三維設(shè)計與工程制圖課程項目式團(tuán)隊授課模式實踐

劉江麗 劉利 宋晨霞 張海光

摘 要 針對目前將三維設(shè)計引入工程制圖課程教學(xué)存在課程體系松散、對教師理論與實踐綜合技能要求高的問題，研究和實踐項目式團(tuán)隊授課方式，在三維設(shè)計與工程制圖結(jié)合的基礎(chǔ)上，以全國工程訓(xùn)練大賽的無碳小車作為主線，引入項目驅(qū)動法教學(xué)；同時采用教師團(tuán)隊授課方式，發(fā)揮各教師專業(yè)優(yōu)勢。該教學(xué)模式通過教、學(xué)、考環(huán)節(jié)的實踐，取得非常好的效果，學(xué)生工程綜合能力得到提高，教師資源實現(xiàn)優(yōu)化組合。

關(guān)鍵詞 工程制圖；CATIA；項目驅(qū)動；無碳小車；團(tuán)隊授課

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）22-0074-04

Abstract At present， in the teaching of the course that introducing three dimensional design into the engineering drawing course， there are some problems， such as the loose course system and the high re-quirement for the comprehensive skills of teachers theory and prac-tice. In view of these problems， the method of project team teaching was studied and practiced. On the basis of the combination of three-dimensional design and Engineering drawing， the carbon free car of the National Engineering Training contest was taken as the main course product line， so that the project driven approach teaching me-thod was introduced into the course， and the use of teacher team tea-ching approach helped to play the professional advantages of tea-chers. This teaching mode has achieved very good results through thepractice of teaching， learning and examination. Students enginee-ring comprehensive ability has been improved， and teachers resourceshave been optimized.

Key words engineering drawing； CATIA； project driven； carbon freecar； team teaching

1 引言

工程制圖是機(jī)械類學(xué)生必須掌握的一門必不可少的工程技術(shù)語言，工程制圖課程是機(jī)械類專業(yè)必修專業(yè)課。隨著計算機(jī)輔助設(shè)計制造（CAD/CAM）技術(shù)的高速發(fā)展，工程設(shè)計和制造方式產(chǎn)生巨大變革。同時，根據(jù)教育部提出的高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”，高校需要按照企業(yè)對機(jī)械工程師的設(shè)計能力的要求，培養(yǎng)大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程能力強(qiáng)的工程師。因此，傳統(tǒng)的以二維設(shè)計為主，以及“三個一”（即“一門課、一個教師、一個學(xué)期”）的工程制圖教學(xué)模式面臨巨大考驗。

目前，大多數(shù)高校都認(rèn)識到三維設(shè)計在工程制圖課程中的作用及優(yōu)勢，在將三維設(shè)計引入傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)方面進(jìn)行大量改革及實踐[1-4]，而且取得較顯著的效果，使畫法幾何理論知識、投影理論知識變得輕松易學(xué)。但這種教學(xué)方式仍然存在一些問題。

1）由于缺乏產(chǎn)品主線，課程體系松散，學(xué)生知識體系不夠連貫系統(tǒng)，無法形成產(chǎn)品從設(shè)計到制造整個生命周期的信息鏈條。在課程結(jié)束后，學(xué)生仍然不能完成從零件設(shè)計、裝配設(shè)計到生成零件工程圖及裝配工程圖整個產(chǎn)品的設(shè)計，不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。

2）由于三維設(shè)計與工程制圖的結(jié)合，對教師綜合理論知識與軟件操作技能的要求都較高。軟件應(yīng)用技能好的教師容易在授課過程中過度重視三維軟件的教學(xué)，會使學(xué)生只注意軟件的學(xué)習(xí)而忽視制圖理論知識點，不能讀懂復(fù)雜的二維圖，從而忽略制圖教學(xué)本身的主導(dǎo)思想，結(jié)果是舍本逐末。而工程制圖經(jīng)驗豐富的教師在授課過程中容易忽視三維軟件的輔助作用，使理論知識的學(xué)習(xí)變得枯燥難掌握。

本文針對以上工程制圖教學(xué)的問題，在將法國達(dá)索公司著名的三維CAD/CAM/CAE軟件CATIA引入工程制圖的基礎(chǔ)上，將項目驅(qū)動法和教師團(tuán)隊授課的教學(xué)方式同時引入，在課程教、學(xué)、考三個環(huán)節(jié)進(jìn)行實踐。

2 項目式團(tuán)隊授課教學(xué)體系構(gòu)建

項目驅(qū)動法教學(xué)方式 項目驅(qū)動法是指將傳統(tǒng)的學(xué)科體系課程中的知識、內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個教學(xué)項目，圍繞項目組織和展開教學(xué)，使學(xué)生直接參與項目全過程的一種教學(xué)模式[5-6]。

無碳小車項目驅(qū)動法教學(xué)體系如圖1所示。在三維設(shè)計與工程制圖課程中，整個課程以國家工程訓(xùn)練綜合能力大賽的無碳小車項目為主線，將整個課程的每個知識點貫穿其中，從零件設(shè)計、零件工程圖、三維裝配到最后的裝配工程圖，完成整個無碳小車的三維設(shè)計及工程圖，如圖2所示。學(xué)生在整個課程結(jié)束可以最終完成小車零件的三維建模、小車的裝配、各零件及裝配小車的零件工程圖和裝配工程圖，完成一個完整產(chǎn)品的整個CAD設(shè)計過程。這樣就將工程圖學(xué)、三維建模與裝配以及二維工程圖的繪制有機(jī)關(guān)聯(lián)起來，真正做到三維建模貫穿于整個工程制圖過程中，構(gòu)建完整的三維設(shè)計與工程制圖教學(xué)內(nèi)容體系，利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。

項目驅(qū)動教學(xué)方式解決了傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)課程體系松散、缺乏主線，學(xué)生知識體系不夠連貫系統(tǒng)，無法形成產(chǎn)品從設(shè)計到制造整個生命周期的信息鏈條的問題。

教師團(tuán)隊授課教學(xué)方式 所謂教師團(tuán)隊授課，就是由多位教師組成一個教學(xué)團(tuán)隊，根據(jù)每一位教師的專業(yè)背景和特點，選擇自己擅長的章節(jié)或?qū)ｎ}，由多位教師共同承擔(dān)某一課程某一個班或幾個班教學(xué)任務(wù)的方法[7]。

三維設(shè)計與工程制圖教師團(tuán)隊授課教學(xué)體系如圖3所示。三維設(shè)計與工程制圖課程有三維建模及生成工程圖的軟件操作，有零件圖及裝配圖的基本理論知識，包括根據(jù)零件特征及制造過程進(jìn)行視圖的選擇，產(chǎn)品技術(shù)要求及公差配合，工藝特性在零件圖和裝配圖中的表達(dá)，等等。團(tuán)隊授課法將課程各部分內(nèi)容進(jìn)行模塊劃分，根據(jù)不同內(nèi)容安排不同的教師授課。教師團(tuán)隊包括具有多年實際工程經(jīng)驗的工程師、擁有CATIA（三維設(shè)計軟件）認(rèn)證證書的資深教師和參加過多次工程能力綜合競賽的指導(dǎo)教師等，結(jié)合個人經(jīng)驗合理安排授課。軟件教學(xué)安排軟件操作嫻熟、有經(jīng)驗的年輕教師進(jìn)行授課，理論知識部分安排有實踐制造經(jīng)驗的資深教師進(jìn)行授課。通過授課，年輕教師獲得教學(xué)知識體系的自我完善，從而在課堂上能夠更好地教授學(xué)生；年長且經(jīng)驗豐富的教師在授課方法上推陳出新、與時俱進(jìn)。

教師團(tuán)隊授課教學(xué)方式實現(xiàn)教師資源的優(yōu)化組合、優(yōu)勢互補(bǔ)，改變了過去由一名教師全面負(fù)責(zé)一門課程的情況[8]，

解決了課程對教師綜合理論知識與軟件操作技能的要求都較高的問題，使教師團(tuán)隊的效能得到最大限度發(fā)揮。同時，教師各自優(yōu)勢的發(fā)揮讓課程中的二維和三維知識并重，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加容易，知識體系更加完善。

項目式團(tuán)隊授課教學(xué)體系整體構(gòu)建 根據(jù)三維設(shè)計與工程制圖教學(xué)內(nèi)容，綜合利用無碳小車項目驅(qū)動教學(xué)方式及教師團(tuán)隊授課教學(xué)模式，完成對項目式團(tuán)隊授課教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行整體構(gòu)建，如表1所示。該課程每周安排三節(jié)理論課、兩節(jié)上機(jī)操作課，理論課與實踐軟件操作課穿插進(jìn)行。學(xué)生可以在上機(jī)繪制工程圖的過程中理解之前講授的理論知識，并利用所學(xué)理論知識完成對工程圖的準(zhǔn)確表達(dá)；同時可以在理論課上找到軟件生成工程圖時的各種操作工具的理論支撐，二維和三維并重，理論與實踐雙管齊下。從表1中可以看出，無碳小車項目按照產(chǎn)品的設(shè)計制造流程貫穿整個教學(xué)內(nèi)容，而根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教師的各自優(yōu)勢，在整個課程中安排了不同的教師進(jìn)行授課，整個項目式團(tuán)隊授課教學(xué)體系合理完整。

3 項目式團(tuán)隊授課教學(xué)考核方式

傳統(tǒng)的在期末對課程進(jìn)行筆試考核的方式只是在課程結(jié)束進(jìn)行筆試或含筆試的考核，使學(xué)生容易忽視平時學(xué)習(xí)，只是在考試前突擊學(xué)習(xí)，為考試而學(xué)習(xí)，知識體系非常單薄，也無法客觀地對學(xué)生的綜合能力做出評價，因此需要建立一套適用于卓越工程師人才培養(yǎng)、并能對學(xué)生綜合能力進(jìn)行全方位考核的考核方法。針對課程教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)安排制定課程考核方式，見表2。

綜合采用過程評價方法，即“邊學(xué)邊做，模塊考核”的形式以及傳統(tǒng)的課程結(jié)束后的筆試考核。在零件圖模塊的學(xué)習(xí)結(jié)束后，安排一次CATIA三維零件建模及生成零件工程圖的機(jī)考；在裝配圖模塊的學(xué)習(xí)結(jié)束后，安排一次CATIA三維裝配及生成裝配工程圖的機(jī)考；在整個課程結(jié)束后，安排理論知識及讀圖能力的筆試。

同時，為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并提高其對所學(xué)知識的系統(tǒng)應(yīng)用，將一部完整小車的三維模型設(shè)計及零件圖、裝配圖、爆炸圖生成作為平時作業(yè)布置，作為綜合評價學(xué)生讀圖和繪圖能力掌握情況的依據(jù)。

另外，在課程結(jié)束，學(xué)生可以通過達(dá)索公司國際認(rèn)證的考試體系進(jìn)行CATIA軟件操作技能的自我檢驗。在全面掌握了軟件三維建模、三維裝配、工程圖制圖三個模塊的操作后，學(xué)生可以參加達(dá)索公司CATIA零件設(shè)計及裝配設(shè)計兩個模塊的認(rèn)證考試，目標(biāo)為約30%的學(xué)生通過該認(rèn)證考試，獲得認(rèn)證考試證書。該證書為學(xué)生將來的就業(yè)提供了競爭優(yōu)勢。

4 結(jié)語

三維設(shè)計與工程制圖的項目式團(tuán)隊授課教學(xué)模式通過兩學(xué)期在教、學(xué)、考三個環(huán)節(jié)的改革實踐，取得非常好的效果。

1）完整的項目讓學(xué)生不但在三維軟件的輔助下高效地掌握了工程制圖方面的理論知識，提高了讀圖和制圖能力，而且熟練掌握了三維設(shè)計軟件，熟悉了產(chǎn)品從設(shè)計到制造整個生命周期的信息鏈條，讓學(xué)生的知識體系連貫系統(tǒng)，綜合能力得到很大提高，為后續(xù)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生普遍反映理論知識的學(xué)習(xí)過程生動有趣、易于掌握，最后整個無碳小車的設(shè)計完成也讓他們非常有成就感，感覺體驗到當(dāng)工程師的快樂。

2）教師團(tuán)隊授課的教學(xué)方式使得專業(yè)課程的知識能夠全方位、多層次地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生的知識體系得到很好的改善。學(xué)生對這種授課方式普遍反映感覺非常新穎，課堂的教學(xué)活動充滿新鮮感和期待感，學(xué)習(xí)的興趣和熱情能被有效激發(fā)，自主學(xué)習(xí)積極性高。

3）教師團(tuán)隊授課教學(xué)方式實現(xiàn)教師資源的優(yōu)化組合、優(yōu)勢互補(bǔ)。團(tuán)隊授課教師普遍反映，這種授課方式促進(jìn)了教師間的交流和溝通，使教師能夠在教學(xué)活動中不斷提高自身的素質(zhì)和工作能力。授課年輕教師獲得教學(xué)知識體系的自我完善，從而在課堂上能夠更好地教授學(xué)生；年長且經(jīng)驗豐富的教師在授課的方法上推陳出新、與時俱進(jìn)。

4）全方位模塊化的考核方式讓學(xué)生將學(xué)習(xí)貫穿整個課程，真正將考核作為檢驗學(xué)習(xí)成果的工具。而達(dá)索公司的CATIA軟件認(rèn)證證書的獲得更讓學(xué)生檢驗了自己的學(xué)習(xí)效果，體驗了學(xué)習(xí)的巨大收獲，約有30%的上課學(xué)生通過該認(rèn)證考試并獲得證書，該證書為學(xué)生以后的就業(yè)提供了競爭優(yōu)勢。

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