三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究與實(shí)踐

吳燕

摘 要：本文通過對三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的主要介紹、課程對機(jī)械專業(yè)的重要性、教學(xué)過程中主要存在的問題、教學(xué)改革方法等方面內(nèi)容進(jìn)行了研究。以三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為平臺，采用OBE的教學(xué)理念，以成果導(dǎo)向教學(xué)法和指導(dǎo)教學(xué)法為主要授課方法，進(jìn)行課程的教學(xué)改革。該方案以“所有所得、學(xué)以致用”為教學(xué)目的并于實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，使三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的教學(xué)達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才，有利于學(xué)生學(xué)會(huì)如何用理論知識來解決機(jī)械專業(yè)的實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；OBE理念；教學(xué)改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.208

0 引言

在當(dāng)前德國工業(yè)4.0和中國制造2025等大背景下，三維技術(shù)普及化是必然趨勢?！坝?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”是一門重要的專業(yè)必修課，是為了適應(yīng)機(jī)械、建筑、設(shè)計(jì)學(xué)科的發(fā)展而開設(shè)的一門現(xiàn)代化技術(shù)類課程。

對于機(jī)械專業(yè)該課程的開設(shè)主要使學(xué)生對二維和三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能有深入的了解和具體實(shí)際操作技能，使學(xué)生能初步掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基本方法。三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的零部件不僅所見即所得，而且由于全相關(guān)，零件、裝配和工程圖中的修改可以實(shí)現(xiàn)牽一發(fā)動(dòng)全身；并且可以對零部件進(jìn)行質(zhì)量屬性評測、裝配干涉檢查、空間運(yùn)動(dòng)仿真、應(yīng)力應(yīng)變分析、可加工性分析以及模擬仿真制造等一系列的功能，極大地提高了設(shè)計(jì)水平和效果以及設(shè)計(jì)效率。數(shù)字化時(shí)代下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造已由三維設(shè)計(jì)技術(shù)和制造迅速取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)和制造方式。如何快速適應(yīng)當(dāng)前形式，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)前迫切需要解決的問題[1-3]。由于課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在著相當(dāng)大的弊端，顯然已經(jīng)不能適應(yīng)機(jī)械類專業(yè)的工作要求和社會(huì)需求。所以對此問題的研究具有重大意義。

1 機(jī)械專業(yè)三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程概述

1.1 課程重要性

三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是機(jī)械工程系各專業(yè)的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程。該課程的形成是基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)表現(xiàn)的革命性變化，即由手工繪圖設(shè)計(jì)表現(xiàn)到電腦設(shè)計(jì)上。希望學(xué)生通過對三維軟件的學(xué)習(xí)，能夠熟練的建模，充分表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想，并在今后的實(shí)際學(xué)習(xí)和生活中運(yùn)用三維軟件解決一系列實(shí)際問題，如對實(shí)際結(jié)構(gòu)工程的分析、設(shè)計(jì)作品方案等。因而該課程對機(jī)械專業(yè)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械裝備設(shè)計(jì)和車輛設(shè)計(jì)有非常重要的實(shí)際作用，在許多后續(xù)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中都有十分重要的意義，甚至對學(xué)生以后的就業(yè)方向和實(shí)際工作都有極大的影響。

1.2 存在問題

（1）繪圖課程的學(xué)習(xí)缺乏連續(xù)性，機(jī)械制圖在第一學(xué)期開設(shè)，二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程安排在第二學(xué)期開設(shè)，而三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在第五學(xué)期開設(shè)，二維和三維軟件學(xué)習(xí)過程無法進(jìn)行很好的融合，造成學(xué)生學(xué)習(xí)三維軟件的時(shí)候，對二維軟件的使用已經(jīng)很生疏。

（2）傳統(tǒng)的按課本按部就班的授課方法和教學(xué)方法不適應(yīng)軟件的教學(xué)。

（3）缺乏合理有效的實(shí)踐方式是導(dǎo)致學(xué)生軟件學(xué)習(xí)不能學(xué)以致用的主要原因。

2 有效教學(xué)改革舉措

2.1 OBE理念

20世紀(jì)80年代， 美國教育家Spady發(fā)表了《成果導(dǎo)向教學(xué)管理：以社會(huì)學(xué)的視角》 一文， 文中首先使用了“成果導(dǎo)向教育 （OBE） ”的概念[4]。OBE （Outcomes-Based Education）成果導(dǎo)向教育理念倡導(dǎo)反向設(shè)計(jì)， 正向?qū)嵤┑脑瓌t， 按照本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后能夠達(dá)到的能力確定其培養(yǎng)目標(biāo)， 并制定方案，更有利于專業(yè)人才綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[5]?！癘BE”模式，基于產(chǎn)出的教育，以學(xué)生為中心、按需授課、按照學(xué)生發(fā)展的要求授課。BE理念下的課堂教學(xué)，聚焦于三個(gè)方面的改進(jìn)。

2.2 基于OBE的教學(xué)改革

從課堂教學(xué)目標(biāo)來說，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，注重“知識系統(tǒng)、能力培養(yǎng)和素質(zhì)要求”三位一體的課程體系，課堂教學(xué)不僅僅是老師講授，而是促進(jìn)學(xué)生全面、有效發(fā)展，如圖1所示。讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是機(jī)械制圖、二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)以及機(jī)械制造等課程的理論知識的綜合運(yùn)用，是“產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造仿真，而非簡單的畫圖”。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中把設(shè)計(jì)、繪圖、制造等步驟連接起來，建立基于三維技術(shù)的全新機(jī)械設(shè)計(jì)知識系統(tǒng)。在畫圖的過程中，深入淺出的歸納設(shè)計(jì)方法和原理，讓學(xué)生專注于設(shè)計(jì)方法的總結(jié)而非軟件的本身，培養(yǎng)規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和創(chuàng)新能力。

課堂教學(xué)內(nèi)容方面，以“學(xué)生要學(xué)什么，而不是老師要教什么”為思考問題的邏輯起點(diǎn)。機(jī)械專業(yè)學(xué)生的就業(yè)面廣，可從事機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝規(guī)程、工藝工裝設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)管理等，圍繞學(xué)生就業(yè)和學(xué)生需求，歸納產(chǎn)品設(shè)計(jì)的通用方法，講解最常用的命令，盡量做到選材經(jīng)典、圖文并茂和通俗易通。三維計(jì)算機(jī)的通常授課思路通常是采用：首先講解二維草圖，主要講解一些命令；其次講解特征建模；然后講解裝配設(shè)計(jì)；最后講解工程圖。本課程授課首先采用的是常用零件參數(shù)化授課，如圖2所示，將草圖、特征、零件綜合設(shè)計(jì)結(jié)合到一起進(jìn)行講解；然后講解基本零件的裝配方法；最后講解工程圖的建立。

課堂生態(tài)方面，學(xué)生要做到學(xué)有所獲，能夠?qū)W得積極、學(xué)得主動(dòng)。為能夠檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)有所得，教師要改進(jìn)教學(xué)方法，從原來的“告訴式”教學(xué)模式轉(zhuǎn)向“指導(dǎo)式”教學(xué)模式。如圖3的軸類零件。通過零件的加工方法確定建模流程：（1）下料—拉伸凸臺獲得棒料；（2）軸徑—

（下轉(zhuǎn)第221頁）

（上接第226頁）

反側(cè)拉伸切除獲得各個(gè)部位；（3）銑鍵槽—拉伸切除獲得鍵槽；（4）車倒角—倒角完成軸類模型。學(xué)習(xí)軸類零件的建模，學(xué)生學(xué)習(xí)了圓和槽口的草圖命令以及拉伸凸臺、拉伸切除和倒角的特征命令。教學(xué)過程的流程為：先分析零件、再得到零件加工方法、其次分析使用那些草圖和特征命令、然后為學(xué)生做示范、最后進(jìn)行指導(dǎo)。整個(gè)教學(xué)過程一直有相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，以學(xué)生為中心，不是單調(diào)的學(xué)習(xí)某個(gè)命令。這個(gè)過程既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也提高了學(xué)生解決問題的能力，同時(shí)和專業(yè)知識聯(lián)系緊密，達(dá)到了學(xué)有所得、學(xué)以致用的效果。

2.3 加強(qiáng)實(shí)踐

實(shí)踐過程是鞏固理論知識和加深對理論認(rèn)識的有效途徑之一，也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)，三維軟件的學(xué)習(xí)離不開實(shí)踐，在實(shí)踐過程中理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的提高。在授課過程中，讓學(xué)生走出課堂，在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)室中對相關(guān)機(jī)械零件和汽車零件進(jìn)行測繪并了解其構(gòu)造和原理，回到機(jī)房后對零件進(jìn)行建模和裝配，在建模過程中學(xué)生還可以提出自己的想法，改善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維。這個(gè)過程不僅讓學(xué)生對本專業(yè)的專業(yè)知識得到了進(jìn)一步的認(rèn)識和掌握，同時(shí)也熟悉了三維軟件的使用和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

在高等教育和社會(huì)對應(yīng)用型高校的要求，如何上好三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程一直是高校專業(yè)課教師值得研究的課題。在三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的授課過程中，以三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為平臺，以成果導(dǎo)向?yàn)榻逃砟?，采用有目?biāo)的教學(xué)方法和實(shí)踐相結(jié)合，把機(jī)械專業(yè)的專業(yè)知識融入三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的操作過程，不僅使授課更加有意義，還提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識，這樣不僅提高了授課效果，還有利于學(xué)生對課堂知識的掌握，更有利于學(xué)生學(xué)會(huì)如何用理論知識來解決機(jī)械專業(yè)的實(shí)際問題，提高應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)。

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