面向创新人才培养的数字化设计课程建设

丁淑辉　钟佩思　王明燕

[摘 要]数字化设计是机械类相关专业的一门重要实践课程，担负着培养学生三维建模能力的重要任务。应该以实践创新作为课程导向，进行一系列课程建设，通过变革考核制度、积极进行教材建设等措施，重点培养学生的科技创新能力。经过多年的建设，在教学理论、教材建设、课程考核模式、学生科技竞赛等方面取得了丰硕成果。

[关键词]创新人才培养 数字化设计 课程建设 教材建设

[中图分类号] G642.3[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0146-03

数字化设计是机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业以及材料成型与控制工程专业必修的专业课之一，是机械类专业重要的实践课程，重点培养学生的三维数字化建模能力，担负着培养学生设计理论向模型转化，实践动手建立设计模型的重要任务。长期以来，机械类专业数字化设计课程一直沿用纯理论教学方式，致使学生理论与实践脱节，不利于培养学生动手能力，学生科技创新意识差，由此造成学生不能熟练完成课程与毕业设计后期建模任务，毕业后难以适应工作需要等一系列问题。

一、课程体系建设

为解决以上问题，结合创新人才培养机制[1] [2]，本课题组进行了面向创新人才培养的数字化设计课程体系建设。

（一）以实践创新作为课程导向，重点培养学生科技创新能力

以理论教学为基础，以实践教学为主要课程内容，始终以实践创新作为课程导向，在完成课程基本授课内容基础上，重点培养学生科技创新能力。以课堂教学为中心，利用“第一课堂”锻炼学生实践意识;以课外科技活动为辅助，结合“第二课堂”培养学生科技创新意识;以校外工程实践为辅助，用好“第三课堂”挖掘学生科技创新潜力。

理论与实践相结合，解决本科教学过程中长期重理论轻实践的缺陷。[3]长期以来，本科教学尤其是研究型大学教学过程中，都是重点进行理论阐述，而忽视实践知识的重要性。由此导致毕业生虽然具有较强的理论能力，但进入企业后尤其是刚踏上工作岗位时，难以适应企业工作的需要。尤其是工科机械类学生，虽然对设计与建模的理论有很深的理解，但对工作过程中使用的设计软件与方法却掌握不熟练甚至一窍不通，动手能力差，难以胜任工作岗位。新的数字化设计课程教学体系在讲述建模理论的同时，重点阐述使用软件建模的方法，上机实验过程中引导学生进行重点练习，课外作业中结合学生的科技创新进行自主创造活动，以期学生及早适应社会要求。

积极组织第二课堂，在课外活动中锻炼学生创新思维、创新精神和实践能力。引导学生建立课外科技创新小组，指导学生申请国家专利，参加“挑战杯”、“高教杯”等学生竞赛活动，参与课题组教师的科研项目与课题申报活动，运用课堂所学知识做一些辅助性建模活动，为日后学生的自主科技活动奠定基础。

（二）改革学生考核机制，引入创新学分，引导学生科技风气

在学生管理和考核机制方面，联合校院两级团委组织，进行学生管理模式改革。给予学生创造宽松的科技创新环境，把学生科技创新纳入共青团和学生工作的重点内容来抓。

鼓励学生参加课外科技活动，申请国家专利，撰写学术论文，以创新能力培养为导向进行课堂教学，并把学生科技成果纳入课程考核中来，激发学生科技创新的自发性和主动性。在课堂教学组织过程中，以课程内容为主线，结合上机实验、课程作业等课程内容引导学生进行创新性课题研究，锻炼学生科技创新能力，强化学生创新意识。

（三）积极进行教材建设

积极进行教材、教学论文等相关建设，努力提高教职工素质与课程教学环境。结合学生科技创新方法与人才培养新模式，撰写教育教学改革论文;结合课程教学内容，撰写适于我校使用的相关教材与参考书;为机械相关专业量体制作电子教案;加强综合性、设计性、研究探索性实验建设，提高学生动手能力，加强学生主动性，进一步启发学生思维，培养学生科技创新性。

二、课程建设成果

通过以上课程体系建设，本课题组在教材及参考书建设、课件建设、实验与课程考核模式、指导学生科技竞赛等方面，取得了丰硕的成果。

（一）教材、参考书与课件建设

撰写了4部教材并由清华大学出版社出版。结合本课程不同时期应用不同软件版本的特点，课题组分别撰写了相应的教材，用于培养学生基本的建模能力，训练学生基本科技创新能力。

撰写了课外参考书2部，由清华大学出版社出版。结合曲面建模、高级实体建模、仿真与动画等高级建模内容，本课题组撰写参考书作为课堂讲授内容的延伸，主要用作学生课外练习与能力提高，用于培养学生构建复杂产品结构的能力，训练学生具有较强的科技创新能力，以期达到一个较高的科技水平。

编写课程电子教案并由清华大学出版社出版。结合理论研究成果与教材建设，本课题组为本校机械类专业量体制作了数字化设计教学课件，包含了课程数字化建模方法基本原理与内容，图文并茂，经过多年使用与历练，深得学生喜爱。

（二）实验与考核方式建设

联合校院两级团委，改变学生管理模式，增加学生科技创新动力，以综合性、设计性、研究探索性实验为课程实践考核的主要内容。针对数字化设计课程偏重实践的特点，课题组对本课程的实验、作业与考核方式等方面进行了创新性建设。本课程理论讲授与上机实验内容对半，采用了授课与上机交叉的方式，授课完成后紧跟上机实验，使学生便于快速掌握课堂讲授内容;上机实验中，根据科技创新的需要，授课教师安排相关实验内容，用于提高学生创新能力;结合科技活动中普遍使用，但教学大纲中没有规定的动画、仿真等内容，采用课堂介绍、课下布置作业、督促学生自学并上机完成的方式，提高学生自学与自主创新的能力;课程结束后布置大作业，让学生结合已学机械原理等知识，同时自学机械设计等相关课程，利用数字化设计课程的基本建模知识完成减速箱设计，锻炼了学生的动手能力，同时也是学生第一次自主进行科技创新活动;课程考试抛开传统模式，重点考查学生建模理论、建模方法与建模技巧，形成了以理论为基础，以实践、实用为基本要求的课程考核模式。

（三）科技竞赛

学生在数字化设计开课的学期年内，参加“三维数字化创新设计大赛”、“机电产品创新设计大赛”、“高教杯”等科技活动的比例大大增加。机械专业学生从2009年到2011年三年的时间内，获得国家级奖励5项、省部级奖励27项，获奖人数120人，参与人数达400余人，占总人数的三分之一。课题组指导教师4人次获校学生科技创新优秀指导教师称号。

三、课程建设创新点

（一）改变传统理论教学为主导的模式，将课程变为以理论为基础，以实践为主要内容的实践类课程，为培养学生科技创新能力提供必要的前提条件

结合教育部“卓越工程师教育培养计划”[4] [5] ，从适应经济社会发展，提升学生工程实践能力，培养学生科技创新意识出发，遵循由浅入深、逐步引导、循序渐进的规律讲授课程，加强我校“应用基础型高校”培养目标中的应用教育;根据课程实践的需要，采用“实例引入→知识点解析→例题讲解→作业巩固→引导创新”的原则组织编写课程教材;遵循“基础应用、服务实践”的原则，有重点讲解机械行业实践所需要的基础内容，并结合具体的工程实际问题来讲解，注重培养学生实践经验和创新意识。

（二）改变传统实验模式，充分利用课堂内外一切机会，激发学生科技创造的自发性和主动性

将以往以例题、练习题为主的验证型实验模式，变为以提供参数，让学生自主设计的综合性、设计性、研究探索性实验为主导，激发以课堂教学为中心锻炼学生实践意识;以课外科技活动为辅助培养学生科技创新意识;以校外工程实践为辅助挖掘学生科技创新潜力。同时，结合团委等学生科技创新管理部门，创造宽松的科技创新环境，改变“保姆式”教育管理模式，给学生提供发挥创造力的环境。

四、结束语

经过面向创新人才培养的数字化设计课程建设，课程授课质量显著提高，训练了学生的开拓性思维，其科技创新能力得到较大发展。结合学生科技创新活动进行课程建设，以实践、实用为导向的学习，使得学生在学习过程中更具有主动性、积极性和能动性，课堂气氛活跃，授课效果良好。同时，课题组在学生科技活动与竞赛、学生申请国家专利、学生就业率与就业质量的提高、学生课程教学与课程设计质量提高、教材与电子教案出版和推广等方面取得了丰硕成果，达到了课程建设的效果。

[ 注 释 ]

[1] 李明.依托校企联合实验室的PBL创新人才培养机制初探[J].实验室研究与探索，2012（8）：269-273.

[2] 吴爱华，侯永峰，陈精锋等.深入实施“拔尖计划”探索拔尖创新人才培养机制[J].中国大学教学，2014（3）：4-8.

[3] 王卫伟.培养学生基础类课程实践能力的教学改革探讨——以《材料测试技术及方法》为例[J].教育教学论坛，2014（18）：30-31.

[4] 张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59.

[5] 林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011（2）：47-55.

[责任编辑：钟 岚]

[收稿时间]2014-12-28

[基金项目]山东科技大学特色名校建设项目“基于应用型创新人才培养的三维设计教学方法研究”、“Creo教材建设”。

[作者简介]丁淑辉（1977-），男，山东青州人，硕士，副教授，研究方向：CAD / CAM;钟佩思（1966-），男，山东莱阳人，博士，教授，研究方向：并行工程、智能制造;王明燕（1979-），女，山东泰安人，硕士，讲师，研究方向：噪声与振动。