基于三維機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計師培養(yǎng)的三維實體建模與設(shè)計教學(xué)改革與實踐研究

摘要：為了滿足企業(yè)用人單位對三維數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品建模與設(shè)計人才的大量需求，針對應(yīng)用型本科院校的機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，以三維數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計員（師）就業(yè)為導(dǎo)向，對《三維實體建模與設(shè)計》這門專業(yè)課開展教學(xué)改革與實踐研究。建立三維數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的專業(yè)人才培養(yǎng)模式，對課程體系、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式等進(jìn)行研究和改革。大力培養(yǎng)有三維數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品師工作意向?qū)W生的產(chǎn)品設(shè)計能力，適應(yīng)我們國家對高技能型人才的培養(yǎng)需求。通過課堂教學(xué)實踐證明，學(xué)生創(chuàng)新與動手能力得到提升，教學(xué)效果非常顯著。

關(guān)鍵詞：三維產(chǎn)品設(shè)計師；《三維實體建模與設(shè)計》；教學(xué)改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）25-0053-02

一、背景

Computer Aided Design技術(shù)（計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)），簡稱CAD技術(shù)，已經(jīng)從根本上改變了過去依靠手工繪制圖紙，然后通過圖紙來組織生產(chǎn)過程的技術(shù)管理模式，這不僅成為了企業(yè)用于提高產(chǎn)品質(zhì)量的手段，更成為了加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強(qiáng)自身競爭力的必備措施。因此，三維CAD技術(shù)已成為機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本技術(shù)之一。三維機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計師作為一種新型機(jī)械行業(yè)職業(yè)就應(yīng)運(yùn)而生了。《三維實體建模與設(shè)計》課程是三維CAD技術(shù)課程教學(xué)的主要組成部分，該課程所涉及的相關(guān)知識較多，除了機(jī)械專業(yè)知識外，通常還要涉及到如工程材料、工程數(shù)學(xué)以及數(shù)據(jù)處理等相關(guān)學(xué)科知識，課程的重點應(yīng)該是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)造力為目標(biāo)，使學(xué)生能夠掌握運(yùn)用三維計算機(jī)輔助設(shè)計軟件去進(jìn)行實際設(shè)計問題的技能。然而，“現(xiàn)在很多本科院校在具體教學(xué)時存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、方法單一以及重理論輕實踐等現(xiàn)象，學(xué)生反映不甚理想。注重實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容的改革，已經(jīng)成為該課程改革的重點”。

二、教學(xué)改革與實踐的內(nèi)容

1.學(xué)生學(xué)習(xí)方式的引導(dǎo)?？萍技夹g(shù)日新月異，切忌固步自封，一成不變。但是在引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)新技術(shù)的同時，也不能忽視專業(yè)基礎(chǔ)知識的傳授與學(xué)習(xí)，不能因為這是一門偏應(yīng)用的課程而變成一門純教軟件操作的課程，應(yīng)該讓學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)知道軟件只是設(shè)計所使用的工具和手段。掌握了軟件使用，并不等于掌握了機(jī)械設(shè)計技術(shù)，也并不代表會進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計，設(shè)計仍需依靠專業(yè)知識來支撐。學(xué)生是學(xué)習(xí)主體，無論教師如何教，都是為了使得學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)，是為了不教。必須注重培養(yǎng)學(xué)生獨立思考并解決問題的能力，把學(xué)生從單純地接受灌輸?shù)摹氨粍尤恕?，轉(zhuǎn)變?yōu)槌蔀橥ㄟ^引導(dǎo)而獲得發(fā)展的“主動人”，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，充分發(fā)揮其主觀能動性和創(chuàng)造性。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。三維CAD技術(shù)發(fā)展很快，授課時間又非常有限（只有32課時），不可能在這么短的時間內(nèi)教授學(xué)生當(dāng)前的所有知識?！笆谥隰~，不如授之于漁。”學(xué)生們的接受能力也有高低，為了讓學(xué)生都能學(xué)好，第一要務(wù)還是要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣學(xué)生才能在課后主動地去消化和學(xué)習(xí)知識，通過課余時間的學(xué)習(xí)來彌補(bǔ)課堂教學(xué)時間的不足，在將來也才有動力去不斷自我充實和更新以適應(yīng)專業(yè)的發(fā)展。如可以在第一堂課的時候不急于讓學(xué)生進(jìn)入專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，而是可以組織學(xué)生觀看采用Solidworks、UG等三維設(shè)計軟件設(shè)計出的各種產(chǎn)品造型、虛擬動畫裝配、CAM模擬加工仿真加工以及CAE工程分析等等，還可以讓學(xué)生觀看一些高年級學(xué)生的作品，甚至是好的比賽作品或者科研作品，讓學(xué)生明白好的設(shè)計可以在他們中產(chǎn)生，使學(xué)生對這門課程有一個初步的了解，在一開使就能產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并堅定學(xué)習(xí)和學(xué)好的信心。

3.課堂教學(xué)方式與考核方式的改革。三維實體建模與設(shè)計是機(jī)械類工程計算機(jī)教育系列課程之一，教學(xué)過程中不能只進(jìn)行片面的、孤立的實體零件建模，還需要與機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計及機(jī)械制造等專業(yè)課程進(jìn)行結(jié)合。還應(yīng)該好好利用相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)計進(jìn)行實戰(zhàn)演習(xí)，例如機(jī)械設(shè)計課程大作業(yè)減速器設(shè)計，以專業(yè)教學(xué)為依托，服務(wù)于專業(yè)教學(xué)。在課堂教學(xué)中引入大量的具體項目案例，以學(xué)生設(shè)計分析為主，教師引導(dǎo)為輔，使學(xué)生掌握課程相關(guān)知識的同時，能夠進(jìn)一步地增強(qiáng)本專業(yè)的實踐動手能力，從而為學(xué)生就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。此外，考核的方式也不應(yīng)局限于試卷形式，完全可以采用國外流行的分組大作業(yè)的形式，以小組為單位提交設(shè)計作業(yè)，教師根據(jù)作業(yè)打分即可，形式多樣，也可杜絕考試作弊。并可進(jìn)一步引入三維CAD建模與設(shè)計的相關(guān)專業(yè)考證與學(xué)科競賽形式來豐富考核學(xué)生綜合掌握所學(xué)知識的程度。

4.二維制圖課程和三維建模課程兩者的融合。有鑒于三維CAD和二維制圖的關(guān)系非常密切，開展三維實體建模與設(shè)計的教學(xué)改革與工程制圖課程是難以分割的。很多學(xué)生往往二維制圖課程沒有學(xué)好，三維建模也學(xué)不好，或者三維建模學(xué)好，但是二維制圖沒有學(xué)好。但是，目前的機(jī)械設(shè)計卻需要從業(yè)者能夠讀懂二維圖，畫出三維模型，或者根據(jù)三維實體模型，畫出二維工程圖。雖然，現(xiàn)在的三維軟件大都可以方便生成二維圖，但是由于制圖課程沒有學(xué)好，工程圖也是不合格的。特別是目前大多數(shù)的院校將兩門課程相對獨立地開設(shè)，分處于兩個不同的學(xué)期，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)其實是不利的。如果能夠?qū)砷T課程進(jìn)行整合，合二為一，互相滲透，對學(xué)生進(jìn)行手工繪圖和計算機(jī)輔助繪圖的多重融合授課和訓(xùn)練，綜合運(yùn)用于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的各個教學(xué)環(huán)節(jié)，相信學(xué)生的制圖能力、讀圖能力和設(shè)計能力將會得到很好的提升，達(dá)到事半功倍的效果。

三、教學(xué)改革與實踐的目標(biāo)

在三維實體建模與設(shè)計課堂教學(xué)改革基礎(chǔ)上，與行業(yè)企業(yè)工程設(shè)計人員和兼職教師共同研究打造三維數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計師職業(yè)能力的培養(yǎng)，建立對機(jī)械設(shè)計專業(yè)以機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計師（員）為就業(yè)導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式，探索以“工學(xué)結(jié)合”為行動導(dǎo)向的教學(xué)模式，開發(fā)基于工作過程的課程模式和課程。大力培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計能力與創(chuàng)新能力，并使之成為具有一定解決實際項目能力的、具有產(chǎn)品設(shè)計能力的和創(chuàng)造能力的應(yīng)用型本科人才，使他們出了校門就能投入到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計工作和自主開發(fā)創(chuàng)業(yè)中。endprint

四、教學(xué)改革與實踐的實施方案

1.對地方高校的三維設(shè)計人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行研究和需求調(diào)查，了解教育、管理、教學(xué)任務(wù)和改革發(fā)展的特點，對地方高校三維設(shè)計人才培養(yǎng)需求進(jìn)行準(zhǔn)確描述。

2.項目式教學(xué)課堂實踐。在2011級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的三維實體建模與設(shè)計課程教學(xué)中引入案例與項目實例進(jìn)行教學(xué)改革實踐，將枯燥的命令融入到具體的項目實例中。教學(xué)中增加課堂討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生充分發(fā)表自己的見解，從而激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的火花。

3.二維制圖與三維建模的整合實踐，將兩者有機(jī)結(jié)合，用三維建?；A(chǔ)中有關(guān)內(nèi)容取代制圖的相應(yīng)部分，把三維建模與設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容插入二維制圖的相應(yīng)部分，使二維和三維可以相互轉(zhuǎn)換，融為一體。

4.考核方式改革的實踐。在整個課程教學(xué)過程中，教師講解占整個教學(xué)環(huán)節(jié)課時的三分之一不到，以引導(dǎo)為主，學(xué)生需要花費(fèi)大量的時間在實踐環(huán)節(jié)以及課后自學(xué)上，課程成績的考核可以采用分組大作業(yè)的形式：學(xué)生自由組合，組合人數(shù)1～4人，經(jīng)過學(xué)期初的分組、學(xué)期中的方案提交、學(xué)期末的三維作品提交三個環(huán)節(jié)完成大作業(yè)。教師可以根據(jù)大作業(yè)的完成情況進(jìn)行打分。引入相關(guān)專業(yè)考證與學(xué)科競賽形式來豐富考核學(xué)生綜合掌握所學(xué)知識的程度。

實踐表明，課程的教學(xué)改革與實踐是成功的。學(xué)生們通過課程的學(xué)習(xí)可以將機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)意憑借軟件得以實現(xiàn)，學(xué)習(xí)趣味性與積極性得到了大幅度提高。知識的學(xué)習(xí)不再是枯燥的吸收，而演變成了主動和創(chuàng)造性地參與。2013年學(xué)校在浙江省乃至全國各類機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽上的大豐收就是很好的證明，相信這也將為他們適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計師的工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄺衛(wèi)華，仝菁.機(jī)械CAD課程教學(xué)改革探討[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2007，（7）：70-71.

[2]宋繼良，張曉輝，孫曙光.應(yīng)用型本科《機(jī)械CAD》課程教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2010，（29）：212-213.

[3]張春華，孟令輝，徐慧芳.大學(xué)生科技創(chuàng)新活動中的能力培養(yǎng)與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2011，（23）：7-8.

[4]王秀珍.SolidWorks軟件在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2013，（39）：86-87.

[5]劉廣君.CAD/CAM/CAE技術(shù)概論選修課教學(xué)的實踐與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，（14）：62-64.

基金項目：衢州學(xué)院校級課堂教學(xué)改革項目（KG201221）；衢州學(xué)院中青年學(xué)術(shù)骨干培養(yǎng)計劃項目（XNZQN201203）。

作者簡介：鄧小雷（1981-），男，浙江衢州人，博士，衢州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，講師。endprint