以模型制作大賽促進(jìn)工科類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新

楊朋　王雪蓮　劉艷紅　任志?！⑵G新　彭峰　韓玉梅

摘? 要：依托我校工科類專業(yè)的實(shí)際，將模型設(shè)計(jì)與制作融入教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中，通過活動(dòng)的引導(dǎo)及獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，促進(jìn)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情和知識的鞏固。文章基于我校開展的模型設(shè)計(jì)大賽具體情況和總結(jié)，對相關(guān)大賽對工科類的實(shí)踐教學(xué)改革方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：模型設(shè)計(jì);制作;工科類專業(yè);實(shí)踐教學(xué);創(chuàng)新

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）01-0013-05

Abstract： Relying on the engineering majors of our university， the model design and production are integrated into teaching and experimental training. Under the guidance and reward mechanism of the activities， the students'learning enthusiasm has been increased and their knowledge has been consolidated. Based on the specific situation andthe experience of the model design competition held by our school， this paper discusses the practical teaching reform of engineering majors in related competitions.

Keywords： model design; production; engineering majors; practical teaching; innovation

一、概述

模型技術(shù)在我國古代就誕生了，模型的主要原材料是陶泥，制作的陶制模型大多用于祭祀和陪葬。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，在工程方案招標(biāo)和設(shè)計(jì)中，需要展示相關(guān)模型，以增強(qiáng)中標(biāo)的機(jī)率，現(xiàn)代的模型技術(shù)可用于項(xiàng)目申報(bào)、展示、項(xiàng)目介紹等。在我國的工程行業(yè)里，工程模型的制作和展示逐漸被業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注，主要原因是其可將工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的形式與內(nèi)容完美地結(jié)合在一起，以其具體生動(dòng)的形式向人們展示設(shè)計(jì)方案的三維視覺影像[1-3]。近年來，很多教育學(xué)者也將工程模型應(yīng)用于教學(xué)，工程模型制作甚至發(fā)展成一門新興產(chǎn)業(yè)[4-6]。

教育工作者會(huì)發(fā)現(xiàn)在專業(yè)技術(shù)教學(xué)的過程中，受經(jīng)驗(yàn)所限學(xué)生的空間想象能力嚴(yán)重缺乏，僅僅通過平面施工圖的學(xué)習(xí)（CAD制圖或手工制圖等）無法在腦海中建立起生動(dòng)活潑的專業(yè)知識，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識中顯得力不從心。根據(jù)此現(xiàn)象，基于我?，F(xiàn)有資源優(yōu)勢，航務(wù)工程學(xué)院通過模型制作實(shí)踐大賽來提高學(xué)生讀圖識圖的能力，以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維與創(chuàng)新意識，促進(jìn)工科類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革和創(chuàng)新，從而達(dá)到工程技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)人才的目標(biāo)，從而適應(yīng)當(dāng)前工程行業(yè)的發(fā)展。

二、工程模型大賽簡介

2016年3月，航務(wù)工程學(xué)院舉辦工程模型大賽。本次比賽主要面向我院土木工科類本科專業(yè)學(xué)生，希望生動(dòng)的競賽活動(dòng)，把學(xué)生所學(xué)習(xí)的工程力學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料等方面的理論知識得到綜合應(yīng)用，經(jīng)過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以實(shí)物模型+電腦3D模型的形式展現(xiàn)出來，從而提高學(xué)生對專業(yè)的興趣，為本科學(xué)生展示專業(yè)技能和創(chuàng)新思維提供舞臺，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

本次模型大賽分三個(gè)階段進(jìn)行。在大賽開始前，航務(wù)工程學(xué)院通過申報(bào)“創(chuàng)新強(qiáng)校項(xiàng)目”和爭取企業(yè)贊助來支持本次模型大賽。此外，參賽學(xué)生已學(xué)習(xí)了理論力學(xué)、材料力學(xué)、建筑材料等專業(yè)基礎(chǔ)課程，具備參賽的理論知識基礎(chǔ)，鼓勵(lì)學(xué)生查閱資料，向指導(dǎo)老師請教，學(xué)生具備參賽的能力。學(xué)院的專業(yè)教師對參與此次競賽的指導(dǎo)工作熱情較高，對最終參賽作品的水平提供了保證。學(xué)院具有充足的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場地，可以提供給參賽學(xué)生制作實(shí)物模型使用，學(xué)院的電腦機(jī)房課余時(shí)間可以供學(xué)生制作3D模型。本次模型大賽涉及到橋梁、港口碼頭、游艇、房屋等領(lǐng)域，申報(bào)書見圖1。

（一）學(xué)生遞交申報(bào)書和制作模型

2016年5月，航務(wù)學(xué)院面向全校征集作品。通過廣泛發(fā)動(dòng)，學(xué)生報(bào)名熱情很高，全校五十余組學(xué)生報(bào)名參賽并向?qū)W院遞交了申報(bào)書。學(xué)院組織相關(guān)老師對項(xiàng)目的合理性與創(chuàng)新性進(jìn)行審核評比，最終篩選出23個(gè)優(yōu)秀申報(bào)書進(jìn)入模型制作階段。為了達(dá)到更好的制作效果，順利將作品在電腦上呈現(xiàn)出來，我們邀請到了廣州市港航工程研究所的工程師前來給學(xué)生們進(jìn)行為期一周的BIM課程培訓(xùn)（見圖2）。在制作過程中，各個(gè)參賽小組自行購買材料和工具，指導(dǎo)老師積極指導(dǎo)學(xué)生制作模型，及時(shí)解答學(xué)生制作過程中遇到的問題，鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)資料，將知識融入到實(shí)際制作過程中（見圖3）?？紤]到經(jīng)費(fèi)問題，我們將各組模型的造價(jià)作為評比的指標(biāo)之一。因此，學(xué)生在制作過程中充分利用周邊的物品，如廢舊紙板、廢舊泡沫板、木棍、竹簽等。

（二）中期審核和評比

跟進(jìn)每一組作品制作的進(jìn)程，及時(shí)督促學(xué)生完成作品。學(xué)生經(jīng)過四個(gè)月的精心設(shè)計(jì)和制作，2016年9月評審嘉賓們對同學(xué)們的作品提出改進(jìn)意見，學(xué)生用一周的時(shí)間，在老師給出的指導(dǎo)意見基礎(chǔ)上對模型進(jìn)行再次改進(jìn)。9月29日，學(xué)院組織評審嘉賓對工程模型作品進(jìn)行評審，學(xué)生需要介紹的內(nèi)容包括作品的3D模型圖，創(chuàng)意來源，制作過程，最大亮點(diǎn)等基本信息（見圖4）。通過評比，讓同學(xué)們對自己的作品有更深入的了解，同時(shí)讓學(xué)生們項(xiàng)目學(xué)習(xí)，對日后的專業(yè)學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的作用。

（三）頒獎(jiǎng)和模型展示

2016年10月，航務(wù)工程學(xué)院邀請了全校有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對本次工程模型大賽進(jìn)行頒獎(jiǎng)并參觀了陳列于圖書館的作品（見圖5）。在本次比賽中吉斯塔夫·福樓拜橋模型獲得諸多老師好評，其吸引評審團(tuán)的原因之一是附加了電子機(jī)械設(shè)備，采用升降式開啟裝置能讓橋面靈活升降使船只通行便捷。另外其結(jié)構(gòu)輕巧美觀、橋梁造型設(shè)計(jì)新穎。其余參賽小組的作品各有特色，極具代表性，充分地展示了航務(wù)工程學(xué)院的學(xué)生的創(chuàng)造力和行動(dòng)力（見圖6）。在頒獎(jiǎng)典禮之后，學(xué)院還特意組織學(xué)生參觀學(xué)習(xí)（見圖7）。

三、工程模型大賽的意義

參賽學(xué)生都表現(xiàn)出了濃厚的興趣和積極性。本次模型制作大賽也體現(xiàn)出了多層次的積極意義，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，模型制作激發(fā)了學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)模式已無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，必須做出改變才能將學(xué)生從課外拉到課內(nèi)。近年來，“雨課堂”、“MOOC”課和“Flipped Class Model（翻轉(zhuǎn)課堂）”等教學(xué)模式和方法逐漸被人們所重視。我國教育主管部門也加大力度“淘汰水課”，打造“金課”。在此背景下，高校根據(jù)自身情況有必要找出適合自己本校的教育教學(xué)方法。本次大賽，從方案討論，再到最終確定和模型制作，整個(gè)過程以“學(xué)生活動(dòng)為主，指導(dǎo)教師引導(dǎo)為輔”的原則，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。模型大賽對學(xué)生的吸引力還表現(xiàn)在模型制作過程中，不斷有全校其它專業(yè)低年級的學(xué)生觀摩并躍躍欲試。第二，模型制作提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。本次模型大賽參加的學(xué)生主體為本科二年級和三年級的學(xué)生，已經(jīng)通過相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)，基本掌握了工程專業(yè)的知識。通過制作模型，學(xué)生將課本上知識運(yùn)用的模型中，不僅使同學(xué)們深化和細(xì)化工程構(gòu)造的正確認(rèn)識，而且還大大鍛煉了動(dòng)手能力。第三，增強(qiáng)了學(xué)生的合作團(tuán)隊(duì)意識。模型制作過程中工序繁多、分工細(xì)致，工序間的相互干擾非常大，只有合作默契才能完成質(zhì)量上乘的作品。因此，在大賽過程中，學(xué)生們克服苦難，默契合作培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神和集體榮譽(yù)感。

四、存在問題

本次模型大賽順利開展得到了航務(wù)工程學(xué)院施斌院長、余景良副院長的大力支持，還得到了廣州港航研究所有限公司吳永明總經(jīng)理的大力支持，部分作品也突出了創(chuàng)新意識和專業(yè)特色，能夠?qū)⒆钚碌墓こ添?xiàng)目展現(xiàn)出來。如港珠澳大橋是2018年9月份才開始通車，而學(xué)生能夠通過模型將此超級項(xiàng)目完美地用模型展現(xiàn)出來，且該模型在制作過程中還用到了3D打印技術(shù)。但是在整個(gè)制作過程中，也存在一些問題。1. 作品質(zhì)量需要提升。限于工程經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)手能力影響，大部分模型作品外表比較簡單，細(xì)節(jié)部分粗糙。還有很多需要質(zhì)量提升的空間。2. 三維空間想象和專業(yè)基礎(chǔ)不牢。模型的制作需要良好的空間想象能力和較強(qiáng)的軟件使用能力（CAD或BIM畫圖），部分同學(xué)基礎(chǔ)不牢，還需要他人的幫助才能完成。3. 缺乏模型指導(dǎo)課。我校雖然有模型協(xié)會(huì)，但同學(xué)們的積極性不高。由于沒有開設(shè)專門的模型課程，學(xué)生們對模型概念的缺乏，動(dòng)手能力嚴(yán)重不足。

五、對工科教學(xué)改革的一點(diǎn)思考

整個(gè)模型大賽對教師和學(xué)生來說，有收獲也有挑戰(zhàn)。模型制作已經(jīng)結(jié)束，作者需對未來教學(xué)改革的思考如下：

1. 開設(shè)模型指導(dǎo)課程。模型指導(dǎo)課可以將生澀難懂專業(yè)知識融入其中，通過開設(shè)模型制作有利于學(xué)生對專業(yè)課程具體生動(dòng)認(rèn)識，不但可以提高學(xué)生們的積極性和熱情，還能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和空間思維能力。由于其重要性，本類課程建議為必修。

2. 加深教師學(xué)生間聯(lián)系。一直以來，教師學(xué)生間的聯(lián)系十分有限。通過組織豐富多彩的師生間社會(huì)、科研活動(dòng)，拉近師生距離，學(xué)生才能學(xué)到更多的知識。

3. 專業(yè)課程小班制工科專業(yè)知識難度大、難于接受和理解，采取專業(yè)課程小班制（8-15人），師生可以更加輕松有趣地學(xué)習(xí)知識。

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