基于CDIO理念的SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

杜 靜，張 慧，陳 劍

(1.西安工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710048;2.西安工程大學(xué) 學(xué)生工作部，陜西 西安 710048)

0 引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)[1]。CDIO模式實(shí)踐性較強(qiáng)，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、制造、裝配以及產(chǎn)品運(yùn)行的一個(gè)完整生命周期為載體，以真實(shí)工作環(huán)境為依托，建立一個(gè)理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐課程體系，通過構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行體驗(yàn)真實(shí)項(xiàng)目過程，使學(xué)生主動(dòng)參與獲取知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)能力、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)以及工程實(shí)踐能力。

SolidWorks是一款基于Windows系統(tǒng)開發(fā)，采用參變量式CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，應(yīng)用范圍涉及航空航天、汽車、模具制造等各個(gè)領(lǐng)域，是本科院校機(jī)械類以及近機(jī)械類學(xué)生必修的CAD軟件之一[2]。為了滿足制造企業(yè)人才需求，大部分高校相關(guān)專業(yè)均開設(shè)了SolidWorks軟件應(yīng)用課程，目的是為了培養(yǎng)學(xué)生三維建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真及工程制圖等能力。以工程教育認(rèn)證為契機(jī)，在教學(xué)中引入CDIO工程教育理念，以SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)課程為依托，深入挖掘課程涵蓋的各類思政元素，將課程思政元素融入教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施及考核評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行改革，從理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)挖掘思政元素，通過多個(gè)項(xiàng)目構(gòu)建知識(shí)、能力和課程思政相互融合的教學(xué)體系。教學(xué)過程以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮教師的示范、診斷、評(píng)價(jià)作用，引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生達(dá)成預(yù)期目標(biāo)，提高大學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐型人才培養(yǎng)[3]。

1 SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)思路

目前，大部分高校均開設(shè)SolidWorks軟件課程，但是教學(xué)內(nèi)容是按照各個(gè)功能命令分開講解，知識(shí)點(diǎn)過于單一，理論與實(shí)踐脫節(jié)。教學(xué)過程往往以教師講解為主，學(xué)生練習(xí)為輔，教學(xué)方法單一，采用“一講一做”的模式，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，學(xué)生缺少自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力，忽略了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，無法滿足工程教育培養(yǎng)大學(xué)生的要求。

課堂教學(xué)改革是高等教育發(fā)展的永恒課題，課堂教學(xué)方法無固定模式，課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)服務(wù)于行業(yè)、企業(yè)發(fā)展要求，高校需加強(qiáng)對(duì)SolidWorks軟件課程教學(xué)改革、明確教學(xué)目標(biāo)、改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法、完善考核體系，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，深化教育教學(xué)改革。而項(xiàng)目化教學(xué)是一種適合于實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)方法，以項(xiàng)目作為課程知識(shí)的載體，由師生共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而展開的教學(xué)活動(dòng)。同時(shí)，將課程思政元素融入專業(yè)知識(shí)的授課過程中，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程內(nèi)容和思政育人的互相融合，有意識(shí)、有計(jì)劃地對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想政治教育，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，為社會(huì)、企業(yè)培養(yǎng)有知識(shí)、有技術(shù)、有情懷的工程技術(shù)員。

SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程，結(jié)合課程特點(diǎn)，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性，SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐內(nèi)容以齒輪泵、活塞等具有代表性的作品項(xiàng)目作為教學(xué)載體，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)具體化的項(xiàng)目內(nèi)容掌握機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)。通過體驗(yàn)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)，將SolidWorks軟件的建模、工程圖、裝配以及仿真等知識(shí)貫穿其中，將理論知識(shí)與實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合。教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，讓學(xué)生帶著興趣、問題去學(xué)習(xí)，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)、引導(dǎo)學(xué)生，針對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑，培養(yǎng)學(xué)生完成單項(xiàng)工作能力、復(fù)雜工作能力，以及解決實(shí)際問題的綜合能力，改變?cè)究菰锏膶?shí)踐環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)趣味性與專業(yè)性[4]，使專業(yè)課程知識(shí)更具有活力，充分發(fā)揮課堂育人的重要作用。

2 SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

2.1 教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過程

考慮SolidWorks軟件屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，為了保證學(xué)生能夠順利完成規(guī)定的項(xiàng)目，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由3～4人組成，由實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任組長，學(xué)生在掌握各個(gè)模塊基本操作流程、指令之后，還需進(jìn)行項(xiàng)目練習(xí)才能靈活運(yùn)用操作命令，因此每次授課安排4學(xué)時(shí)。將教學(xué)環(huán)節(jié)分為項(xiàng)目引入、教學(xué)演示、項(xiàng)目實(shí)施、考核評(píng)價(jià)等4個(gè)階段[5-6]，如表1所示。

表1 項(xiàng)目實(shí)施方案

2.2 教學(xué)項(xiàng)目引入

教師是教學(xué)活動(dòng)的組織者與引導(dǎo)者，在教學(xué)內(nèi)容上選擇與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合、具有代表性的零部件。圖1為齒輪泵裝配體及爆炸圖。齒輪泵包含多零部件，且零件建模難易程度不一，涵蓋了本課程的全部知識(shí)點(diǎn)，例如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、抽殼、裝配等內(nèi)容[7]。通過齒輪泵項(xiàng)目開展實(shí)踐教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容集成到項(xiàng)目載體中，改變傳統(tǒng)的，按部就班講解操作步驟和建模命令的教學(xué)方式，將零散的知識(shí)點(diǎn)集合到一個(gè)具體項(xiàng)目中。其中包含了化整為零和抽象內(nèi)容具體化的課程思政內(nèi)容，把課堂所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐操作結(jié)合起來，使整個(gè)教學(xué)過程緊緊圍繞解決項(xiàng)目問題而開展，在具體項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下完成教學(xué)任務(wù)。

1—主齒輪軸;2—壓蓋螺母；3—墊圈壓蓋；4—泵體；5—從齒輪軸；6—泵蓋；7—螺釘圖1 齒輪泵裝配體及爆炸圖(單位： mm)

教師引入項(xiàng)目后，具體講解本項(xiàng)目需掌握SolidWorks軟件的功能與模塊指令，講解齒輪泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及零件建模過程所涉及指令的應(yīng)用，齒輪泵項(xiàng)目的難點(diǎn)、重點(diǎn)及技巧。教師演示完成后，學(xué)生領(lǐng)取任務(wù)，由教師引導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)資料，學(xué)生自主完成齒輪泵的建模、裝配及仿真等內(nèi)容。

2.3 教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施

教學(xué)項(xiàng)目內(nèi)容的關(guān)鍵在于項(xiàng)目實(shí)施過程，教師演示主要以齒輪泵、活塞等經(jīng)典項(xiàng)目為切入點(diǎn)，通過對(duì)齒輪泵機(jī)構(gòu)進(jìn)行分解，生成裝配爆炸圖，使學(xué)生了解齒輪泵的結(jié)構(gòu)組成、裝配關(guān)系以及零件種類，由教師通過對(duì)模型的構(gòu)建講解設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)步驟、操作要領(lǐng)等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生掌握基本建模思路和命令。通過多種教學(xué)手段包括翻轉(zhuǎn)課堂、微課等教學(xué)形式，針對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)展開討論，讓學(xué)生熟悉課堂內(nèi)容，并提前記錄下學(xué)習(xí)過程中遇到的問題[9]。

教師將項(xiàng)目引入后，給學(xué)生下達(dá)工作任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書要求，明確任務(wù)，收集、學(xué)習(xí)項(xiàng)目所需的相關(guān)資料。項(xiàng)目任務(wù)實(shí)施階段，需要明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，由于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，安排項(xiàng)目任務(wù)應(yīng)由簡單到復(fù)雜。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由3～4人組成，由實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任組長。組長領(lǐng)取任務(wù)后，由組長負(fù)責(zé)組織小組成員討論、分析項(xiàng)目任務(wù)，根據(jù)任務(wù)要求查閱相關(guān)資料，制定項(xiàng)目實(shí)施方案，合理分工，責(zé)任落實(shí)到人，明確學(xué)習(xí)任務(wù)和任務(wù)階段劃分，通過項(xiàng)目實(shí)踐過程培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)。

為了保障項(xiàng)目順利完成，教師作為引導(dǎo)者，規(guī)定好各個(gè)小組完成項(xiàng)目的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程中，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生大膽探索創(chuàng)新，拓展教學(xué)內(nèi)容，發(fā)掘哲學(xué)思想，培養(yǎng)學(xué)生辯證思維、創(chuàng)新思維的能力。同一個(gè)零件可以設(shè)計(jì)多種建模方式，對(duì)不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，選擇最佳實(shí)施方案。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中鍛煉建模思路和基本指令的使用，達(dá)到熟能生巧的目的。實(shí)踐中多鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、多思多想，激發(fā)其學(xué)習(xí)潛能。創(chuàng)新實(shí)踐階段以一個(gè)綜合項(xiàng)目實(shí)踐為主線，綜合建模、裝配、仿真等知識(shí)點(diǎn)，采用分組形式，通過學(xué)生的自主探究和合作來解決問題，讓學(xué)生通過項(xiàng)目的學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)中逐步提高。任務(wù)完成后，教師組織各小組學(xué)生進(jìn)行互評(píng)及教師點(diǎn)評(píng)，在點(diǎn)評(píng)過程中發(fā)現(xiàn)問題，開拓學(xué)生的思維，建立濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。不僅能使學(xué)生掌握SolidWorks軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，更培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力。

2.4 教學(xué)考核評(píng)價(jià)

考核評(píng)價(jià)體系是實(shí)踐教學(xué)的重要組成環(huán)節(jié)，為了有效、科學(xué)衡量專業(yè)課程融入課程思政的效果，教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系需采用多元化評(píng)價(jià)模式，貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，將教學(xué)過程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，更加全面、有效評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[10]。

考核評(píng)價(jià)體系由學(xué)習(xí)過程考核(20%)、實(shí)踐考核(50%)和期末綜合考核(30%)3部分組成。學(xué)習(xí)過程考核階段主要是引導(dǎo)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過程，考核學(xué)生到課情況、課堂表現(xiàn)情況；實(shí)踐考核階段主要是引導(dǎo)學(xué)生掌握軟件模塊及各個(gè)指令，考核學(xué)生的自學(xué)能力、人文維度以及實(shí)踐應(yīng)用能力；期末綜合考核階段主要是學(xué)生自主完成一個(gè)綜合實(shí)踐項(xiàng)目，考核學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作完成復(fù)雜項(xiàng)目的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、綜合分析能力以及思辨探究能力。

3 結(jié)論

基于CDIO工程教育理念的SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)，通過合理設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及考核等各個(gè)環(huán)節(jié)融入課程思政元素。以項(xiàng)目為導(dǎo)向，通過具體的項(xiàng)目展開SolidWorks課程教學(xué)，在實(shí)踐過程中，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)造性；教師引導(dǎo)每組學(xué)生達(dá)到預(yù)期的實(shí)踐效果；學(xué)生通過完成零部件的設(shè)計(jì)任務(wù)，獲得一定的成就感。通過將專業(yè)課程和思政教育有機(jī)結(jié)合，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力以及團(tuán)結(jié)合作能力具有重要意義。