高職機械CAD制圖與三維建模軟件融合課程改革實踐

田蔓，曹佳燕，梁嵩

武漢城市職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院，湖北 武漢，430070

0 引言

目前國內(nèi)各大在線課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站上CAD制圖及三維建模軟件教學(xué)主要集中在軟件基本操作方面；教學(xué)方式主要是老師講解演示、學(xué)生模仿跟隨練習(xí)。有教學(xué)從業(yè)者提出項目引導(dǎo)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，但只局限于幾個項目案例，并沒有形成系統(tǒng)，只能培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握軟件基本操作的能力，但是無法培養(yǎng)學(xué)生解決問題、創(chuàng)新等綜合能力。

各大本科院校及高職院校進行了以下方面的課改：（1）將三維CAD引入機械制圖課程的翻轉(zhuǎn)課堂，優(yōu)化課程體系、豐富教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量[1]。（2）提出CAD軟件教學(xué)方法包括實例教學(xué)法、分層次教學(xué)、混合式教學(xué)[2]。（3）提出教學(xué)任務(wù)主要是簡單落料件冷沖模設(shè)計和塑料盒蓋模具設(shè)計，這兩部分項目基本涵蓋了全部教學(xué)內(nèi)容[3]。（4）提出3D打印在UG軟件教學(xué)中的應(yīng)用，可以利用3D打印制作教學(xué)用具；通過3D打印機可以將學(xué)生UG設(shè)計的作品轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵉牧Ⅲw模型[4]。（5）提出翻轉(zhuǎn)課堂在UG課程中的一種實施模式[5]。

在icourses愛課程平臺上開設(shè)的《CAD/CAM軟件應(yīng)用》課程主要分為三大模塊：CAD軟件應(yīng)用、Pro/e軟件應(yīng)用、Cimatron軟件應(yīng)用。在網(wǎng)易云課堂中納入了《CAD從入門到精通》中的一些基本功能操作，且在《機械零件圖CAD高手訓(xùn)練營》中講解了軸類、盤類、箱體類、撥叉支架類零件的畫法。

1 軟件類課程教學(xué)現(xiàn)狀

武漢城市職業(yè)學(xué)院CAD軟件課程開設(shè)有AUTOCAD、PRO/E、123D、UG等，目前這類軟件課程一般還是按照常規(guī)講練的教學(xué)模式進行的，首先由教師講解軟件中各種指令如何使用，再進行邊操作邊講解，最后讓學(xué)生按照教材上案例練習(xí)操作，完成課堂任務(wù)。這種方法使學(xué)生在練習(xí)過程中只是進行了簡單的模仿，因此也只會完成練習(xí)的建模，而不能靈活應(yīng)用所學(xué)的命令和工具完成設(shè)計建模，學(xué)習(xí)的主動性不強?，F(xiàn)階段學(xué)校推行信息化教學(xué)改革，使用的在線課程平臺是職教云，教師在平臺上開設(shè)課程，并上傳教學(xué)視頻、教學(xué)PPT、課堂作業(yè)等，學(xué)生可以通過視頻學(xué)習(xí)完成教師布置的任務(wù)。

信息化教學(xué)改革后發(fā)現(xiàn)問題：

（1）視頻時長過長。學(xué)生觀看視頻的注意力時間，直接限制了老師對一些重要知識點的詳細講解，因此視頻視頻時長不宜過長。一般講解視頻時長在10～15分鐘以內(nèi)；重難點突破視頻時長最好在5～8分鐘以內(nèi)。

（2）提交作業(yè)平臺格式受限。職教云平臺支持選擇題、判斷題、簡答題等出題形式，上傳附件支持Word、PDF、圖片、視頻等格式。但軟件類課程一般無法上傳源格式的文件，需要學(xué)生截屏或錄制視頻上傳作業(yè)。這大大增加了老師批改作業(yè)工作量；圖片和視頻無法展示三維作品及二維作品的正確性及完整性，無法真實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和完成情況。

（3）授課教師過于依賴平臺授課。教師在平臺上傳知識點視頻，優(yōu)點是學(xué)生可以反復(fù)觀看、反復(fù)學(xué)習(xí)，但這個過程只有輸出沒有反饋，教師無法真實掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。教師授課主戰(zhàn)場在課堂，職教云平臺是輔助教學(xué)工具，不能本末倒置，過度依賴。

綜上所述，武漢城市職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院CAD軟件類課程需要打破簡單傳授軟件功能操作的授課方式，不能過于依賴職教云平臺，還是需要在線下實際課程做到實處，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生不僅能夠得到專業(yè)技能的提升，更能夠得到綜合素質(zhì)的提升。

2 專業(yè)基礎(chǔ)課程成績現(xiàn)狀

針對武漢城市職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院18～21級學(xué)生期末成績進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，18級總?cè)藬?shù)485人，19級總?cè)藬?shù)527人，20級總?cè)藬?shù)408人,21級總?cè)藬?shù)498人。

三維建模軟件是機電工程學(xué)院的專業(yè)基礎(chǔ)課程，貫穿《機械制圖》《機械設(shè)計基礎(chǔ)》《互換性與測量技術(shù)》等一系列專業(yè)基礎(chǔ)課。對機電工程學(xué)院18～21級學(xué)生的這三門專業(yè)基礎(chǔ)課進行成績統(tǒng)計，將成績分布統(tǒng)計結(jié)果列于表1～3，其成績分布如圖1～3所示。

表1 機電工程學(xué)院18～21 級學(xué)生《機械制圖》成績分布統(tǒng)計表

圖1 機電工程學(xué)院18～21級學(xué)生《機械制圖》成績分布折線圖

表2 機電工程學(xué)院18～20級學(xué)生《互換性與測量技術(shù)》成績分布統(tǒng)計表

圖2 機電工程學(xué)院18～20級學(xué)生《互換性與測量技術(shù)》成績分布折線圖

表3 機電工程學(xué)院18～21級學(xué)生《機械設(shè)計基礎(chǔ)》成績分布統(tǒng)計表

圖3 機電工程學(xué)院18～21級學(xué)生《機械設(shè)計基礎(chǔ)》成績分布折線圖

根據(jù)《機械制圖》《機械設(shè)計基礎(chǔ)》《互換性與測量技術(shù)》這三門專業(yè)基礎(chǔ)課程的成績數(shù)據(jù)分析可以得出：

（1）專業(yè)基礎(chǔ)課程成績逐年下降。高分段比例在逐年減少，低分段比例在逐年增加。結(jié)合跟這些課程專業(yè)授課老師面對面訪談交流反映的情況，2018～2021年招生分?jǐn)?shù)逐年增高，中職升高職比例逐年增加（部分中職階段已學(xué)機械制圖、互換性測量課程），基本上排除學(xué)生自身能力問題，很大程度上還是高職對于專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)的重視程度在逐年降低，老師授課需要主動突破傳統(tǒng)形式上的教學(xué)模式。

（2）專業(yè)基礎(chǔ)課程開課專業(yè)數(shù)量逐年下降。機電工程學(xué)院專業(yè)基礎(chǔ)課程開課量在減少，同時授課課時量也在減少。結(jié)合專業(yè)授課老師反映的情況，普遍喜歡增設(shè)新型專業(yè)課程，專業(yè)基礎(chǔ)課程課時量甚至降低了50%。例如《機械制圖》課程只能講授到剖面圖，后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)件、裝配圖、零件圖內(nèi)容都無法完成授課。

總之，專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握程度逐年在下降，本文提出將機械CAD制圖與三維建模軟件融合的課程改革，目的就是要對這些專業(yè)基礎(chǔ)知識進行鞏固加強，在進行CAD制圖和三維建模的教學(xué)過程中，采取項目式驅(qū)動教學(xué)讓學(xué)生熟練掌握專業(yè)知識，達到活學(xué)活用程度，也警示授課老師“三教”改革迫在眉睫。

3 重構(gòu)CAD軟件課程教學(xué)內(nèi)容

二維制圖課程與三維制圖課程教學(xué)內(nèi)容有效融合，讓學(xué)生能夠基于工作過程掌握企業(yè)真實部門加工部-工藝部-設(shè)計部所需的軟件技能，塑造良好的職業(yè)綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，課程具體教學(xué)內(nèi)容安排見表4。

表4 CAD 軟件課程融合課改授課具體內(nèi)容安排

以項目為引導(dǎo)進行從簡到難的逐步遞增式教學(xué)模式，讓學(xué)生完成三個分階段的學(xué)習(xí)。

（1）CAD繪圖-UG三維建模階段：訓(xùn)練機械識圖能力，熟悉軟件操作；

（2）CAD繪圖-UG曲面建模階段：從簡單產(chǎn)品到較為復(fù)雜產(chǎn)品的建模能力；

（3）設(shè)計實物1（UG設(shè)計建模-工程圖紙-加工生產(chǎn)階段）：簡單產(chǎn)品從設(shè)計到制作全過程；

（4）設(shè)計實物2（UG設(shè)計-UG裝配運動仿真-工程圖紙-加工生產(chǎn)階段）：復(fù)雜產(chǎn)品從設(shè)計到制作全過程，培養(yǎng)學(xué)生獨立完成課程設(shè)計和創(chuàng)新類比賽的能力。

05 填料壓蓋 草圖正六邊形畫法：嘗試不同畫法，找出最簡單方法拉伸命令：進行拔模處理，確定矢量與拔模角度06 鎖緊螺母草圖正六邊形畫法：嘗試不同畫法，找出最簡單方法拉伸命令：進行拔模處理，確定矢量與拔模角度螺紋命令：內(nèi)螺紋設(shè)定07 彈簧螺旋線：設(shè)定半徑、螺距、圈數(shù)、右旋掃掠命令：確定截面曲線和引導(dǎo)線修剪體命令：確定目標(biāo)和刀具08 螺塞項目七 產(chǎn)品設(shè)計--油泵草圖繪制：截面草圖或者1/2 截面草圖回轉(zhuǎn)命令：不同截面回轉(zhuǎn)參數(shù)不一樣矩形槽：設(shè)定長度、寬度、深度①零件三維建模；②組裝油泵；③油泵運動仿真；④能力提升練習(xí)草圖繪制：截面草圖或者1/2 截面草圖回轉(zhuǎn)命令：不同截面回轉(zhuǎn)參數(shù)不一樣球命令：確定球中心點設(shè)定直徑，與主體求差10 其他零件 箱體箱蓋墊圈、滾動體、螺栓、螺母墊圈、銷、銷墊片09 鋼珠定位圈11 油泵裝配進入裝配界面添加約束：接觸約束、對齊約束等裝配爆炸圖：合適距離，合適排布，加上追蹤線裝配序列：按照實際裝配順利進行裝配，并導(dǎo)出裝配視頻12 油泵仿真運動進入仿真界面仿真運動：按照實際裝油泵運動進行仿真，并導(dǎo)出仿真視頻項目八 產(chǎn)品設(shè)計---發(fā)條機器人①測繪發(fā)條機器人；②機器人零件三維建模；③組裝發(fā)條機器人；④發(fā)條機器人運動仿真；⑤能力提升練習(xí)測繪：熟練運用游標(biāo)卡尺、千分尺等測量工具；建模：零件較多，注意左右順序、名稱等；組裝：注意裝配約束關(guān)系、爆破圖、裝配序列；仿真運動：機器人專屬舞姿

4 結(jié)語

CAD軟件課程擺脫傳統(tǒng)教師演示學(xué)生跟隨練習(xí)的授課形式，把二維制圖課程與三維軟件設(shè)計課程以項目為載體，讓教學(xué)內(nèi)容有效融合。其不僅提升了課堂效率，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，還對專業(yè)基礎(chǔ)知識進行了鞏固加強，達到了對學(xué)生專業(yè)技能和綜合素質(zhì)進行全面培養(yǎng)的目的。