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

武漢城市職業學院機電工程學院，湖北 武漢，430070

0 引言

目前國內各大在線課程學習網站上CAD制圖及三維建模軟件教學主要集中在軟件基本操作方面；教學方式主要是老師講解演示、學生模仿跟隨練習。有教學從業者提出項目引導教學、翻轉課堂教學模式，但只局限于幾個項目案例，并沒有形成系統，只能培養學生熟練掌握軟件基本操作的能力，但是無法培養學生解決問題、創新等綜合能力。

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課堂，優化課程體系、豐富教學內容、提高教學質量[1]。（2）提出CAD軟件教學方法包括實例教學法、分層次教學、混合式教學[2]。（3）提出教學任務主要是簡單落料件冷沖模設計和塑料盒蓋模具設計，這兩部分項目基本涵蓋了全部教學內容[3]。（4）提出3D打印在UG軟件教學中的應用，可以利用3D打印制作教學用具；通過3D打印機可以將學生UG設計的作品轉變為真實的立體模型[4]。（5）提出翻轉課堂在UG課程中的一種實施模式[5]。

在icourses愛課程平臺上開設的《CAD/CAM軟件應用》課程主要分為三大模塊：CAD軟件應用、Pro/e軟件應用、Cimatron軟件應用。在網易云課堂中納入了《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 軟件類課程教學現狀

武漢城市職業學院CAD軟件課程開設有AUTOCAD、PRO/E、123D、UG等，目前這類軟件課程一般還是按照常規講練的教學模式進行的，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，最后讓學生按照教材上案例練習操作，完成課堂任務。這種方法使學生在練習過程中只是進行了簡單的模仿，因此也只會完成練習的建模，而不能靈活應用所學的命令和工具完成設計建模，學習的主動性不強。現階段學校推行信息化教學改革，使用的在線課程平臺是職教云，教師在平臺上開設課程，并上傳教學視頻、教學PPT、課堂作業等，學生可以通過視頻學習完成教師布置的任務。

信息化教學改革后發現問題：

（1）視頻時長過長。學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；重難點突破視頻時長最好在5～8分鐘以內。

（2）提交作業平臺格式受限。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，需要學生截屏或錄制視頻上傳作業。這大大增加了老師批改作業工作量；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，無法真實反映學生的學習能力和完成情況。

（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，優點是學生可以反復觀看、反復學習，但這個過程只有輸出沒有反饋，教師無法真實掌握學生學習情況。教師授課主戰場在課堂，職教云平臺是輔助教學工具，不能本末倒置，過度依賴。

綜上所述，武漢城市職業學院機電工程學院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，優化教學內容，讓學生不僅能夠得到專業技能的提升，更能夠得到綜合素質的提升。

2 專業基礎課程成績現狀

針對武漢城市職業學院機電工程學院18～21級學生期末成績進行數據統計，18級總人數485人，19級總人數527人，20級總人數408人,21級總人數498人。

三維建模軟件是機電工程學院的專業基礎課程，貫穿《機械制圖》《機械設計基礎》《互換性與測量技術》等一系列專業基礎課。對機電工程學院18～21級學生的這三門專業基礎課進行成績統計，將成績分布統計結果列于表1～3，其成績分布如圖1～3所示。

表1 機電工程學院18～21 級學生《機械制圖》成績分布統計表

圖1 機電工程學院18～21級學生《機械制圖》成績分布折線圖

表2 機電工程學院18～20級學生《互換性與測量技術》成績分布統計表

圖2 機電工程學院18～20級學生《互換性與測量技術》成績分布折線圖

表3 機電工程學院18～21級學生《機械設計基礎》成績分布統計表

圖3 機電工程學院18～21級學生《機械設計基礎》成績分布折線圖

根據《機械制圖》《機械設計基礎》《互換性與測量技術》這三門專業基礎課程的成績數據分析可以得出：

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

（2）專業基礎課程開課專業數量逐年下降。機電工程學院專業基礎課程開課量在減少，同時授課課時量也在減少。結合專業授課老師反映的情況，普遍喜歡增設新型專業課程，專業基礎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，后續標準件、裝配圖、零件圖內容都無法完成授課。

總之，專業基礎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基礎知識進行鞏固加強，在進行CAD制圖和三維建模的教學過程中，采取項目式驅動教學讓學生熟練掌握專業知識，達到活學活用程度，也警示授課老師“三教”改革迫在眉睫。

3 重構CAD軟件課程教學內容

二維制圖課程與三維制圖課程教學內容有效融合，讓學生能夠基于工作過程掌握企業真實部門加工部-工藝部-設計部所需的軟件技能，塑造良好的職業綜合素養和創新能力，課程具體教學內容安排見表4。

表4 CAD 軟件課程融合課改授課具體內容安排

以項目為引導進行從簡到難的逐步遞增式教學模式，讓學生完成三個分階段的學習。

（1）CAD繪圖-UG三維建模階段：訓練機械識圖能力，熟悉軟件操作；

（2）CAD繪圖-UG曲面建模階段：從簡單產品到較為復雜產品的建模能力；

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

（4）設計實物2（UG設計-UG裝配運動仿真-工程圖紙-加工生產階段）：復雜產品從設計到制作全過程，培養學生獨立完成課程設計和創新類比賽的能力。

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：內螺紋設定07 彈簧螺旋線：設定半徑、螺距、圈數、右旋掃掠命令：確定截面曲線和引導線修剪體命令：確定目標和刀具08 螺塞項目七 產品設計--油泵草圖繪制：截面草圖或者1/2 截面草圖回轉命令：不同截面回轉參數不一樣矩形槽：設定長度、寬度、深度①零件三維建模；②組裝油泵；③油泵運動仿真；④能力提升練習草圖繪制：截面草圖或者1/2 截面草圖回轉命令：不同截面回轉參數不一樣球命令：確定球中心點設定直徑，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，并導出仿真視頻項目八 產品設計---發條機器人①測繪發條機器人；②機器人零件三維建模；③組裝發條機器人；④發條機器人運動仿真；⑤能力提升練習測繪：熟練運用游標卡尺、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：注意裝配約束關系、爆破圖、裝配序列；仿真運動：機器人專屬舞姿

4 結語

CAD軟件課程擺脫傳統教師演示學生跟隨練習的授課形式，把二維制圖課程與三維軟件設計課程以項目為載體，讓教學內容有效融合。其不僅提升了課堂效率，激發了學生自主學習的積極性，還對專業基礎知識進行了鞏固加強，達到了對學生專業技能和綜合素質進行全面培養的目的。