案例法教學(xué)在計算機輔助設(shè)計課程上的應(yīng)用

摘要：在三維設(shè)計軟件課程教學(xué)中應(yīng)用與工程實際接軌的案例教學(xué)方法，以發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)為例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識邊設(shè)計邊繪制。極大地促進了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，符合創(chuàng)新教育理念。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；計算機輔助設(shè)計；案例法

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0065-02

當(dāng)前部分大學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣不高，對知識的掌握也不夠精準(zhǔn)，已引起高等教育工作者的普遍擔(dān)憂。由此，眾多教學(xué)改革方案紛紛出爐，歸根結(jié)底其目的在于化枯燥講授為生動運用，將學(xué)生的興趣吸引回課堂[1]。此外，還要正確運用考核方式，以便既綜合檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，又能將所學(xué)知識成功應(yīng)用到未來的實際工作中，這才是教育改革的正確途徑。

長春工業(yè)大學(xué)長期致力于本科教育改革，本研究即來源于對機械工程專業(yè)學(xué)生授課時的經(jīng)驗總結(jié)。

一、三維制圖的作用

大學(xué)教育是為地方經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)的，培養(yǎng)目標(biāo)要瞄準(zhǔn)學(xué)生為適應(yīng)未來崗位所需的技能。機械工程專業(yè)學(xué)生走出校門后，多數(shù)要從事機械制造或機械設(shè)計工作，其中機械產(chǎn)品由設(shè)計轉(zhuǎn)為成品的過程必須通過工程圖來完成，這就要求學(xué)生必須具備較扎實的工程制圖基本功，才能勝任自己的崗位。加之如今隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)已全面甩掉圖板，廣泛應(yīng)用二維和三維CAD繪圖進行機械產(chǎn)品設(shè)計，這更為企業(yè)生產(chǎn)帶來了深刻變化，大大減輕了人工勞動強度，明顯提高了經(jīng)濟效益。針對現(xiàn)代機械設(shè)計中遇到的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題，三維CAD軟件的優(yōu)勢就顯露出來，它能將一些在工程圖學(xué)中難于表達的相貫、截交線及曲面輪廓方便地表達出來，成為越來越多院校在機械類專業(yè)教學(xué)體系中設(shè)置的必修課程[2]。

如何將傳統(tǒng)的工程制圖知識與現(xiàn)代的計算機輔助設(shè)計技術(shù)相結(jié)合，是機械工程專業(yè)課程培養(yǎng)體系著重考慮的問題。

二、教法改進

相同的知識領(lǐng)域和技能在應(yīng)用不同的教法情況下，學(xué)生領(lǐng)會的程度就會有差異，時代要求教育工作者要潛心研究教育理論、研討教學(xué)方法，以適應(yīng)不同的學(xué)生和課程。

1.傳統(tǒng)教學(xué)方式。傳統(tǒng)教學(xué)法是長期教學(xué)的總結(jié)成果，對于我國師生比嚴(yán)重偏低的現(xiàn)狀是必要的，然而對于一些技能性較強的課程則不適用。譬如軟件應(yīng)用課程，教師若在講臺上講授軟件的起源和用法，而后逐條講述各功能模塊內(nèi)的命令，形式呆板且內(nèi)容枯燥，結(jié)果只有部分學(xué)生能記得幾個模塊中包含哪幾個命令，至于命令的應(yīng)用到了實際運用時記得的已經(jīng)所剩無幾。由此可以看出以往逐條講授命令的傳統(tǒng)教學(xué)方式此時已無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，只能徒勞浪費課時，反而起到事倍功半的效果而已。

意識到傳統(tǒng)講授方式并不是萬能的之后，一些教育工作者早已開始通過自身工作經(jīng)驗，不斷總結(jié)自己的教學(xué)體會，嘗試新教法，逐漸發(fā)現(xiàn)了一些行之有效的法門，案例教學(xué)就是其中的一種。

2.案例教學(xué)方法。軟件應(yīng)用類課程的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，需要以實際操作來評價學(xué)生的掌握水平，這樣才能更好地落實培養(yǎng)方案、保障學(xué)習(xí)效果[3]。學(xué)生在校學(xué)習(xí)，已具有較強的理論基礎(chǔ)，教師若以工程實際為引導(dǎo)，即會取得良好的效果。鑒于此，在計算機輔助及應(yīng)用課程中我們應(yīng)廣泛采用案例法教學(xué)模式。

案例教學(xué)要求選擇工程實踐中應(yīng)用廣泛的項目，強調(diào)項目來源使學(xué)生認(rèn)識到課堂講授的即是將來工作能夠用到的技能，學(xué)生的專注度愈發(fā)增強，教學(xué)效果應(yīng)付迅速好轉(zhuǎn)[4]?？己艘惨詫嶋H案例為對象進行測試，很容易就能測得學(xué)生的掌握水平。針對當(dāng)前機械行業(yè)的生產(chǎn)特點——多以大規(guī)模加工汽車零部件為主，面向機械工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)《計算機輔助設(shè)計及應(yīng)用》課程，以CATIA軟件的CAD和CAM模塊為主要講授內(nèi)容。在本課程的教學(xué)計劃中，以汽車發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的裝配為主線，設(shè)置以連桿和活塞的三維造型設(shè)計為案例，著重講授零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工程圖和運動仿真模塊的應(yīng)用。

三、實施過程

考慮到軟件應(yīng)用課程的特點，首先改變傳統(tǒng)課堂教師主動的講授模式，取而代之的是在機房師生的互動教學(xué)方式，這樣便于學(xué)生及時消化理解操作原理和繪制方法，遇到操作難題即可當(dāng)堂解決。

1.教學(xué)設(shè)計。教學(xué)過程中，緊緊扣住工程實際應(yīng)用這條線，首先簡要描述汽車發(fā)動機工作原理，使學(xué)生了解相關(guān)術(shù)語，掌握曲軸、連桿、活塞等基本零件的作用及工作特點，對整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生一定的興趣和感性認(rèn)識，再對其進行零件繪制、裝配及運動仿真，非常形象生動地學(xué)習(xí)運轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計和繪制流程。以一款488發(fā)動機為例[5]，設(shè)置其主要參數(shù)為活塞行程S=92mm，曲軸主軸頸與連桿軸頸分別為56和42mm等，選擇連桿作為案例1，在零件設(shè)計模塊完成連桿的實體造型，將文件名保存為rod.Part。對于案例2——活塞零件，以與缸徑配合的外徑為基準(zhǔn)尺寸，結(jié)合活塞銷座孔與連桿小頭相互配合等條件進行繪制，繪制過程中使學(xué)生重溫活塞與氣缸的間隙配合及銷座孔與連桿小頭需要用過盈配合的原理，同時學(xué)生也領(lǐng)會了零件加工與表面粗糙度之間的關(guān)系，繪制完成后，將零件賦予相應(yīng)的鋁合金材料以具備相應(yīng)機械性能，文件則另存為piston備用。

新建裝配體Engine.Product，調(diào)入已繪制的連桿和活塞至合理位置，以此為基礎(chǔ)，在裝配模塊新建曲活塞銷、活塞環(huán)等零件。督促學(xué)生應(yīng)用同樣方法，依據(jù)機械設(shè)計的原理和規(guī)則在課后完成曲軸、箱體等零件的繪制，從而調(diào)動學(xué)生重溫機械設(shè)計中箱體的注意事項。應(yīng)用命令固定箱體，合理裝配后期繪制的零件。

機構(gòu)設(shè)計完成，即可進入DMU Kinetics模塊進行機構(gòu)仿真。新建一個運動機構(gòu)，按照發(fā)動機工作原理在I缸設(shè)置箱體軸承座孔與曲軸間、曲軸與連桿間的轉(zhuǎn)動副，繼續(xù)設(shè)置連桿與活塞在小頭活塞銷孔處進行相對轉(zhuǎn)動，進而推動活塞在氣缸內(nèi)進行直線往復(fù)運動。同理，依次對其余三缸進行設(shè)置，即完成曲柄連桿機構(gòu)的仿真的運動副設(shè)置。

然后進行曲柄連桿機構(gòu)的運動仿真，通過設(shè)置相應(yīng)傳感器來獲得活塞的運動速度、加速度，曲柄與連桿間的夾角變化以及各連接軸徑處的受力等狀態(tài)值，分析結(jié)果可用于運轉(zhuǎn)機構(gòu)的技術(shù)改進，驗證機構(gòu)設(shè)計是否正確等方面的工作。endprint

分別以靜態(tài)和動態(tài)模式觀察機構(gòu)，清晰掌握機構(gòu)的工作原理和結(jié)構(gòu)。進入工程圖模塊轉(zhuǎn)化生成零件及裝配體的二維工程圖，進一步驗證了理論上的投影關(guān)系，使得以往那些令人頭痛的復(fù)雜零件投影問題得以解決。指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合運動件工作原理，進一步掌握運動配合和機械加工原理，對圖紙進行合理標(biāo)注，同時養(yǎng)成合格規(guī)范繪圖的好習(xí)慣。

2.課堂擴展。隨著我國地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展和地方基礎(chǔ)教育水平的提高，當(dāng)前大學(xué)生普遍表現(xiàn)為見識寬廣，在課堂上顯得思維活躍，互動教學(xué)過程中解決問題的思路大不相同。由此，在操作過程中出現(xiàn)的錯誤就千變?nèi)f化，導(dǎo)致好多時間在為學(xué)生糾錯，這就要求教師知識面要廣，對各類錯誤應(yīng)對自如才能獲得學(xué)生的信任。

授課過程中結(jié)合工廠加工的實際問題，提醒學(xué)生回憶在工程訓(xùn)練和生產(chǎn)實習(xí)中曾經(jīng)做過或考查的項目，聯(lián)想相關(guān)的減速、變速及差速機構(gòu)，闡述并解決機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中諸多疑難，不自覺地將學(xué)生引入到機械加工環(huán)境中，與教師形成交互式的教學(xué)氛圍，雙方都受益匪淺。

課后為學(xué)生布置相近作業(yè)，按組分配給學(xué)生不同運動機構(gòu)。學(xué)生信心滿滿地鉆研，總結(jié)在課下所遇的諸多疑點和難點，及時與教師反饋溝通，極大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，迅速提高了學(xué)生的操作水平。

四、教學(xué)體會

本輪教學(xué)結(jié)束后，師生都體會到了解決實際工程問題的樂趣。期末考核過程中，部分同學(xué)積極轉(zhuǎn)換思路，繪制步驟與教師講授有了較大改進，說明創(chuàng)新教育在他們身上起到了作用、達到了初步目的，在求職應(yīng)聘期間也表現(xiàn)出胸有成竹的氣質(zhì)。

同時在教學(xué)實踐過程中，教師也深深體會到距離成功實施還有一定差距，很多工作不夠細(xì)致合理，需要逐步改進一些具體內(nèi)容。

1.案例內(nèi)容要更新。教學(xué)改革是一項挑戰(zhàn)，應(yīng)緊抓時代脈搏，根據(jù)學(xué)生掌握程度及時擴展授課內(nèi)容甚至更新案例，以開拓學(xué)生視野和激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

2.題庫覆蓋面要廣。在驗收終端，除了已授內(nèi)容，也要在考試內(nèi)容及具體環(huán)節(jié)中做足文章；除了變更參數(shù)，在具體結(jié)構(gòu)形式、類似機構(gòu)方面也要適當(dāng)擴展，并逐年擴充題庫題量，以充分考核學(xué)生的掌握水平和創(chuàng)新能力。

3.教師要公正嚴(yán)謹(jǐn)。教師除了在課堂上講授切實有用的知識之外，更要盡心督促，考試過程中更要公平地對待每一名學(xué)生，才會有效提高學(xué)生的積極性，使教學(xué)環(huán)節(jié)趨于完美。

參考文獻：

[1]婁延常.大學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)-湖北省大學(xué)生學(xué)情調(diào)查的啟示[J].復(fù)旦教育論壇，2004，（2）.

[2]屈文濤，任濤，康曉清.工科學(xué)生制圖能力培養(yǎng)模式的研究與實踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，27（6）.

[3]張德江.論教談學(xué)話育人[M].北京：高等教育出版社，2010.

[4]張潤蓮，張向利，葉進.案例教學(xué)法及其運用[J].桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2004，24（4）.

[5]于志新.CATIA實例應(yīng)用教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013.

基金項目：長春工業(yè)大學(xué)“提升本科教育教學(xué)質(zhì)量”教學(xué)改革項目（14-14）。

作者簡介：于志新（1975-），男，吉林梅河口人，副教授，研究方向：機械設(shè)計教學(xué)與科研。endprint