以學(xué)生為中心的“三維實(shí)體建模與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

慕光宇，潘瀾瀾，蔡衛(wèi)國(guó)，石米娜

(大連海洋大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院[中新合作學(xué)院]，遼寧 大連 116023)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維CAD 技術(shù)已成為機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本技能之一?！叭S實(shí)體建模與設(shè)計(jì)”課程在應(yīng)用型本科院校機(jī)械專業(yè)的教學(xué)中起著非常重要的作用[1-2]。該課程通常以Pro/E、UG、Solidworks或Inventor等三維設(shè)計(jì)軟件為主要手段，輔助完成機(jī)械零部件的造型設(shè)計(jì)、部件裝配設(shè)計(jì)及工程圖繪制，利用Motion 模塊功能進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析以及基于三維實(shí)體模型的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)。然而，以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式常常讓學(xué)生感到枯燥乏味，難以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，使其除認(rèn)知以外的其他素質(zhì)無(wú)法得到拓展，學(xué)生的主動(dòng)性、積極性難以發(fā)揮。為適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)需求，培養(yǎng)一批合格的機(jī)械專業(yè)人才，則需要采取以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，真正實(shí)現(xiàn)高校教師從“主演”到“導(dǎo)演”，學(xué)生從“觀眾”到“演員”的角色轉(zhuǎn)變[3-4]。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端與課程建設(shè)思路

“三維實(shí)體建模與設(shè)計(jì)”課程的傳統(tǒng)授課方式為理論課+實(shí)驗(yàn)課。理論課上教師以技能操作知識(shí)點(diǎn)為主線進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)“講解—示范”全面地講授建模的相關(guān)技術(shù)、技巧；實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生進(jìn)行自主練習(xí)。由于學(xué)生在課余時(shí)間沒有預(yù)習(xí)，這種方式會(huì)導(dǎo)致教師的理論教學(xué)和學(xué)生的實(shí)際操作相脫節(jié)。因此，有必要改進(jìn)教學(xué)方法，把知識(shí)的傳遞安排在課前，把知識(shí)的內(nèi)化安排在課內(nèi)，促進(jìn)學(xué)生思維認(rèn)知能力和解決問題能力的提高。

目前，在教學(xué)過(guò)程中以多媒體演示為主，學(xué)生無(wú)法邊聽課邊做筆記。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以為師生開展網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)服務(wù)，支持教師與學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上互動(dòng)式教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)也需要借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的支持。因此，該課程的教學(xué)手段應(yīng)隨著教育教學(xué)技術(shù)手段的發(fā)展而改進(jìn)和更新。

在實(shí)踐過(guò)程中，多數(shù)學(xué)生只會(huì)僵硬地套用命令，無(wú)法將命令使用與機(jī)械零件建模需求聯(lián)系起來(lái)，難以做到學(xué)以致用。因此，有必要讓學(xué)生對(duì)工程設(shè)備進(jìn)行機(jī)械測(cè)繪，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)方面知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，再運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建立三維實(shí)體模型，正確表達(dá)零件內(nèi)外結(jié)構(gòu)以及裝配關(guān)系，真正讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通、學(xué)以致用。

針對(duì)這些問題，注重實(shí)施以學(xué)生為中心、以能力培養(yǎng)為中心的教學(xué)策略，利用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)的課程教學(xué)結(jié)構(gòu)；通過(guò)“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法提升學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)和解決問題的能力；鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、思維能力和探究能力。

2 以學(xué)生為中心教學(xué)模式的課程改革措施與實(shí)踐

2.1 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程資源

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是為師生開展網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)服務(wù)的支撐平臺(tái)，可以展示課程的各種教學(xué)資源?！叭S實(shí)體建模與設(shè)計(jì)”課程需建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)資源有：教學(xué)課件、微課視頻、習(xí)題測(cè)驗(yàn)、專業(yè)特色案例庫(kù)等學(xué)習(xí)資料，既方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)，又便于師生互動(dòng)交流。教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，查看每名學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄和班級(jí)學(xué)生整體學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)。

2.2 基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，課前教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布新課程的“自主學(xué)習(xí)任務(wù)單”，學(xué)生通過(guò)教學(xué)課件、微視頻、電子教材或網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)三維軟件的建模命令，完成教師所設(shè)計(jì)的練習(xí)作業(yè)題，并針對(duì)所學(xué)提出問題。課堂上，教師通過(guò)知識(shí)點(diǎn)提問、自主講解等方式，檢驗(yàn)學(xué)生課前自學(xué)的學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在自學(xué)時(shí)存在的問題以及還未理解和吸收的知識(shí)點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生觀察總結(jié)各類模型的基本特征，講授建模工具的選擇方法和建模思路等，與學(xué)生交流、討論，并布置新任務(wù)。

2.3 “項(xiàng)目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法

采用“項(xiàng)目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)方法，將課程分為4個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)模塊化的學(xué)習(xí)任務(wù)，如圖1所示。將機(jī)械測(cè)繪與三維建模技術(shù)結(jié)合，選用機(jī)械產(chǎn)品中的千斤頂、減速器、夾具以及齒輪泵、旋渦泵、高壓油泵等船機(jī)設(shè)備實(shí)施教學(xué)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和動(dòng)手實(shí)踐能力。

圖1 課程教學(xué)設(shè)計(jì)

課堂上將學(xué)生分組(2～3人為1組)對(duì)工程設(shè)備進(jìn)行工作原理分析，拆卸、安裝并使用測(cè)繪工具如鋼板尺、游標(biāo)卡尺、內(nèi)外卡鉗、各種螺絲刀等對(duì)各零件進(jìn)行測(cè)量，了解零部件之間的裝配、連接關(guān)系，徒手繪制零件草圖，在三維立體和二維圖紙間進(jìn)行空間思維轉(zhuǎn)換，應(yīng)用三維軟件進(jìn)行實(shí)體建模，學(xué)生組內(nèi)協(xié)作探究，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)修改，教師一對(duì)一地進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)。學(xué)生實(shí)踐作業(yè)如圖2所示。

圖2 學(xué)生實(shí)踐作業(yè)

此外，立足于課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合人因工程學(xué)、液壓傳動(dòng)、機(jī)電控制等所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行人機(jī)交互或節(jié)能創(chuàng)新產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，積極參與大學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或3D打印技術(shù)，展示部分課堂和課外優(yōu)秀作品，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

2.4 改革考評(píng)機(jī)制，對(duì)教學(xué)過(guò)程和質(zhì)量進(jìn)行控制

注重對(duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程的考核，使考核機(jī)制更加合理。考核機(jī)制要起到引導(dǎo)、推動(dòng)、輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高實(shí)際分析判斷能力的作用。教師需通過(guò)觀察學(xué)生在學(xué)習(xí)、討論、探究和解決某一實(shí)際任務(wù)過(guò)程中的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，對(duì)其行為和技能等做出評(píng)價(jià)。采用過(guò)程考核占50%、期末考核占50%的課程考核總成績(jī)比例，過(guò)程考核又可分為出勤、自主學(xué)習(xí)情況、課堂表現(xiàn)、測(cè)繪成績(jī)、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目完成情況等，多角度衡量學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)以及對(duì)知識(shí)和技能的運(yùn)用能力。

3 結(jié)語(yǔ)

利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式和結(jié)構(gòu)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下提升了自主學(xué)習(xí)、思維認(rèn)知和解決問題的能力，其還能夠根據(jù)實(shí)際情況掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度，從學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得優(yōu)越感。通過(guò)采用“項(xiàng)目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法，將機(jī)械測(cè)繪與三維建模技術(shù)相結(jié)合，既能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品或船機(jī)設(shè)備工作原理的認(rèn)識(shí)，又能提升其三維建模軟件的應(yīng)用能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。在課程改革中，采用多樣化的教學(xué)方法和互動(dòng)式的教學(xué)方式，能夠使學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到大幅度提升。