《產(chǎn)品建模與仿真》課程建設研究與實踐

黃小龍 高宏

摘要：為了促進學生的學習，培養(yǎng)學生的工程實踐和創(chuàng)新能力，通過分析《產(chǎn)品建模與仿真》課程的教學現(xiàn)狀，對課程的實驗素材、教學案例、作業(yè)題庫、學習參考資料等教學資源進行了建設，并在課堂教學中引入了任務驅(qū)動教學法。實踐證明，該方面工作的開展可以改善課程的教學效果。

關鍵詞：《產(chǎn)品建模與仿真》；課程建設；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）34-0135-02

一、引言

《產(chǎn)品建模與仿真》課程是我校機械設計制造及自動化專業(yè)的專業(yè)選修課，主要介紹了產(chǎn)品建模的基本理論和方法以及產(chǎn)品建模與仿真平臺的應用等內(nèi)容。通過本課程的學習及相關的上機實驗，學生可掌握產(chǎn)品建模的基本理論和方法，能夠利用典型的產(chǎn)品建模與仿真平臺或數(shù)字化設計系統(tǒng)來建立產(chǎn)品的虛擬模型，能夠利用虛擬模型代替實物模型進行仿真分析[1]。

二、現(xiàn)狀分析

《產(chǎn)品建模與仿真》課程與一些高校的《三維軟件設計》課程相似，但在其講解典型的產(chǎn)品建模與仿真平臺或數(shù)字化設計系統(tǒng)（如Cero）的過程中，其更為強調(diào)產(chǎn)品的設計及建模，注重提高學生的工程實踐能力。通過多年的教學發(fā)現(xiàn)，目前現(xiàn)行的教材中存在著一些問題，其內(nèi)容編排多以軟件說明為主線，系統(tǒng)解決工程問題的思想較弱；以命令操作為核心，與實際工程問題的聯(lián)系不夠密切；教學資源缺乏，如缺少作業(yè)題庫、實驗素材過于單一、與工程教育認證相關要求有一定的差距。對于一門強調(diào)提高工程實踐能力為主的課程（我校該課程安排了32學時，其中8學時上機）來說，教學資源的缺乏直接導致學生在面臨具體工程問題的分析和求解時，不知所措，不會靈活運用所學內(nèi)容，理論與實際脫軌，因此有必要對該課程的教學資源進行建設，包括實驗素材、教學案例、作業(yè)題庫、學習參考資料、教學大綱、授課計劃等。通過建設《產(chǎn)品建模與仿真》課程教學資源，修訂教學大綱、優(yōu)化實驗素材、編寫習題集、拓展學習參考資料等，使學生主動且有目的性地參與課程的學習及其實踐環(huán)節(jié)，提高自主學習的積極性。

三、建設內(nèi)容及實施

1.優(yōu)化實驗素材，擴大選題范圍。將學生科技活動主題引入上機實驗素材庫，既擴大了選題范圍，豐富了課程實踐教學的內(nèi)容，增加了課程實踐教學的實用性和針對性，又激發(fā)了學生參與課程實踐教學的興趣和熱情，吸引了更多的學生積極投身于科技活動中。如將2016年、2018年全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的主題“服務社會——高效、便利、個性化”、“關注民生、美好家園”等編入課程的上機實驗任務中。學生可以自主選擇相應的設計任務，如錢幣的分類、清點、整理機械裝置設計，不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機械裝置設計，商品載運及助力機械裝置設計以及小型停車機械裝置設計，輔助人工采摘水果的小型機械裝置或工具的設計，等等。這樣學生可以應用已學過的《機械原理》、《機械設計》等課程內(nèi)容，并結合正在學習的《產(chǎn)品建模與仿真》課程完成課外科技活動作品的創(chuàng)作。在2017年12月，共有60名學生的14項作品參加了北京信息科技大學機械創(chuàng)新設計大賽。

2.精選教學案例，編寫習題集。將教師工作過程中完成的具體機械結構轉化為課堂教學案例[1]或課程作業(yè)題庫，讓學生直接認識課堂講授知識點能夠?qū)崿F(xiàn)和解決工程中的具體問題。如在課堂選用齒輪、軸、平鍵、帶輪、軸承、箱體、箱蓋等零件作為教學案例，講解零件的建模以及裝配等，這樣學生可以更加直觀地了解零件的具體結構以及各個參數(shù)的具體意義，從而可以鞏固《機械設計》等課程的學習內(nèi)容，對《機械設計課程設計》也有很大的幫助。筆者發(fā)現(xiàn)，近年已有不少學生在應用《產(chǎn)品建模與仿真》課程的學習內(nèi)容來完成《機械設計》課程的實驗報告以及《機械設計課程設計》的設計任務。同時，為了提高學生的產(chǎn)品設計與工程實踐能力，有意識地將機械產(chǎn)品的典型零件編入《產(chǎn)品建模與仿真》課程的習題集以及上機指導書中。

3.引入任務驅(qū)動教學法。任務驅(qū)動教學法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學法，任務驅(qū)動教學法的核心工作是根據(jù)教學內(nèi)容設計任務。該方法是以教學任務為主線，選取一個典型的項目作為總任務貫穿教學的始終，按知識點將總任務分解為若干個具體子任務，把課程教學的主要內(nèi)容融入總任務的各個階段，使教材中各章節(jié)的零散知識有機地聯(lián)系在一起，有利于幫助學生構建完整的知識體系[2]。筆者在教學過程中選取齒輪油泵、虎口鉗等作為項目的總任務，根據(jù)教學內(nèi)容編制好任務書，學生需以小組為單位完成設計任務。在講解教學內(nèi)容的知識點后，講解其在項目中的應用。學生完成任務后，需提交任務報告書并利用PPT進行項目展示，教師進行點評。任務驅(qū)動教學法改變了以往“教師講，學生聽”的被動教學模式，使學生做到了“學中用，用中學，以用促學”。

4.匯編課程學習參考資料。收集與編寫了課程學習參考資料，便于學生在實例練習過程中學習課程講授的知識點。編寫的課程學習參考資料如下表所示。

5.修訂教學大綱與授課計劃。修訂了教學大綱與授課計劃，使其與工程教育認證要求相符合。制定了《產(chǎn)品建模與仿真》課程畢業(yè)要求達成度分析表以及課程達成度評價表。如在課程畢業(yè)要求達成度分析表中對課程的試卷、考試成績及分布（卷面成績、總評成績）進行分析，并從指標點、課程權重目標值、指標點相關試題的總分、該指標點相關試題的平均分、課程權重評價值、評價結果等方面對課程的達成度進行了分析。在課程達成度評價表中對課程支撐的畢業(yè)要求指標點、課程目標、達成途徑、評價依據(jù)、評價方式、評價結果以及課程的持續(xù)改進方法等進行了分析與評價。

四、建設效果

通過建設課程的教學資源，使學生易于自主學習，豐富了課程實踐教學內(nèi)容，加強了學生對理論知識的理解，訓練了學生進行科學實踐和獨立工作的能力，培養(yǎng)了學生獲取知識的能力，激發(fā)了學生參與課程自主學習及實踐的興趣和熱情，吸引了更多的學生來選修本課程并積極投身于科技活動。作為一門專業(yè)選修課，近兩年學生的選課率均達到了85%以上，課程成果中先后有7項學生作品獲得了北京市以及全國機械創(chuàng)新設計大賽獎項。

五、結論

通過積極建設《產(chǎn)品建模與仿真》課程的教學資源，修訂教學大綱與授課計劃，優(yōu)化實驗素材，建立習題集，拓展學習參考資料，在課堂教學中引入任務驅(qū)動教學法，促進了學生的學習，培養(yǎng)了學生的工程實踐和創(chuàng)新能力，課程教學效果得到了改善。

參考文獻：

[1]高宏.將工程實踐轉化為教學案例提升《產(chǎn)品建模與仿真》課程教學效果[J].教育教學論壇，2015，（18）：138-139.

[2]劉相權.“機械設計基礎”課程任務驅(qū)動式教學改革研究[J].中國電力教育，2014，（11）：120-121.