微課在CAD類課程教學中的應用研究

田輝 王棟 王玲 張秀麗 蘭明明

摘要：針對目前CAD類課程教學存在的問題，嘗試在河南農(nóng)業(yè)大學機電類本科生中利用微課結合網(wǎng)絡平臺開展教學，以“SolidWorks三維設計”課程為例，從微課資源建設、課堂實施、教學效果等三個方面展開研究并應用于實際教學中。實踐證明：基于微課教學模式的教學方案，切實增強了學生實踐開發(fā)能力，大大提升了學生自主學習能力和創(chuàng)新協(xié)作意識，也為其他學科課程教學改革提供參考依據(jù)。

關鍵詞：CAD;微課;教學模式;教學改革

目前，隨著智能手機、電腦的廣泛應用，“互聯(lián)網(wǎng)+移動學習”的方式正在被越來越多的人們接受，而微課正是適應了這種需要，學生在課余、課間及閑暇等碎片時間段，可以快速通過互聯(lián)網(wǎng)進行短時間的免費學習，也可以把學習過程中遇到的問題及要求在線反饋給老師，通過在線交流互動提高學習效果。

一、CAD類課程教學現(xiàn)狀

CAD類課程一般是工科類專業(yè)的專業(yè)選修課，傳統(tǒng)的二維CAD要求機械設計人員必須有較強的二維空間的想象、表達能力，常采用Auto CAD、CAXA等繪圖軟件進行二維工程圖繪制。而三維CAD技術是數(shù)字化、虛擬化、智能化設計平臺的基礎，采用三維模型進行產(chǎn)品設計，能虛擬仿真實際產(chǎn)品的構形及生產(chǎn)加工過程，且采用參數(shù)化驅動零部件尺寸，設計的產(chǎn)品易于修改、方便管理。這也是目前高校課程采用最多的方式。河南農(nóng)業(yè)大學“Solid Works三維設計”課程在2010年較早開設，結合多年教學實踐，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教學中存在著如下問題。

一是教學內(nèi)容以命令講述為主，缺乏產(chǎn)品整體設計思想的培養(yǎng)。改革之前，河南農(nóng)業(yè)大學的CAD課程教學模式是在理論課堂上教師先通過多媒體課件講解知識點，然后打開軟件進行各類命令的操作演示，最后講解幾個簡單的實例來進行軟件的具體操作，這也是大部分軟件類課程之前一直沿用的教學方法。教師往往注重軟件命令的使用而忽視軟件是為了產(chǎn)品設計而設計。

二是教學模式單一，缺乏互動和創(chuàng)新。目前，CAD類課程的教學模式是教師先講授、演示命令，然后學生操作。由于命令復雜，許多學生容易忘記，其學習興趣度下降。教師是整個過程的主角，學生只被動地接受知識，沒有被充分調(diào)動起主動性，教學效果并不理想，課后學生和老師之間又缺乏有效的溝通途徑，無法使學生學以致用，無法觸發(fā)學生的創(chuàng)新動力。

三是忽略應用，缺乏專業(yè)融合。目前的教學方法是教師僅關注自己課程知識點的講授，不關注課程在整個專業(yè)體系中的作用及本課程前后知識的串聯(lián)與結合。這造成很多學生學會軟件以后，不用或者不知道用在什么地方，忽略了課程的實踐應用，缺乏專業(yè)知識的系統(tǒng)融合。

二、CAD類課程微課資源建設

確定以河南農(nóng)業(yè)大學開設的CAD類課程“Solid Works三維設計”為微課課程案例，檢驗CAD類微課的應用效果，研究的過程中對教學過程進行系統(tǒng)的觀察、記錄和分析，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，適時調(diào)整研究進程，完善研究方案，并為以后其他課程微課的設計和實施提供參考。

結合河南農(nóng)業(yè)大學實際課程情況，微課前期的分析著力點在課程教學現(xiàn)狀方面;微課知識體系的分析主要是課程內(nèi)容核心知識點的確定;視頻分析主要是素材選擇、腳本編寫、錄制方式選擇以及QQ、微信、超星學習通的網(wǎng)絡平臺構建;微資源分析主要是微課的類別及導入;微課學習活動分析主要有微課教學模式的課堂實施以及保障措施;最后是對微課學習效果的評價總結和推廣。

（一）教學內(nèi)容核心知識點劃分

該課程是河南農(nóng)業(yè)大學機電類專業(yè)大三選修課程，占2個學分，共32學時，分為16學時的課堂理論教學和16學時的上機實操訓練。本課程學時少任務多，在保證課程知識體系完整的基礎上，更著重“知識的系統(tǒng)性”，結合工程制圖、機械設計、先進機械制造技術等課程所學理論，要使學生做到設計制造仿真而非簡單的畫圖;應按照機械產(chǎn)品設計的需求，組織講解最常用的命令，注重實踐應用;運用真實機械零部件的設計過程，把設計、繪圖、生產(chǎn)加工等各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，使學生建立一個基于三維技術的機械設計制造知識體系。對教學內(nèi)容加以取舍，去粗取精，同時，吸收行業(yè)的最新研究成果來科學合理地構建教學內(nèi)容，以期學生學有所用，學以致用。

齒輪減速器是廣泛應用于機械行業(yè)的機械裝置，它包含多種零件，其主要結構類型包括軸類、輪盤類、箱體類、標準件和常用件等。這也是河南農(nóng)業(yè)大學學生在機械課程設計中選擇的部件。在教學內(nèi)容的案例精選上，圍繞齒輪減速器實際產(chǎn)品設計為整個教學和課程建設的主線。教學內(nèi)容會分為八個模塊，采用思維導圖的形式建立課程核心知識地圖。

（二）微課視頻制作

1、微課視頻教學的設計原則。微課視頻內(nèi)容的設計要符合實際教學規(guī)律和學生的需要，要符合多媒體設計的原則以及教學設計的理論與方法，且設計微課時應關注以下幾個問題。

（1）制作微課的出發(fā)點要明確：微課視頻制作要從教學問題、目標及實際教學應用出發(fā)來構建學習資源，應綜合考慮使用的對象、目的及時機等。在使用微課教學時，要有明確的教學目的，可通過教師口授傳達，也可在微課開頭或者中間添加屏幕文字說明，以使學生明確課程學習內(nèi)容，激發(fā)學習者對相關知識點的關注。

（2）選題要貼切：微課的選題一定要貼切，選題范圍可以是教學中的重點、難點或易混淆的知識點。特別是在CAD類課程中，微課中的相關知識點一定要關聯(lián)、有順序，不能混亂無章。微課內(nèi)容可以是視頻講解，也可以是視頻文字共存的方式，設計者根據(jù)需要合理選用。

（3）教學引導合理得當：視頻課程在開始之前要簡潔明了地引出主題，快速抓住學習者的注意力，通過小案例或開門見山式導入，一般時間控制在10秒左右，中間內(nèi)容要豐富、剪裁得當，既要保證完成教學目標，又不能拖沓冗長。視頻最后要及時對知識點進行總結，并有針對性地提出新的問題。

（4）巧妙合理地使用媒體設備：無論微課在教學課堂上的使用方式，還是微課呈現(xiàn)出的畫面，都要精心設計，合理恰當?shù)剡\用媒體設備，避免畫面呆板無趣。

2、微課視頻制作。不同的內(nèi)容選擇不同的錄制方式。CAD類課程的微課制作主要是通過教師的示范、演示來展現(xiàn)教學內(nèi)容，一般需要直觀、動態(tài)地呈現(xiàn)軟件操作過程，常采用錄屏軟件錄制微課視頻。這樣的錄制方式能夠清晰展示出每個知識點的操作步驟及操作重難點。實驗操作方面，一般采用攝像技術拍攝微視頻，要拍攝教師的肢體動作和對各種實驗工具的操作（手部動作），清晰直觀地展現(xiàn)動作和操作。理論教學部分可以去錄播室進行錄制，畫面質量比較高，缺點是后期制作視頻時不方便修改。

以實際產(chǎn)品設計為主線，系統(tǒng)性地錄制知識點微課視頻。如，3D打印模塊中先是錄制零件的設計過程，生成STL可打印格式，可以錄制微課“零件設計階段”視頻。導入3D打印的切片軟件中進行切片操作，生成G代碼導入SD卡這段，可以錄制微課“零件切片”視頻。然后是3D打印機的使用操作，可以錄制微課“3D打印機的使用操作”視頻。最后，把打印后的零件裝配成一個實物模型的制作，可以錄制微課“實物模型的制作”視頻。每個視頻不超過10分鐘。

本課程按照知識認知規(guī)律，把知識點分為基礎練習模塊、提高升級模塊、綜合設計、創(chuàng)新實踐模塊、學習拓展資源等五個模塊，每個模塊有25個左右的典型練習案例，共錄制120個實訓案例的微操作視頻，以供學生在線自主學習。

三、微課的實施與效果

（一）微課課堂教學模式實施

根據(jù)河南農(nóng)業(yè)大學人才培養(yǎng)目標，結合“Solid Works三維設計”課程的教學特點，以微課和超星學習通教學平臺、QQ平臺等信息技術為依托，設計微課翻轉課堂教學模式。教學模式明確地把教學過程劃分為課前準備、課堂教學和課后鞏固三個階段，明確了三個階段的教學活動和師生任務分工。

根據(jù)科學記憶方法“3時間+3場景”的訓練方式，在基于微課的翻轉課堂教學模式下，學生對知識的掌握循序漸進，實現(xiàn)了3次知識的內(nèi)化。如表1所示，學生課前通過超星學習通、QQ群等網(wǎng)絡平臺自主學習微課視頻，不再僅僅依賴教師課堂上講授知識，通過自主學習實現(xiàn)第1次知識的內(nèi)化。課堂上，教師更多是根據(jù)課前學生的問題反饋去引導學生自主探究以及對學生進行個性化輔導，一步步引領學生真正掌握所學，這將促使學生對知識進行第2次內(nèi)化。課后，學生通過獨立完成老師布置的拓展實踐任務實現(xiàn)對知識的第3次內(nèi)化。

（二）教學效果

為了評價學生是否滿意微課翻轉課堂的教學設計模式，從提高實踐技能、激發(fā)學習興趣、討論交流、有助于課程學習和作業(yè)難度等五個方面，對2016級3個班的104名學生進行了問卷調(diào)查，從“問卷網(wǎng)”上編輯調(diào)查表并發(fā)布到學生QQ群中，具體結果如表2所示。從表2可以看出，學生普遍認為教學視頻有助于課程學習、微課教學有助于提高實踐技能、作業(yè)難度適中、能激發(fā)學生學習興趣、討論交流比較有效。

在對機械設計制造及其自動化專業(yè)2015級4個班的CAD課程實施了微課教學試點。與2014級4個班未實施翻轉課堂教學的期末考試成績相比，2015級學生全部一次性通過考試，優(yōu)秀率提高了10個百分點，并且借助本課程的裝配體課程設計，其中的部分優(yōu)秀作品直接參加全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計競賽并獲獎。部分同學把自己的競賽作品寫成論文并發(fā)表，部分同學的創(chuàng)新設計作品申請了國家實用新型專利。

四、結論

針對“Solid Works三維設計”的課程教學融入微課教學模式，不僅有助于學生對知識點的掌握，通過互動交流、討論及問題解答，讓學生實現(xiàn)了3次知識的內(nèi)化、充分鍛煉了其知識實踐應用能力，實踐證明：基于微課教學模式的教學方案，切實增強了學生實踐動手能力，大大提升了學生自主學習能力和創(chuàng)新協(xié)作意識，也為其他學科的教學改革提供參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]胡平霞，《計算機應用基礎》微課設計與制作實踐[J].電腦知識與技術，2016（25）.

[2]曹建國，顏家振，李寧，基于主動實踐的工科專業(yè)課程設計教學探索[J].高等教育發(fā)展研究，2014（1）.

[3]廖廷良，袁滿，多媒體在大學英語課堂的應用[J].吉林省教育學院學報（中旬），2014（7）.

[4]王記彩，余健，翻轉課堂在高職機械CAD/CAE軟件（Proe）課程中的實踐應用研究[J].太原城市職業(yè)技術學院學報，2015（10）.