材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)繪圖課程教學(xué)改革

劉文義，徐峰，唐玲，王華，孟凡瑩，張偉

（陜西理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中 723000）

1 課程改革概述

1.1 改革背景

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)繪圖應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，也成為工科學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)實(shí)用技能[1-3]。加強(qiáng)實(shí)踐教育，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)且具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才以適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需求，在新工科建設(shè)和工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下顯得尤為重要[4-6]。本著服務(wù)教學(xué)、服務(wù)學(xué)生的目的，依據(jù)材料成型及控制工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)材控）專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)際培養(yǎng)情況，亟須對(duì)計(jì)算機(jī)繪圖和Pro/E應(yīng)用基礎(chǔ)兩門(mén)課程進(jìn)行改革。本文結(jié)合計(jì)算機(jī)繪圖和Pro/E應(yīng)用基礎(chǔ)兩門(mén)課程的特點(diǎn)，將分別在兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行的兩門(mén)課程合并為一門(mén)計(jì)算機(jī)繪圖課程，并從師資團(tuán)隊(duì)、教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)和第二課堂四個(gè)方面進(jìn)行改革，并改進(jìn)教學(xué)方法，以實(shí)現(xiàn)高水平應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.2 課程簡(jiǎn)介

本次進(jìn)行教學(xué)改革的課程來(lái)源于材控專(zhuān)業(yè)的兩門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，即計(jì)算機(jī)繪圖和Pro/E應(yīng)用基礎(chǔ)，這兩門(mén)課程分別開(kāi)設(shè)在大三的兩個(gè)學(xué)期。前者主要講授二維繪圖軟件AutoCAD操作及工程制圖繪制，而后者則主要講授三維軟件Pro/Engineer的基本操作及三維模型建立，兩門(mén)課程均按照先理論再集中實(shí)踐的模式進(jìn)行，前期先進(jìn)行軟件操作的理論講解，讓學(xué)生熟悉軟件的基本操作知識(shí)，后期進(jìn)行為期一周的上機(jī)實(shí)踐，著重訓(xùn)練學(xué)生的軟件操作能力和應(yīng)用能力。

1.3 課程定位

計(jì)算機(jī)繪圖是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其先修課程是工程制圖、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等課程，到大三第五學(xué)期，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程時(shí)已經(jīng)掌握了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和工程制圖的基本知識(shí)，具備學(xué)習(xí)本門(mén)課程的理論基礎(chǔ)。本課程是后續(xù)的圖形設(shè)計(jì)、工程能力訓(xùn)練等實(shí)踐課程的基礎(chǔ)，包括沖壓模具、注塑模具等模具和焊接結(jié)構(gòu)、焊接工藝等二維圖形或者三維建模的繪制，起著承上啟下的作用，是將手工繪圖的基礎(chǔ)理論知識(shí)用于解決工程實(shí)際問(wèn)題的重要橋梁。

2 課程改革思路

計(jì)算機(jī)繪圖課程教學(xué)改革的總體思路是將原來(lái)在兩個(gè)學(xué)期分別進(jìn)行的兩門(mén)課程合并為一門(mén)課程，采用邊講授理論邊進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐的教學(xué)模式，并積極進(jìn)行實(shí)踐。原來(lái)的計(jì)算機(jī)繪圖課程使用教材《AutoCAD2008中文版應(yīng)用教程》，Pro/E應(yīng)用基礎(chǔ)課程使用教材《Pro/E野火版5.0機(jī)械設(shè)計(jì)教程》，均采用先講解理論知識(shí)、后集中進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐的教學(xué)模式，并且分別在兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行，教學(xué)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：（1）理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐有一定的時(shí)間間隔，上機(jī)實(shí)踐時(shí)，學(xué)生忘記了前面講過(guò)的一些操作命令，導(dǎo)致實(shí)踐操作效率降低；（2）二維工程制圖的學(xué)習(xí)和三維建模的學(xué)習(xí)間隔時(shí)間較長(zhǎng)，不利于學(xué)生快速入門(mén)；（3）二維工程制圖和三維建模是一個(gè)有機(jī)整體，二維工程制圖是三維建模的基礎(chǔ)，三維建模又是二維的空間反映，分開(kāi)教學(xué)不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通。

課程組經(jīng)調(diào)研、分析、研討后認(rèn)為，要解決上述問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)整合資源，優(yōu)化內(nèi)容，將這兩門(mén)課程合并為一門(mén)課程——計(jì)算機(jī)繪圖。該課程總共設(shè)置38學(xué)時(shí)，包括20學(xué)時(shí)的理論教學(xué)和18學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)踐，并改變實(shí)踐教學(xué)模式，將原來(lái)的集中上機(jī)實(shí)踐修改為理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐穿插進(jìn)行，同時(shí)給學(xué)生提供一定的課后視頻內(nèi)容進(jìn)行自學(xué)。具體來(lái)說(shuō)，先講授平面繪圖的基本知識(shí)，在此基礎(chǔ)上講授Pro/E三維造型，即先學(xué)習(xí)二維工程繪圖再學(xué)習(xí)三維立體造型，由平面轉(zhuǎn)到空間。這種設(shè)計(jì)尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，尊重由簡(jiǎn)到繁、由易到難的學(xué)習(xí)規(guī)律；同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和創(chuàng)新能力，有利于教學(xué)效果的提高和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成[7]。

3 課程改革措施

3.1 課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)改革

課程教學(xué)任務(wù)的執(zhí)行、課程的創(chuàng)新和發(fā)展都必須以教學(xué)團(tuán)隊(duì)為前提和基礎(chǔ)[8-9]。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)改革后年齡結(jié)構(gòu)和職稱(chēng)結(jié)構(gòu)合理；任務(wù)明確，在教學(xué)改革實(shí)施過(guò)程中，不斷加強(qiáng)計(jì)算機(jī)繪圖課程建設(shè)，不斷研討，整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高教師理論和實(shí)踐教學(xué)的水平與教學(xué)效果，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[10-11]。

3.2 教學(xué)模式改革

課程原來(lái)的教學(xué)模式是教師先在課堂上講授完所有的理論知識(shí)后，再讓學(xué)生進(jìn)行為期一周的上機(jī)實(shí)踐操作，并且集中上機(jī)實(shí)踐又多在臨近期末時(shí)進(jìn)行，以至于上機(jī)操作與前面理論教學(xué)間隔時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致學(xué)生上機(jī)操作不夠熟練，使得上機(jī)實(shí)踐的學(xué)習(xí)效果大打折扣。理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐操作密切配合才能使實(shí)踐性較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)繪圖課程達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。改革后的計(jì)算機(jī)繪圖課程采用理論教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐穿插進(jìn)行的模式，即一次理論教學(xué)對(duì)應(yīng)一次上機(jī)實(shí)踐，讓學(xué)生在理論教學(xué)課堂上將所學(xué)知識(shí)能及時(shí)運(yùn)用在上機(jī)操作上，鞏固所學(xué)知識(shí)。同時(shí)，在理論教學(xué)時(shí)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、啟發(fā)引導(dǎo)、翻轉(zhuǎn)課堂、討論分析等不同方式進(jìn)行教學(xué)，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的理念，豐富課堂內(nèi)容，活躍課堂氣氛，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)、認(rèn)真學(xué)，貫徹“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)繪圖課程理論教學(xué)的效果。

3.3 實(shí)踐教學(xué)改革

改革前的實(shí)踐教學(xué)模式是集中實(shí)踐，為期一周。重點(diǎn)考查學(xué)生綜合運(yùn)用理論教學(xué)階段所學(xué)習(xí)的各類(lèi)命令繪制二維平面圖形或者建立三維模型的能力，但是因?yàn)樯蠙C(jī)實(shí)踐與理論教學(xué)間隔時(shí)間較長(zhǎng)，上機(jī)效果不佳?；谟?jì)算機(jī)繪圖課程較強(qiáng)的實(shí)踐操作性[12-13]，合并后的計(jì)算機(jī)繪圖課程實(shí)踐操作貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，每一次理論教學(xué)結(jié)束后都有相應(yīng)的實(shí)踐作業(yè)，讓學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固練習(xí)。同時(shí)，在二維繪圖和三維建模結(jié)束之后分別布置實(shí)踐大作業(yè)，涵蓋計(jì)算機(jī)繪圖課程所有知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)課題組編制了《計(jì)算機(jī)繪圖上機(jī)實(shí)踐指導(dǎo)書(shū)》，與理論教學(xué)內(nèi)容相呼應(yīng)，兼有部分創(chuàng)新內(nèi)容，輔以“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽部分試題，以賽促學(xué)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和空間想象能力等進(jìn)行重點(diǎn)訓(xùn)練和著重培養(yǎng)。上機(jī)實(shí)踐依托陜西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的省級(jí)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，滿足學(xué)生的上機(jī)操作需求。

3.4 第二課堂改革

第二課堂是提高學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的重要途徑之一[14-15]，學(xué)生可以利用理論教學(xué)之外的第二課堂的時(shí)間越來(lái)越充分，改革后的計(jì)算機(jī)繪圖課程充分利用學(xué)生的第二課堂時(shí)間，針對(duì)當(dāng)天的教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生布置相應(yīng)的任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中掌握相應(yīng)的上機(jī)操作技能，并在下一次課上對(duì)任務(wù)進(jìn)行講解和分析，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

4 課程改革實(shí)施效果

4.1 以賽促學(xué)，提高學(xué)生比賽成績(jī)

從2017年開(kāi)始，計(jì)算機(jī)繪圖課程采用二維平面繪圖和三維建模同時(shí)進(jìn)行的教學(xué)模式，近幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)模式應(yīng)用效果較好，實(shí)現(xiàn)了本課程的教學(xué)目標(biāo)和人才培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)生在歷屆“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽中獲得一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)；在第一屆陜西省大學(xué)生工程制圖及3D建模大賽中獲得二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

4.2 深挖基礎(chǔ)，強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)

課程改革鞏固了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和軟件操作的結(jié)合。通過(guò)利用二維平面繪圖軟件繪制二維平面圖，利用三維建模軟件建立三維模型，學(xué)生鞏固了在工程制圖課程中所學(xué)的圖形知識(shí)，并能夠運(yùn)用二維平面繪圖軟件在工程圖紙中表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，具有了應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖軟件進(jìn)行三維建模的能力，提高了理論基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)踐的結(jié)合程度。

4.3 強(qiáng)化實(shí)踐，提高學(xué)生創(chuàng)新能力

課程改革鍛煉了學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)繪圖軟件的實(shí)踐操作能力，提高了學(xué)生在三維建模過(guò)程中的創(chuàng)新能力。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)工程圖的繪制和三維模型的建立，在上機(jī)實(shí)踐操作過(guò)程中，每位學(xué)生都能夠積極地思考：一是如何快速繪制并完成工程圖，進(jìn)而建立三維模型；二是如何能夠在當(dāng)前圖紙的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。實(shí)踐過(guò)程不僅能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主思考的能力，使學(xué)生在快速繪圖過(guò)程中熟練地運(yùn)用所掌握的技能，而且還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程中提高創(chuàng)新能力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文將材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)繪圖和Pro/E應(yīng)用基礎(chǔ)兩門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，合并為一門(mén)課程——計(jì)算機(jī)繪圖，在師資團(tuán)隊(duì)、教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)和第二課堂等方面采取教學(xué)改革措施，改進(jìn)課程，改革措施實(shí)施后，在學(xué)生參加相關(guān)重要比賽獲得成績(jī)和創(chuàng)新能力提高以及基礎(chǔ)知識(shí)強(qiáng)化等方面取得了一定成效，也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。