應用型本科院校計算機輔助設計與制造課程教學創新改革與實踐

趙群喜 李學志 孫超 王志強

摘要：為適應我國普通本科高校不斷向應用型本科院校的加速轉型，與之相對應的實踐類課程的教學要求也愈加趨向于工程應用實踐能力。計算機輔助設計與制造課程基于軟件SOLIDWORKS進行案例式的課程教學創新改革，進一步提高了學生對零件建模等知識模塊在實際工程應用的認知和理解，不僅培養了機械類學生的工程協作意識和機械創新設計思維，也為其他類似軟件實踐類課程的案例式教學創新改革提供了思路和參考。

關鍵詞：工程應用；教學改革；創新思維；實踐能力

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.11.087

根據教育部印發的《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中淘汰“水課”、打造“金課”教育理念指導下，在國家創新驅動發展和本科教育“四個回歸”的大背景下，人才培養要堅持以本為本，落實“三全育人”總體要求。計算機輔助設計與制造課程作為省級一流專業機械設計制造及其自動化專業的一門重要的校級一流課程，我們在課程教學實踐中積極探索，逐步形成了以“OBE理念”為抓手，采用了“以賽促教、以賽促學、賽教融合”的創新教學模式。

1課程改革基礎

新疆理工學院是以理工科為主，經、管、文、法多學科協調發展，服務“一帶一路”倡議，促進區域經濟社會發展的應用型高等院校。機械設計制造及其自動化專業是自治區一流建設專業，計算機輔助設計與制造課程又是機械專業的專業核心課，依據本校辦學定位和專業人才培養要求，立足課程具有實踐性強、應用范圍廣等特點。過本課程的學習，學生應達到如下目標：

（1）知識目標：了解CAD與CAM的基本原理、基本方法及在工程問題中的初步應用。

（2）能力目標：掌握計算機輔助工程分析的典型軟件SolidWorks的基本操作技能；通過學習SolidWorks的繪圖方法，具備解決相關實際工程問題的能力。

（3）素質目標：結合項目式實際工程案例，培養學生大國工匠精神、科學精神、職業道德、有社會責任感的創新人才。

計算機輔助設計與制造課程安排在機械制圖的下一學期，在機械原理課程的上學期。機械原理、機械設計等課程的知識講解主要是常用機構的工作原理、結構特點、設計原理等。雖然諸多課程的現代教學手段有多媒體、模型、動畫演示等，但許多學生反映知識還是比較難學且不易理解，對于大部分應用型本科院校的學生而言，看動畫演示和模型，不如親自動手設計制作。該課程的主要內容是實體零件建模、裝配體建模、工程圖建立三大模塊，將機械的理論知識與軟件建模結合起來。通過三維軟件的建模運動仿真，學生能更好地運用到后期所學的機械類其他知識中去，不但激發了學生的創新設計思維，還進一步提高了學生的三維建模設計能力。

2課程建設及應用情況

2.1課程的建設發展歷程

計算機輔助設計與制造課程是機械類專業的專業核心課程，在2013年機械設計制造及其自動化專業建設之初就開設的課程，課程總學時為64學時，建設了機械專業機房，設備有55臺。近年來，我們緊跟機械行業發展步伐，根據學校辦學定位及人才培養方案的調整，課程教學大綱進行了三次系統調整，對計算機輔助設計與制造課程進行了持續改革和建設，形成了“以學生為中心，項目式實際工程案例促應用”的教學理念，構建了“一心兩翼三環節”的計算機輔助設計能力培養新模式，讓學生在學習的過程中，感受到機械機構的巧妙與外在藝術美，認識到機械機構創新對提升機械工業核心競爭力的重要性，鍛煉學生的機械結構創新和工程化應用思維，培養“適合社會需求、具有較強邏輯思維能力，可以解決機械工程中實際工程問題”的創新應用型人才。

2.2課程與教學改革要解決的重點問題

一是如何將理論與實踐緊密相結合、思政與課程內容相融合，實現知識、能力和素質的有機融合；二是如何以學生為中心，由教知識轉向教方法，由填鴨式教學轉變為學生自主學習，注重學生自主學習能力的培養；三是創新實驗教學，將傳統的章節學習，轉變為更能激發學生興趣的項目式案例教學，進一步激發學生自主探究和創新意識；四是如何優化課程的評價方式，逐步加重能力和素質在考核中的比重。

2.3混合式教學設計

針對我校學情，課程基于新工科OBE工程教育理念，以學生為中心，將計算機輔助設計與制造課程內容模塊化和教學效果目標化，通過可視化的圖形，激發學生的學習興趣。探索實現基于全周期評價體系下，融合“線上+線下+賽訓”的教學新模式，課中融入我國古典機械實例思政元素及工業藝術美，領略華夏文明和提升民族自豪感，強化師生課堂互動環節，提升學生的課堂參與度，課后知識的全面鞏固與工程化應用驅動課程學習動力，提升學生在掌握扎實的理論基礎上開展工程化應用設計的能力；提升學生學習過程的體驗感、參與度，注重課堂的高階性、創新性、挑戰度顯著增強，推動課程作為機械課程體系的基礎性作用，為學生學習其他專業基礎課打下良好的專業基礎。

2.4課程內容與資源建設及應用情況

本課程現有課程教學大綱、授課計劃、教學課件、模型庫、案例庫、網上金課等教學資源，并正常投入教學使用。另外本課程也建立了“一心兩翼三環節”的教學體系，在試驗開展階段，學生學習的積極性和課堂參與度都有了較大的提升，學生的探索精神和專業成就感不斷被激發。另外，學院還有機械專業機房，安裝了相應的教學軟件，可以很好地滿足本課程教學任務的開展。

2.5教學方法改革

課程構建“一心兩翼三環節”教學體系。針對上面要解決的重點問題，圍繞課程目標，構建了“一心兩翼三環節”教學體系（見圖2）。以學生為中心的教學理念，創新課程教學中項目式實踐環節及考核方式，學習方式由以前的被動式學習逐漸轉變為自主式學習，課堂由填鴨式變啟發式，由教師主講變學生主導，不斷激發學生學習積極性和主觀能動性，以此提高學生的軟件操作能力、計算機設計能力、邏輯分析能力和解決實際工程實踐能力。

2.6課程教學內容及組織實施

本課程教學學時共64學時，是一門實踐課程極強的課程，需要學生較強的邏輯思維能力、讀圖識圖能力、空間想象能力以及創新藝術美感和熟練操作計算機軟件的能力。針對教學內容，通過構思提煉，最終確定兩種模式，即：

一是建立“任務驅動式”的教學方法。為了培養學生的計算機輔助設計能力，根據本課程目標要求，圍繞教學內容，開展了“任務驅動式”的教學方法。以實際的工程問題為導向引入教學內容，激發學生的學習興趣和潛能；以探討問題解決的方法，培養學生分析問題的能力；以解決實際問題的方法設計、分析和討論，訓練學生進行建模設計的能力；以項目式驅動開展小組建模，訓練學生解決實際問題的能力和團隊協作精神。如以全國3D大賽、機械創新設計大賽、全國大學生先進成果及信息建模大賽、教師的科研項目等多元化任務驅動開展創新實踐，培養學生解決實際問題的能力與創新實踐能力。

二是創新改進教學環節。從課前、課中和課后優化課堂生態教學環節，旨在培養學生自主學習、協作精神、獨立思考、推陳出新的創新能力。課前，通過掃碼在線預習項目式微課、案例等學習視頻，使學生帶著問題進課堂；課中，針對學生的課前預習情況，發揮參與式、討論式、啟發式等教學方法，對重難點知識進行深入講解和剖析和示范操作；課后，拓展課中內容，布置相應的工程實例，激發學生的主觀能動性。課前、課中、課后各環節均“以學生為中心”，讓學生在不斷思考、操作、質疑、探討中掌握知識與技能。

2.7課程成績評定方式

開展以能力為導向的多元評價方式，突出對學生學習能力、思維能力和創新能力的考核，建立了多元化的考核評價體系。具體考核形式為：考勤5%+線上微課學習10%+小組研討及成果分享5%+課堂實操訓練10%+上機作業成績20%+期末課程設計（非標大作業）50%。預習測試主要考核預習視頻查看情況和預習中重難點分析完成情況；小組研討及成果分享由小組長或小組成員匯報討論結果與成果分享，老師和學生給出綜合評分；平時作業主要是作業上交及完成情況；期末課程設計（非標大作業）成績主要是課程設計中三維建模、二維工程圖以及課程設計說明書三部分構成最終的期末成績，通過多元化的考核體系，積極發揮考核的導向和激勵功能作用。

3結論

通過課程的線上線下混合教學模式的開展，不僅調動了學生自主學習的積極性，還在課中環節，即課堂參與度和活躍度均有較大提升；課后學生討論及提問次數明顯增加。學校及學院督導、同行聽課和學生評價都較好，學生對課程的參與度、滿意度有明顯的提高，思政內容的融入也獲得充分的肯定；另外，本課程的教學模式已經被同行老師在機械制圖、機械原理和機械運動學與動力學等課程借鑒實施。

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