畫(huà)、編制軟件操作教程、編寫(xiě)軟件安裝方法等工作有序開(kāi)展，在課程設(shè)計(jì)開(kāi)始前完成了全部準(zhǔn)備工作，課設(shè)時(shí)將平口鉗的仿真模型送到學(xué)生手中，也將多年來(lái)的教研成果轉(zhuǎn)化到實(shí)踐教學(xué)中。

相比于傳統(tǒng)的手工測(cè)繪的方式，學(xué)生在電腦上使用軟件就可以測(cè)繪平口鉗的所有零件尺寸，使得每位同學(xué)可以長(zhǎng)時(shí)間，更加深入地了解平口鉗，并且可以全方面無(wú)死角觀察各零件的結(jié)構(gòu)以及零件之間的裝配關(guān)系。從而更加充分地了解平口鉗每一個(gè)部件的尺寸以及部件之間的裝配結(jié)構(gòu)與方式。

這種創(chuàng)新型課程設(shè)計(jì)能讓學(xué)生在熟悉軟件的同時(shí)，更加全面地完成了課程設(shè)計(jì)的要求;在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)，掌握了軟件的相關(guān)知識(shí)，有助于學(xué)生未來(lái)迅速適應(yīng)工作崗位。

3.2? 融合計(jì)算機(jī)技術(shù)，促進(jìn)學(xué)科競(jìng)賽

以學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，將計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)與大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)融合，讓學(xué)生本身在參加比賽的同時(shí)，更好地提高自身綜合能力。

“以賽輔學(xué)”的新型教學(xué)模式可以運(yùn)用到現(xiàn)代大學(xué)的日常教學(xué)活動(dòng)中。通過(guò)參加各類專業(yè)相關(guān)比賽達(dá)到“學(xué)習(xí)—參賽—學(xué)習(xí)”的效果。在各類比賽中通過(guò)實(shí)際操作，總結(jié)課堂上所無(wú)法獲取的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)及能動(dòng)性，不竭擴(kuò)寬其知識(shí)層面，培養(yǎng)實(shí)踐能力。

以工程實(shí)訓(xùn)大賽為例，對(duì)于傳統(tǒng)的參賽模式，學(xué)生需要通過(guò)給定的題目去進(jìn)行理論計(jì)算，其中包括路線規(guī)劃、轉(zhuǎn)向裝置、傳動(dòng)比等。由于缺少經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算數(shù)值僅存在于理論上且有誤差。

在此過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模型的軌跡來(lái)發(fā)現(xiàn)并尋找產(chǎn)生誤差的原因。相比傳統(tǒng)比賽過(guò)程中，避免因?yàn)橹貜?fù)切料、加工等原因造成時(shí)間浪費(fèi)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和參賽的效率。該過(guò)程以計(jì)算機(jī)軟件Solidworks主要開(kāi)展，該軟件作為工科行業(yè)廣泛使用的三維軟件之一。學(xué)生在參與工程訓(xùn)練大賽或相關(guān)比賽時(shí)，可以通過(guò)該軟件把理論模型建立出來(lái)，通過(guò)該軟件的仿真，將理論數(shù)值所產(chǎn)生的理論路線圖像化顯示出來(lái)。相比于傳統(tǒng)的參賽方式，該方式能有效避免重復(fù)切料、加工等原因造成的時(shí)間浪費(fèi)，使學(xué)生在熟悉計(jì)算機(jī)技術(shù)的同時(shí)，對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用，更能全面地完成比賽，如圖3所示。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

以學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，將虛擬仿真技術(shù)及三維軟件與傳動(dòng)教學(xué)相結(jié)合，探索新的授課方法與手段來(lái)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)所不具備或難以實(shí)現(xiàn)的授課功能，還能更好地將創(chuàng)新理念嵌入學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)。該方式將學(xué)生從傳統(tǒng)教學(xué)下的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式中解放出來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在教學(xué)工作中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉振江，張建勇.基于學(xué)科競(jìng)賽的應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)新與實(shí)踐[J].山東化工，2018（24）：120.

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（編輯 姚 鑫）

Teaching practice and research combining computer virtual experiment and subject competition

Ma Hong， Wang Zhanying， Hu Jiabao， Sun Bingxin*

（Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract：In view of the importance of discipline competition to the cultivation of innovative talents， and the importance of computer virtual technology to the cultivation of innovative talents， this study took the opportunity of discipline competition， combined computer virtual experiment with classroom teaching， carried out teaching research and practice， and further promoted in the subsequent discipline competition to verify the teaching effect. The result shows that the teaching form combining computer virtual experiment and subject competition can effectively improve students innovation ability.

Key words：computer virtual experiment; subject competition; innovation ability development