材料成型及控制工程專業計算機繪圖課程教學改革

劉文義，徐峰，唐玲，王華，孟凡瑩，張偉

（陜西理工大學 材料科學與工程學院，陜西漢中 723000）

1 課程改革概述

1.1 改革背景

隨著科學技術的快速發展，計算機繪圖應用范圍越來越廣，也成為工科學生必須掌握的一項實用技能[1-3]。加強實踐教育，培養實踐能力強、創新能力強且具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才以適應新時代發展需求，在新工科建設和工程教育專業認證背景下顯得尤為重要[4-6]。本著服務教學、服務學生的目的，依據材料成型及控制工程（以下簡稱材控）專業人才培養目標和實際培養情況，亟須對計算機繪圖和Pro/E應用基礎兩門課程進行改革。本文結合計算機繪圖和Pro/E應用基礎兩門課程的特點，將分別在兩個學期進行的兩門課程合并為一門計算機繪圖課程，并從師資團隊、教學模式、實踐教學和第二課堂四個方面進行改革，并改進教學方法，以實現高水平應用型人才的培養目標。

1.2 課程簡介

本次進行教學改革的課程來源于材控專業的兩門專業基礎課，即計算機繪圖和Pro/E應用基礎，這兩門課程分別開設在大三的兩個學期。前者主要講授二維繪圖軟件AutoCAD操作及工程制圖繪制，而后者則主要講授三維軟件Pro/Engineer的基本操作及三維模型建立，兩門課程均按照先理論再集中實踐的模式進行，前期先進行軟件操作的理論講解，讓學生熟悉軟件的基本操作知識，后期進行為期一周的上機實踐，著重訓練學生的軟件操作能力和應用能力。

1.3 課程定位

計算機繪圖是一門專業基礎課，其先修課程是工程制圖、大學計算機基礎等課程，到大三第五學期，學生學習本課程時已經掌握了一定的計算機基礎知識和工程制圖的基本知識，具備學習本門課程的理論基礎。本課程是后續的圖形設計、工程能力訓練等實踐課程的基礎，包括沖壓模具、注塑模具等模具和焊接結構、焊接工藝等二維圖形或者三維建模的繪制，起著承上啟下的作用，是將手工繪圖的基礎理論知識用于解決工程實際問題的重要橋梁。

2 課程改革思路

計算機繪圖課程教學改革的總體思路是將原來在兩個學期分別進行的兩門課程合并為一門課程，采用邊講授理論邊進行上機實踐的教學模式，并積極進行實踐。原來的計算機繪圖課程使用教材《AutoCAD2008中文版應用教程》，Pro/E應用基礎課程使用教材《Pro/E野火版5.0機械設計教程》，均采用先講解理論知識、后集中進行上機實踐的教學模式，并且分別在兩個學期進行，教學過程中存在以下問題：（1）理論教學和上機實踐有一定的時間間隔，上機實踐時，學生忘記了前面講過的一些操作命令，導致實踐操作效率降低；（2）二維工程制圖的學習和三維建模的學習間隔時間較長，不利于學生快速入門；（3）二維工程制圖和三維建模是一個有機整體，二維工程制圖是三維建模的基礎，三維建模又是二維的空間反映，分開教學不利于學生對知識的融會貫通。

課程組經調研、分析、研討后認為，要解決上述問題，應當整合資源，優化內容，將這兩門課程合并為一門課程——計算機繪圖。該課程總共設置38學時，包括20學時的理論教學和18學時的上機實踐，并改變實踐教學模式，將原來的集中上機實踐修改為理論教學和上機實踐穿插進行，同時給學生提供一定的課后視頻內容進行自學。具體來說，先講授平面繪圖的基本知識，在此基礎上講授Pro/E三維造型，即先學習二維工程繪圖再學習三維立體造型，由平面轉到空間。這種設計尊重學生的認知規律，尊重由簡到繁、由易到難的學習規律；同時也有利于培養學生的空間想象能力和創新能力，有利于教學效果的提高和教學目標的達成[7]。

3 課程改革措施

3.1 課程教學團隊改革

課程教學任務的執行、課程的創新和發展都必須以教學團隊為前提和基礎[8-9]。本課程教學團隊改革后年齡結構和職稱結構合理；任務明確，在教學改革實施過程中，不斷加強計算機繪圖課程建設，不斷研討，整合教學資源，優化教學內容，有助于實現學生發現問題解決問題的創新能力的培養，提高教師理論和實踐教學的水平與教學效果，提高人才培養質量[10-11]。

3.2 教學模式改革

課程原來的教學模式是教師先在課堂上講授完所有的理論知識后，再讓學生進行為期一周的上機實踐操作，并且集中上機實踐又多在臨近期末時進行，以至于上機操作與前面理論教學間隔時間較長，導致學生上機操作不夠熟練，使得上機實踐的學習效果大打折扣。理論教學和上機實踐操作密切配合才能使實踐性較強的計算機繪圖課程達到較好的學習效果。改革后的計算機繪圖課程采用理論教學與上機實踐穿插進行的模式，即一次理論教學對應一次上機實踐，讓學生在理論教學課堂上將所學知識能及時運用在上機操作上，鞏固所學知識。同時，在理論教學時采用任務驅動、啟發引導、翻轉課堂、討論分析等不同方式進行教學，充分體現了“以學生為中心”的理念，豐富課堂內容，活躍課堂氣氛，有效提高學生的學習興趣和課堂參與度，讓學生主動學、認真學，貫徹“以學生為主體，教師為主導”的教學理念，進一步提高計算機繪圖課程理論教學的效果。

3.3 實踐教學改革

改革前的實踐教學模式是集中實踐，為期一周。重點考查學生綜合運用理論教學階段所學習的各類命令繪制二維平面圖形或者建立三維模型的能力，但是因為上機實踐與理論教學間隔時間較長，上機效果不佳?；谟嬎銠C繪圖課程較強的實踐操作性[12-13]，合并后的計算機繪圖課程實踐操作貫穿整個教學過程，每一次理論教學結束后都有相應的實踐作業，讓學生對課堂所學知識進行鞏固練習。同時，在二維繪圖和三維建模結束之后分別布置實踐大作業，涵蓋計算機繪圖課程所有知識點。同時課題組編制了《計算機繪圖上機實踐指導書》，與理論教學內容相呼應，兼有部分創新內容，輔以“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽部分試題，以賽促學，對學生的創新意識和空間想象能力等進行重點訓練和著重培養。上機實踐依托陜西理工大學材料科學與工程學院的省級虛擬仿真教學實驗室，滿足學生的上機操作需求。

3.4 第二課堂改革

第二課堂是提高學生綜合素質和能力的重要途徑之一[14-15]，學生可以利用理論教學之外的第二課堂的時間越來越充分，改革后的計算機繪圖課程充分利用學生的第二課堂時間，針對當天的教學內容給學生布置相應的任務，讓學生在完成任務的過程中掌握相應的上機操作技能，并在下一次課上對任務進行講解和分析，以此激發學生的學習興趣和學習主動性，變被動學習為主動學習。

4 課程改革實施效果

4.1 以賽促學，提高學生比賽成績

從2017年開始，計算機繪圖課程采用二維平面繪圖和三維建模同時進行的教學模式，近幾年的教學實踐表明，該教學模式應用效果較好，實現了本課程的教學目標和人才培養目標。學生在歷屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽中獲得一等獎1項、二等獎4項；在第一屆陜西省大學生工程制圖及3D建模大賽中獲得二等獎1項、三等獎3項。

4.2 深挖基礎，強化學生基礎知識

課程改革鞏固了學生的專業基礎理論知識，實現了專業基礎知識和軟件操作的結合。通過利用二維平面繪圖軟件繪制二維平面圖，利用三維建模軟件建立三維模型，學生鞏固了在工程制圖課程中所學的圖形知識，并能夠運用二維平面繪圖軟件在工程圖紙中表達設計意圖，具有了應用計算機繪圖軟件進行三維建模的能力，提高了理論基礎知識與工程實踐的結合程度。

4.3 強化實踐，提高學生創新能力

課程改革鍛煉了學生對專業繪圖軟件的實踐操作能力，提高了學生在三維建模過程中的創新能力。通過利用計算機繪圖軟件來實現工程圖的繪制和三維模型的建立，在上機實踐操作過程中，每位學生都能夠積極地思考：一是如何快速繪制并完成工程圖，進而建立三維模型；二是如何能夠在當前圖紙的基礎上實現創新設計。實踐過程不僅能培養學生獨立自主思考的能力，使學生在快速繪圖過程中熟練地運用所掌握的技能，而且還能激發學生的學習興趣，在創新設計過程中提高創新能力。

5 結語

本文將材料成型及控制工程專業開設的計算機繪圖和Pro/E應用基礎兩門專業基礎課，通過整合教學資源，優化教學內容，合并為一門課程——計算機繪圖，在師資團隊、教學模式、實踐教學和第二課堂等方面采取教學改革措施，改進課程，改革措施實施后，在學生參加相關重要比賽獲得成績和創新能力提高以及基礎知識強化等方面取得了一定成效，也提升了學生的學習效果，提高了教學質量。