三維設計與工程制圖課程項目式團隊授課模式實踐

劉江麗 劉利 宋晨霞 張海光

摘 要 針對目前將三維設計引入工程制圖課程教學存在課程體系松散、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隊授課方式，在三維設計與工程制圖結合的基礎上，以全國工程訓練大賽的無碳小車作為主線，引入項目驅動法教學；同時采用教師團隊授課方式，發揮各教師專業優勢。該教學模式通過教、學、考環節的實踐，取得非常好的效果，學生工程綜合能力得到提高，教師資源實現優化組合。

關鍵詞 工程制圖；CATIA；項目驅動；無碳小車；團隊授課

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：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

工程制圖是機械類學生必須掌握的一門必不可少的工程技術語言，工程制圖課程是機械類專業必修專業課。隨著計算機輔助設計制造（CAD/CAM）技術的高速發展，工程設計和制造方式產生巨大變革。同時，根據教育部提出的高校“卓越工程師教育培養計劃”，高校需要按照企業對機械工程師的設計能力的要求，培養大批創新能力強、工程能力強的工程師。因此，傳統的以二維設計為主，以及“三個一”（即“一門課、一個教師、一個學期”）的工程制圖教學模式面臨巨大考驗。

目前，大多數高校都認識到三維設計在工程制圖課程中的作用及優勢，在將三維設計引入傳統工程制圖教學方面進行大量改革及實踐[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。但這種教學方式仍然存在一些問題。

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

2）由于三維設計與工程制圖的結合，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，會使學生只注意軟件的學習而忽視制圖理論知識點，不能讀懂復雜的二維圖，從而忽略制圖教學本身的主導思想，結果是舍本逐末。而工程制圖經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，使理論知識的學習變得枯燥難掌握。

本文針對以上工程制圖教學的問題，在將法國達索公司著名的三維CAD/CAM/CAE軟件CATIA引入工程制圖的基礎上，將項目驅動法和教師團隊授課的教學方式同時引入，在課程教、學、考三個環節進行實踐。

2 項目式團隊授課教學體系構建

項目驅動法教學方式 項目驅動法是指將傳統的學科體系課程中的知識、內容轉化為若干個教學項目，圍繞項目組織和展開教學，使學生直接參與項目全過程的一種教學模式[5-6]。

無碳小車項目驅動法教學體系如圖1所示。在三維設計與工程制圖課程中，整個課程以國家工程訓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計及工程圖，如圖2所示。學生在整個課程結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，完成一個完整產品的整個CAD設計過程。這樣就將工程圖學、三維建模與裝配以及二維工程圖的繪制有機關聯起來，真正做到三維建模貫穿于整個工程制圖過程中，構建完整的三維設計與工程制圖教學內容體系，利于學生自主學習，培養學生的實踐動手能力。

項目驅動教學方式解決了傳統工程制圖教學課程體系松散、缺乏主線，學生知識體系不夠連貫系統，無法形成產品從設計到制造整個生命周期的信息鏈條的問題。

教師團隊授課教學方式 所謂教師團隊授課，就是由多位教師組成一個教學團隊，根據每一位教師的專業背景和特點，選擇自己擅長的章節或專題，由多位教師共同承擔某一課程某一個班或幾個班教學任務的方法[7]。

三維設計與工程制圖教師團隊授課教學體系如圖3所示。三維設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，包括根據零件特征及制造過程進行視圖的選擇，產品技術要求及公差配合，工藝特性在零件圖和裝配圖中的表達，等等。團隊授課法將課程各部分內容進行模塊劃分，根據不同內容安排不同的教師授課。教師團隊包括具有多年實際工程經驗的工程師、擁有CATIA（三維設計軟件）認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教師等，結合個人經驗合理安排授課。軟件教學安排軟件操作嫻熟、有經驗的年輕教師進行授課，理論知識部分安排有實踐制造經驗的資深教師進行授課。通過授課，年輕教師獲得教學知識體系的自我完善，從而在課堂上能夠更好地教授學生；年長且經驗豐富的教師在授課方法上推陳出新、與時俱進。

教師團隊授課教學方式實現教師資源的優化組合、優勢互補，改變了過去由一名教師全面負責一門課程的情況[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，使教師團隊的效能得到最大限度發揮。同時，教師各自優勢的發揮讓課程中的二維和三維知識并重，讓學生的學習更加容易，知識體系更加完善。

項目式團隊授課教學體系整體構建 根據三維設計與工程制圖教學內容，綜合利用無碳小車項目驅動教學方式及教師團隊授課教學模式，完成對項目式團隊授課教學環節進行整體構建，如表1所示。該課程每周安排三節理論課、兩節上機操作課，理論課與實踐軟件操作課穿插進行。學生可以在上機繪制工程圖的過程中理解之前講授的理論知識，并利用所學理論知識完成對工程圖的準確表達；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品的設計制造流程貫穿整個教學內容，而根據教學內容和教師的各自優勢，在整個課程中安排了不同的教師進行授課，整個項目式團隊授課教學體系合理完整。

3 項目式團隊授課教學考核方式

傳統的在期末對課程進行筆試考核的方式只是在課程結束進行筆試或含筆試的考核，使學生容易忽視平時學習，只是在考試前突擊學習，為考試而學習，知識體系非常單薄，也無法客觀地對學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、并能對學生綜合能力進行全方位考核的考核方法。針對課程教學目標及教學安排制定課程考核方式，見表2。

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

同時，為促進學生學習的積極性，并提高其對所學知識的系統應用，將一部完整小車的三維模型設計及零件圖、裝配圖、爆炸圖生成作為平時作業布置，作為綜合評價學生讀圖和繪圖能力掌握情況的依據。

另外，在課程結束，學生可以通過達索公司國際認證的考試體系進行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，學生可以參加達索公司CATIA零件設計及裝配設計兩個模塊的認證考試，目標為約30%的學生通過該認證考試，獲得認證考試證書。該證書為學生將來的就業提供了競爭優勢。

4 結語

三維設計與工程制圖的項目式團隊授課教學模式通過兩學期在教、學、考三個環節的改革實踐，取得非常好的效果。

1）完整的項目讓學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計軟件，熟悉了產品從設計到制造整個生命周期的信息鏈條，讓學生的知識體系連貫系統，綜合能力得到很大提高，為后續專業知識的學習奠定基礎。學生普遍反映理論知識的學習過程生動有趣、易于掌握，最后整個無碳小車的設計完成也讓他們非常有成就感，感覺體驗到當工程師的快樂。

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

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

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

參考文獻

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