案例法教學在計算機輔助設計課程上的應用

摘要：在三維設計軟件課程教學中應用與工程實際接軌的案例教學方法，以發動機曲柄連桿機構為例，引導學生應用所學知識邊設計邊繪制。極大地促進了學生的學習積極性，符合創新教育理念。

關鍵詞：教學改革；計算機輔助設計；案例法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0065-02

當前部分大學生對課程的學習興趣不高，對知識的掌握也不夠精準，已引起高等教育工作者的普遍擔憂。由此，眾多教學改革方案紛紛出爐，歸根結底其目的在于化枯燥講授為生動運用，將學生的興趣吸引回課堂[1]。此外，還要正確運用考核方式，以便既綜合檢驗學生的學習水平，又能將所學知識成功應用到未來的實際工作中，這才是教育改革的正確途徑。

長春工業大學長期致力于本科教育改革，本研究即來源于對機械工程專業學生授課時的經驗總結。

一、三維制圖的作用

大學教育是為地方經濟建設服務的，培養目標要瞄準學生為適應未來崗位所需的技能。機械工程專業學生走出校門后，多數要從事機械制造或機械設計工作，其中機械產品由設計轉為成品的過程必須通過工程圖來完成，這就要求學生必須具備較扎實的工程制圖基本功，才能勝任自己的崗位。加之如今隨著計算機技術的快速發展，制造業已全面甩掉圖板，廣泛應用二維和三維CAD繪圖進行機械產品設計，這更為企業生產帶來了深刻變化，大大減輕了人工勞動強度，明顯提高了經濟效益。針對現代機械設計中遇到的產品結構復雜問題，三維CAD軟件的優勢就顯露出來，它能將一些在工程圖學中難于表達的相貫、截交線及曲面輪廓方便地表達出來，成為越來越多院校在機械類專業教學體系中設置的必修課程[2]。

如何將傳統的工程制圖知識與現代的計算機輔助設計技術相結合，是機械工程專業課程培養體系著重考慮的問題。

二、教法改進

相同的知識領域和技能在應用不同的教法情況下，學生領會的程度就會有差異，時代要求教育工作者要潛心研究教育理論、研討教學方法，以適應不同的學生和課程。

1.傳統教學方式。傳統教學法是長期教學的總結成果，對于我國師生比嚴重偏低的現狀是必要的，然而對于一些技能性較強的課程則不適用。譬如軟件應用課程，教師若在講臺上講授軟件的起源和用法，而后逐條講述各功能模塊內的命令，形式呆板且內容枯燥，結果只有部分學生能記得幾個模塊中包含哪幾個命令，至于命令的應用到了實際運用時記得的已經所剩無幾。由此可以看出以往逐條講授命令的傳統教學方式此時已無法調動學生的學習熱情，只能徒勞浪費課時，反而起到事倍功半的效果而已。

意識到傳統講授方式并不是萬能的之后，一些教育工作者早已開始通過自身工作經驗，不斷總結自己的教學體會，嘗試新教法，逐漸發現了一些行之有效的法門，案例教學就是其中的一種。

2.案例教學方法。軟件應用類課程的目的在于培養學生的應用能力，需要以實際操作來評價學生的掌握水平，這樣才能更好地落實培養方案、保障學習效果[3]。學生在校學習，已具有較強的理論基礎，教師若以工程實際為引導，即會取得良好的效果。鑒于此，在計算機輔助及應用課程中我們應廣泛采用案例法教學模式。

案例教學要求選擇工程實踐中應用廣泛的項目，強調項目來源使學生認識到課堂講授的即是將來工作能夠用到的技能，學生的專注度愈發增強，教學效果應付迅速好轉[4]。考核也以實際案例為對象進行測試，很容易就能測得學生的掌握水平。針對當前機械行業的生產特點——多以大規模加工汽車零部件為主，面向機械工程專業學生開設《計算機輔助設計及應用》課程，以CATIA軟件的CAD和CAM模塊為主要講授內容。在本課程的教學計劃中，以汽車發動機曲柄連桿機構的裝配為主線，設置以連桿和活塞的三維造型設計為案例，著重講授零件設計、裝配設計、工程圖和運動仿真模塊的應用。

三、實施過程

考慮到軟件應用課程的特點，首先改變傳統課堂教師主動的講授模式，取而代之的是在機房師生的互動教學方式，這樣便于學生及時消化理解操作原理和繪制方法，遇到操作難題即可當堂解決。

1.教學設計。教學過程中，緊緊扣住工程實際應用這條線，首先簡要描述汽車發動機工作原理，使學生了解相關術語，掌握曲軸、連桿、活塞等基本零件的作用及工作特點，對整體產品結構也產生一定的興趣和感性認識，再對其進行零件繪制、裝配及運動仿真，非常形象生動地學習運轉機構的設計和繪制流程。以一款488發動機為例[5]，設置其主要參數為活塞行程S=92mm，曲軸主軸頸與連桿軸頸分別為56和42mm等，選擇連桿作為案例1，在零件設計模塊完成連桿的實體造型，將文件名保存為rod.Part。對于案例2——活塞零件，以與缸徑配合的外徑為基準尺寸，結合活塞銷座孔與連桿小頭相互配合等條件進行繪制，繪制過程中使學生重溫活塞與氣缸的間隙配合及銷座孔與連桿小頭需要用過盈配合的原理，同時學生也領會了零件加工與表面粗糙度之間的關系，繪制完成后，將零件賦予相應的鋁合金材料以具備相應機械性能，文件則另存為piston備用。

新建裝配體Engine.Product，調入已繪制的連桿和活塞至合理位置，以此為基礎，在裝配模塊新建曲活塞銷、活塞環等零件。督促學生應用同樣方法，依據機械設計的原理和規則在課后完成曲軸、箱體等零件的繪制，從而調動學生重溫機械設計中箱體的注意事項。應用命令固定箱體，合理裝配后期繪制的零件。

機構設計完成，即可進入DMU Kinetics模塊進行機構仿真。新建一個運動機構，按照發動機工作原理在I缸設置箱體軸承座孔與曲軸間、曲軸與連桿間的轉動副，繼續設置連桿與活塞在小頭活塞銷孔處進行相對轉動，進而推動活塞在氣缸內進行直線往復運動。同理，依次對其余三缸進行設置，即完成曲柄連桿機構的仿真的運動副設置。

然后進行曲柄連桿機構的運動仿真，通過設置相應傳感器來獲得活塞的運動速度、加速度，曲柄與連桿間的夾角變化以及各連接軸徑處的受力等狀態值，分析結果可用于運轉機構的技術改進，驗證機構設計是否正確等方面的工作。endprint

分別以靜態和動態模式觀察機構，清晰掌握機構的工作原理和結構。進入工程圖模塊轉化生成零件及裝配體的二維工程圖，進一步驗證了理論上的投影關系，使得以往那些令人頭痛的復雜零件投影問題得以解決。指導學生結合運動件工作原理，進一步掌握運動配合和機械加工原理，對圖紙進行合理標注，同時養成合格規范繪圖的好習慣。

2.課堂擴展。隨著我國地區經濟的快速發展和地方基礎教育水平的提高，當前大學生普遍表現為見識寬廣，在課堂上顯得思維活躍，互動教學過程中解決問題的思路大不相同。由此，在操作過程中出現的錯誤就千變萬化，導致好多時間在為學生糾錯，這就要求教師知識面要廣，對各類錯誤應對自如才能獲得學生的信任。

授課過程中結合工廠加工的實際問題，提醒學生回憶在工程訓練和生產實習中曾經做過或考查的項目，聯想相關的減速、變速及差速機構，闡述并解決機構運轉過程中諸多疑難，不自覺地將學生引入到機械加工環境中，與教師形成交互式的教學氛圍，雙方都受益匪淺。

課后為學生布置相近作業，按組分配給學生不同運動機構。學生信心滿滿地鉆研，總結在課下所遇的諸多疑點和難點，及時與教師反饋溝通，極大限度地調動學生學習積極性，迅速提高了學生的操作水平。

四、教學體會

本輪教學結束后，師生都體會到了解決實際工程問題的樂趣。期末考核過程中，部分同學積極轉換思路，繪制步驟與教師講授有了較大改進，說明創新教育在他們身上起到了作用、達到了初步目的，在求職應聘期間也表現出胸有成竹的氣質。

同時在教學實踐過程中，教師也深深體會到距離成功實施還有一定差距，很多工作不夠細致合理，需要逐步改進一些具體內容。

1.案例內容要更新。教學改革是一項挑戰，應緊抓時代脈搏，根據學生掌握程度及時擴展授課內容甚至更新案例，以開拓學生視野和激發學習熱情。

2.題庫覆蓋面要廣。在驗收終端，除了已授內容，也要在考試內容及具體環節中做足文章；除了變更參數，在具體結構形式、類似機構方面也要適當擴展，并逐年擴充題庫題量，以充分考核學生的掌握水平和創新能力。

3.教師要公正嚴謹。教師除了在課堂上講授切實有用的知識之外，更要盡心督促，考試過程中更要公平地對待每一名學生，才會有效提高學生的積極性，使教學環節趨于完美。

參考文獻：

[1]婁延常.大學生學習興趣與創新人才的培養-湖北省大學生學情調查的啟示[J].復旦教育論壇，2004，（2）.

[2]屈文濤，任濤，康曉清.工科學生制圖能力培養模式的研究與實踐[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2010，27（6）.

[3]張德江.論教談學話育人[M].北京：高等教育出版社，2010.

[4]張潤蓮，張向利，葉進.案例教學法及其運用[J].桂林電子工業學院學報，2004，24（4）.

[5]于志新.CATIA實例應用教程[M].北京：北京大學出版社，2013.

基金項目：長春工業大學“提升本科教育教學質量”教學改革項目（14-14）。

作者簡介：于志新（1975-），男，吉林梅河口人，副教授，研究方向：機械設計教學與科研。endprint