“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探究

陳德平 李萌崛 陳營(yíng) 魏燕紅 廖婷婷

摘要：“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是材料成型控制工程專業(yè)以及其他工科專業(yè)學(xué)生的必修課程。文章探討了“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)方法、教學(xué)模式和評(píng)價(jià)機(jī)制改革，旨在使操作技能與專業(yè)理論知識(shí)相結(jié)合，切實(shí)提高學(xué)生解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力。實(shí)踐結(jié)果表明，對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行改革不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能提高他們靈活應(yīng)用軟件的能力、模具設(shè)計(jì)能力和制圖能力。

關(guān)鍵詞：工科專業(yè);教學(xué)改革;計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ);UG

中圖法分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on teaching reform of “computer 3D design fundamentals” course

CHEN Deping，LIMengjue，CHENYing，WEIYanhong，LIAOTingting

（School of Materials and Environmental Engineering，Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China）

Abstract：“Computer 3D design fundamentals” is a compulsory course for students majoring inmaterial forming control engineering and other engineering majors. This paper discusses the teachingmethod， teaching mode and evaluation mechanism reform of the “computer 3D design fundamentals”course，aiming to combine operational skills with professional theoretical knowledge and effectivelyimprove students' ability to solve practical engineering technical problems. The practical results showthat the reform of the course teaching can not only improve the students' learning enthusiasm andability to apply software flexibly， but also improve their mold design ability and drawing ability.

Key words： engineering majors， teaching reform， computer 3D design fundamentals， UG

“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是一門工科院校機(jī)械及材料相關(guān)專業(yè)的一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的專業(yè)必修課程。機(jī)械專業(yè)和材料專業(yè)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，可初步解決機(jī)械設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單的工程問(wèn)題。傳統(tǒng)教學(xué)方式主要為“填鴨式”，很大程度上挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革迫在眉睫，利用“線上+線下”的教學(xué)方式，學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、空間和方式，提升學(xué)習(xí)積極性和課程學(xué)習(xí)參與度。對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行改革，可回歸教育的本源，真正做到以學(xué)生為主體，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，這是我校材料成型和控制專業(yè)教學(xué)改革的核心。本文主要對(duì)我校“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程改革進(jìn)行了研究和闡述，提出“線上+線下”混合式教學(xué)方法和實(shí)施舉措。

1存在的問(wèn)題

在“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，主要是對(duì)材料加工專業(yè)學(xué)生的工程素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，對(duì)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐要求相對(duì)較高，在教學(xué)過(guò)程中面臨的問(wèn)題及挑戰(zhàn)如下。

1.1理論基礎(chǔ)知識(shí)薄弱

“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程既能夠培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和想象力，也能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想直觀展現(xiàn)于三維坐標(biāo)系中。在“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，要求學(xué)生必須掌握機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)知識(shí)，能夠熟練實(shí)現(xiàn)圖形表達(dá)、視圖投影，最終通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助完成三維設(shè)計(jì)。機(jī)械及材料相關(guān)專業(yè)學(xué)生在機(jī)械制圖和機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)依然存在薄弱點(diǎn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中缺乏工程思維，難以通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其功能化。

1.2課堂教學(xué)形式單一

“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是模具設(shè)計(jì)和制造專業(yè)的核心課程，主要依靠計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于該課程涉及煩瑣的計(jì)算機(jī)建模過(guò)程，教學(xué)方式和過(guò)程也比較單一和枯燥，若教師在教學(xué)中依然沿用傳統(tǒng)教學(xué)方法和教學(xué)手段（如通過(guò)播放演示建模過(guò)程后學(xué)生進(jìn)行模仿操作），則學(xué)生難以自主思考和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，難以調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，不利于提升他們的學(xué)生學(xué)習(xí)水平。

1.3評(píng)價(jià)機(jī)制不合理

“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程對(duì)學(xué)生的工程素養(yǎng)要求較高，實(shí)踐性較強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)進(jìn)度把控以及考核方式、學(xué)生評(píng)價(jià)體系、學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和接受能力都將影響該課程的教學(xué)效果。在教學(xué)目標(biāo)制定上，過(guò)分強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的掌握，忽視了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力和想象力;在教學(xué)形態(tài)上，過(guò)分重視教師對(duì)課堂的控制，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性;在教學(xué)手段上，教學(xué)形式單一、固化，信息化和智能化程度不高;在考評(píng)體系上，過(guò)分重視學(xué)生的出勤和作業(yè)完成情況，忽視了實(shí)踐方面的考評(píng)。這都是影響“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)效果的不利因素。

2改革措施

“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程以三維造型軟件（包括 UG，3DMAX，CATIA，Pro/E 等）為載體，采用 UG 軟件進(jìn)行三維造型教學(xué)。其中，UG 軟件提供可視化界面和參數(shù)化設(shè)計(jì)方式，具有強(qiáng)大的三維造型功能，是實(shí)現(xiàn)二維圖像向三維立體實(shí)體升級(jí)的重要手段[1]。針對(duì)本校材料成型和控制工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，為滿足國(guó)家和企業(yè)對(duì)先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)人才的需求，“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革應(yīng)由傳授簡(jiǎn)單的操作技巧向培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力轉(zhuǎn)變。教學(xué)改革思路：將傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程和機(jī)械制圖、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，以此為基礎(chǔ)將計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)的方法滲透到教學(xué)過(guò)程中。培養(yǎng)學(xué)生靈活使用 UG 軟件的同時(shí)，鞏固機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)，為后期模具結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為培養(yǎng)具有專業(yè)創(chuàng)造能力和創(chuàng)新能力的綜合素質(zhì)人才打下基礎(chǔ)[2～3]。

2.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的主要知識(shí)點(diǎn)為草圖繪制、實(shí)體特征建立、曲面造型、零件裝配、工程圖圖檔生成等。其早期課程內(nèi)容在草圖繪制和實(shí)體特征建立板塊占比較高，學(xué)生將耗費(fèi)大量的精力去學(xué)習(xí)并練習(xí)草圖的繪制。傳統(tǒng)課程教學(xué)安排不能夠適應(yīng)未來(lái)的企業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐需求。企業(yè)在 UG，3DMAX，CATIA，Pro/E 等平臺(tái)上進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和構(gòu)圖的過(guò)程中，更加偏向于曲面造型、3D 圖檔裝配和工程圖檔生成，部分內(nèi)容在課程安排中相對(duì)較少。

在“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革中，將結(jié)合企業(yè)的設(shè)計(jì)案例，強(qiáng)化曲面造型、3D 圖檔拆分及裝配、工程圖檔生成等內(nèi)容教學(xué)，增加曲面、網(wǎng)格曲面、掃略、彎曲曲面、裝配與組件、組件添加及刪除、組件控制及尺寸驅(qū)動(dòng)、裝配樹(shù)建立及管理、2D 圖檔的生成及尺寸標(biāo)注等內(nèi)容。與此同時(shí)，將部分設(shè)計(jì)案例作為學(xué)生的實(shí)踐作業(yè)，引導(dǎo)他們自主完成曲面造型及圖檔生成，最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)工作。

2.2采用“線上+線下”混合式教學(xué)模式

根據(jù)學(xué)生對(duì)“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性不高等問(wèn)題，“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程采取“線上+線下”混合式教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)興趣。線上教學(xué)方面，“線上+線下”混合式教學(xué)模式采用生產(chǎn)加工在線視頻、機(jī)械及模具工況在線視頻、真實(shí)設(shè)計(jì)案例及虛擬仿真等輔助手段;線下教學(xué)方面，“線上+線下”混合式教學(xué)模式涵蓋機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等內(nèi)容。

“線上+線下”混合式教學(xué)模式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在線教學(xué)，而且有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。課前，學(xué)生利用教師上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的各種錄課視頻、動(dòng)畫(huà)、軟件和多媒體課件進(jìn)行預(yù)習(xí)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)并反饋難點(diǎn);在機(jī)房上課時(shí)，教師針對(duì)教學(xué)重點(diǎn)和學(xué)生反饋的難點(diǎn)進(jìn)行實(shí)操和講解，并指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成該堂課的操作任務(wù)，布置相關(guān)練習(xí)題加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練;課程結(jié)束以后，教師針對(duì)課堂教學(xué)中和練習(xí)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，再上傳相關(guān)課程視頻及動(dòng)畫(huà)至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。通過(guò)“線上+線下”混合式教學(xué)，大幅度提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在機(jī)房上課的參與度顯著提高，教學(xué)效果顯著提升。同時(shí)，在教學(xué)中應(yīng)用信息化手段，將出勤率、抽查答題與堂課知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)相結(jié)合，課堂互動(dòng)性、參與性大幅提升?！熬€上+線下”混合式教學(xué)模式如圖1所示。

2.3采用模塊化的案例教學(xué)模式

將計(jì)算機(jī)三維造型軟件授課部分分成草圖、特征建模、裝配圖、工程圖四大模塊，將每一個(gè)模塊進(jìn)行案例教學(xué)，講解案例時(shí)以理論知識(shí)為依托，目的是讓學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)三維造型軟件中的工具使用方法。例如，在教學(xué)的過(guò)程中，通過(guò)特征建模繪制組合體，應(yīng)用 UG 三維造型軟件中各個(gè)特征工具將基本體進(jìn)行疊加或打孔，教師可將建好的三維組合體通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移等方法展示不同的視角給學(xué)生看，使他們充分理解機(jī)械制圖中各基本體之間的共面、相關(guān)和相切關(guān)系，同時(shí)熟練掌握并靈活使用三維特征命令的操作方法。

在教學(xué)的過(guò)程中，教師還可以利用三維造型軟件建立的實(shí)體模型來(lái)展示剖切和實(shí)體切割等，將抽象的剖視圖知識(shí)直觀化，使學(xué)生對(duì)其進(jìn)行深入理解。在學(xué)習(xí)工程圖的過(guò)程中，通過(guò)各種軟件工具命令建模組合體，并且導(dǎo)出工程圖，使學(xué)生掌握工程圖的導(dǎo)出方法，同時(shí)幫助其理解工程圖的投影關(guān)系[4]。在學(xué)習(xí)裝配圖的過(guò)程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)三維造型軟件的使用方法并對(duì)零件進(jìn)行裝配，教師首先在特征建模部分對(duì)創(chuàng)建的各種模具實(shí)體零件進(jìn)行實(shí)時(shí)裝配，讓學(xué)生可以直觀的理解模具結(jié)構(gòu)零件之間應(yīng)該如何裝配，也可以將模具結(jié)構(gòu)拆卸、剖開(kāi)，讓學(xué)生理解模具的工作原理、各模具零件之間的裝配關(guān)系?；诖耍粌H提升了學(xué)生學(xué)習(xí)三維造型軟件的熱情，充分提升了“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，還能幫助他們解決模具裝配學(xué)習(xí)中的難題。

2.4采用多指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)制

在“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革中采用隨堂實(shí)踐考核的辦法，讓教師隨時(shí)了解學(xué)生的狀態(tài)。改革前，成績(jī)考核包括出勤率、作業(yè)完成情況及期末上機(jī)測(cè)驗(yàn)。教師一般通過(guò)期末上機(jī)測(cè)驗(yàn)和作業(yè)完成情況對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行評(píng)判，從而給出分?jǐn)?shù)，缺點(diǎn)是不能隨時(shí)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以及時(shí)調(diào)整課程。改革后，評(píng)價(jià)機(jī)制增加過(guò)程考核，即平時(shí)成績(jī)（出勤率、作業(yè)完成情況、回答問(wèn)題）占40%，過(guò)程考核（學(xué)生在課堂上完成指定的項(xiàng)目任務(wù)，教師根據(jù)學(xué)生完成的熟練程度進(jìn)行計(jì)分）占30%，期末考試（期末實(shí)操考試）占30%。在考評(píng)環(huán)節(jié)改革中設(shè)置過(guò)程考核，實(shí)時(shí)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對(duì)其實(shí)踐能力進(jìn)行考評(píng)。該改革措施體現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，將有利提升他們的實(shí)踐能力[5]。表1為改革后的“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程評(píng)價(jià)機(jī)制。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)進(jìn)行改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、主動(dòng)性得以提升。將 UG 軟件實(shí)體建模、工程圖和裝配圖的學(xué)習(xí)與機(jī)械制圖和模具理論知識(shí)相結(jié)合，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的熱情，還能明顯提高他們的工程設(shè)計(jì)意識(shí)，為今后學(xué)習(xí)模具結(jié)構(gòu)等知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

陳德平（1986—），碩士，講師，研究方向：材料加工工程。