以學生為中心的“三維實體建模與設計”課程教學改革與實踐

慕光宇，潘瀾瀾，蔡衛國，石米娜

(大連海洋大學 機械與動力工程學院[中新合作學院]，遼寧 大連 116023)

0 引言

隨著計算機技術的迅猛發展，三維CAD 技術已成為機械類專業學生必須掌握的基本技能之一。“三維實體建模與設計”課程在應用型本科院校機械專業的教學中起著非常重要的作用[1-2]。該課程通常以Pro/E、UG、Solidworks或Inventor等三維設計軟件為主要手段，輔助完成機械零部件的造型設計、部件裝配設計及工程圖繪制，利用Motion 模塊功能進行機構分析以及基于三維實體模型的產品開發設計。然而，以教師為中心的傳統教學模式常常讓學生感到枯燥乏味，難以提高學生分析問題、解決問題的能力，使其除認知以外的其他素質無法得到拓展，學生的主動性、積極性難以發揮。為適應當前社會需求，培養一批合格的機械專業人才，則需要采取以學生為中心的教學模式，提高學生在學習中的主體地位，真正實現高校教師從“主演”到“導演”，學生從“觀眾”到“演員”的角色轉變[3-4]。

1 傳統教學模式的弊端與課程建設思路

“三維實體建模與設計”課程的傳統授課方式為理論課+實驗課。理論課上教師以技能操作知識點為主線進行教學，通過“講解—示范”全面地講授建模的相關技術、技巧；實驗課上學生進行自主練習。由于學生在課余時間沒有預習，這種方式會導致教師的理論教學和學生的實際操作相脫節。因此，有必要改進教學方法，把知識的傳遞安排在課前，把知識的內化安排在課內，促進學生思維認知能力和解決問題能力的提高。

目前，在教學過程中以多媒體演示為主，學生無法邊聽課邊做筆記。網絡教學平臺可以為師生開展網絡輔助教學服務，支持教師與學生進行網上互動式教學活動，同時“翻轉課堂”教學也需要借助網絡教學平臺的支持。因此，該課程的教學手段應隨著教育教學技術手段的發展而改進和更新。

在實踐過程中，多數學生只會僵硬地套用命令，無法將命令使用與機械零件建模需求聯系起來，難以做到學以致用。因此，有必要讓學生對工程設備進行機械測繪，增強學生對于機械結構方面知識的感性認識，再運用計算機軟件建立三維實體模型，正確表達零件內外結構以及裝配關系，真正讓學生對所學知識融會貫通、學以致用。

針對這些問題，注重實施以學生為中心、以能力培養為中心的教學策略，利用網絡課程平臺，采用“翻轉課堂”教學模式，改變傳統的課程教學結構；通過“任務驅動”教學法提升學生主動獲取知識和解決問題的能力；鼓勵學生進行產品創新設計，提高學生的動手實踐能力、思維能力和探究能力。

2 以學生為中心教學模式的課程改革措施與實踐

2.1 建設網絡課程資源

網絡教學平臺是為師生開展網絡輔助教學服務的支撐平臺，可以展示課程的各種教學資源。“三維實體建模與設計”課程需建設的網絡資源有：教學課件、微課視頻、習題測驗、專業特色案例庫等學習資料，既方便學生自主學習，又便于師生互動交流。教師通過網絡教學平臺可以監督學生的學習過程，查看每名學生的學習記錄和班級學生整體學習情況統計。

2.2 基于網絡教學平臺的翻轉課堂教學模式

引入翻轉課堂教學模式，課前教師通過網絡平臺發布新課程的“自主學習任務單”，學生通過教學課件、微視頻、電子教材或網絡自主學習三維軟件的建模命令，完成教師所設計的練習作業題，并針對所學提出問題。課堂上，教師通過知識點提問、自主講解等方式，檢驗學生課前自學的學習效果，發現學生在自學時存在的問題以及還未理解和吸收的知識點。引導學生觀察總結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，與學生交流、討論，并布置新任務。

2.3 “項目引領，任務驅動”教學方法

采用“項目引領，任務驅動”的教學方法，將課程分為4個教學項目，每個項目設計模塊化的學習任務，如圖1所示。將機械測繪與三維建模技術結合，選用機械產品中的千斤頂、減速器、夾具以及齒輪泵、旋渦泵、高壓油泵等船機設備實施教學，提高學生的綜合素質和動手實踐能力。

圖1 課程教學設計

課堂上將學生分組(2～3人為1組)對工程設備進行工作原理分析，拆卸、安裝并使用測繪工具如鋼板尺、游標卡尺、內外卡鉗、各種螺絲刀等對各零件進行測量，了解零部件之間的裝配、連接關系，徒手繪制零件草圖，在三維立體和二維圖紙間進行空間思維轉換，應用三維軟件進行實體建模，學生組內協作探究，發現問題并及時修改，教師一對一地進行個性化指導。學生實踐作業如圖2所示。

圖2 學生實踐作業

此外，立足于課程學習內容，鼓勵學生結合人因工程學、液壓傳動、機電控制等所學知識，進行人機交互或節能創新產品的創新設計，積極參與大學生競賽活動。通過網絡平臺或3D打印技術，展示部分課堂和課外優秀作品，以提高學生的學習積極性，激發其學習興趣。

2.4 改革考評機制，對教學過程和質量進行控制

注重對學生平時學習過程的考核，使考核機制更加合理。考核機制要起到引導、推動、輔助學生自主學習，幫助學生理論聯系實際，提高實際分析判斷能力的作用。教師需通過觀察學生在學習、討論、探究和解決某一實際任務過程中的學習表現，對其行為和技能等做出評價。采用過程考核占50%、期末考核占50%的課程考核總成績比例，過程考核又可分為出勤、自主學習情況、課堂表現、測繪成績、團隊項目完成情況等，多角度衡量學生在學習過程中的表現以及對知識和技能的運用能力。

3 結語

利用網絡教學平臺的翻轉課堂教學模式改變了傳統的課堂教學模式和結構，學生在教師的指導下提升了自主學習、思維認知和解決問題的能力，其還能夠根據實際情況掌握學習進度，從學習過程中獲得優越感。通過采用“項目引領，任務驅動”教學方法，將機械測繪與三維建模技術相結合，既能增強學生對機械產品或船機設備工作原理的認識，又能提升其三維建模軟件的應用能力以及綜合運用知識的能力。在課程改革中，采用多樣化的教學方法和互動式的教學方式，能夠使學生的工程實踐能力和創新能力得到大幅度提升。