以学科竞赛为导向的三维设计课程教学改革探索

刘智强，王 笑

(1.浙江师范大学职业技术教育学院，浙江 金华 321004； 2.浙江师范大学行知学院，浙江 金华 321004)

以学科竞赛为导向的三维设计课程教学改革探索

刘智强1，王 笑2

(1.浙江师范大学职业技术教育学院，浙江 金华 321004； 2.浙江师范大学行知学院，浙江 金华 321004)

本文主要从教学内容、教学实践、教学方法和教学模式四个环节展开探讨，提出了以大学生学科竞赛为导向的三维设计课程实践教学改革新模式，注重培养学生的实践应用能力和创新能力，提高学生提出问题与解决问题的能力。

学科竞赛；三维设计课程；实践教学改革

计算机辅助设计、分析与制造等相关技术在机械、汽车、航天航空、建筑等行业得到了广泛应用，企业也获得了巨大的效益。因此，越来越多的企业开始关注计算机辅助软件，UG、pro/E、SolidWorks等三维设计软件也逐渐成为企业提高工作效率的手段之一，对技术人员的能力也提出了较高的要求。

为满足当下的社会需求，许多高等院校对机械类专业学生都开设了CAD软件课程。我们学院也增加了工程训练软件种类，开设了一系列CAD/CAE/CAM等工程应用软件课程，形成一个系统化的学习。CAD三维设计软件是这一系列软件学习的基础，为增加学习兴趣，提高学生的实践应用能力，也为后续课程打下良好基础，提出了以大学生学科竞赛为导向的三维设计课程实践教学改革新模式。

1 课程教学改革模式

目前，教育部组织开展的机械类学科竞赛主要包括全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生课外科技作品竞赛(“挑战杯”)、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国三维数字化创新设计大赛和全国应用型人才综合技能大赛等，主要考察学生在功能设计、结构创新、加工装配等各环节中的专业综合素质、创新设计能力和工程实践能力。同时，省教育厅、学校、企业等都会开展类似的学科竞赛活动。在这些竞赛中都会大量使用三维设计软件来完成作品的设计制造、仿真实验等环节，以提高效率，增加可靠性与可行性。

针对这一要求，以全国三维数字化创新设计大赛为目标，从教学内容、教学实践、教学方法和教学模式等四方面入手进行改革，注重培养学生的实践应用能力和创新能力，提高提出问题与解决问题的能力。

1.1 教学内容

我校机械类专业学生三维设计课程开设在大二第一学期，学生刚刚完成工程图学课程的学习与实践训练，对零件的组成和构型方式都有一个比较完整的认识，并且具备一定的识图能力和结构分析能力，也了解图纸的二维设计过程。在现阶段开设三维设计课程一方面可以检验学生的制图学习效果，也满足了学生对三维设计软件学习的好奇心和浓厚的兴趣。

为了更好地衔接工程图学课程内容与全国三维数字化创新设计大赛主题，教学过程中筛选了学生熟悉又符合现有水平的几个装配体部件，并制定了相应的要求，完成教学内容的实施，每一项相关教学知识点都设计了具体的教学内容和教学要求，以一级减速器为例，具体教学内容和要求如表1所示。

表1 一级减速器三维设计教学内容与要求Tab.1 Three-dimensional design of teaching content and requirements of first-level reducer

1.2 教学实践

三维设计课程重点在于教学实践的实施，围绕学科竞赛目标，设置实践教学、教学延伸和质量评价3个模块，如图1所示。其中，实践教学以教材中的案例和自定义案例为主，自定义案例一般为机械典型零部件，也可以是生活用品等；教学延伸即以各类学科竞赛应用为依托；质量评价包含阶段性的大作业和竞赛作品。

图1 教学实践环节Fig.1 Teaching practical training

教学实践中的案例符合工程实际，取材广泛，主要来源于教材课本、实验室、实习工厂、生活用品、网络资源等，而这些来源往往成为学科竞赛的选题对象。一般来说，通常会选用具有代表性的典型部件为案例，比如减速器、虎钳、台式钻、柱塞泵等，这些零部件较为常见且便于取材，有利于比较分析，学生掌握普遍较快。通过这些案例的学习，学生对软件常用命令反复操作，达到熟能生巧，同时也能实现一定的创新。在一定阶段学习后要提交大作业，内容可以自由选定，也可以自行设计，鼓励创新。

在实践教学中，以全国机械创新设计大赛、全国大学生“挑战杯”课外学术大赛、全国三维数字化创新设计大赛等学科竞赛为延伸，注重先进性、实用性和创新性，从而保证教学内容的开展。同时，建立了“大作业”、“竞赛作品”等质量评价方式，用以检验教学内容和实践环节的差距，通过大作业的反馈来适时调整教学内容和安排。另外，积极鼓励参加课外第二课堂，比如学分制社团，在了解其他CAD软件功能的同时，对所学软件的应用与优势有一个相对的认识，并能灵活机动的选用。

1.3 教学方法

三维设计课程的教学方法一般采用引导式教学为主，提问为辅。教学中的案例一般来源于大家熟悉的零件产品和生活用品，课堂气氛比较活跃，适合开展讨论和提问，通过提出问题引导学生思考解决问题的方法。比如在讨论比较“扫描特征和放样特征的建模”时，采用了“茶壶”这一生活用品。在建立“壶嘴”的过程中，会抛出问题“壶嘴”的形状特点是什么？大家对这一物体很熟悉，开展讨论可以得出一些结论:1.整个壶嘴是个曲面；2.壶嘴的各处截面形状和大小一般是不同的；3.壶嘴好像有一根类似中心线的曲线，穿过截面中心。通过分析已经基本掌握了壶嘴的结构特征，接着会给出第二个问题“用什么方法来建模？扫描和放样哪种方式更方便？”根据结论2和3及已知条件判断采用“放样特征”比较方便，由此可以进一步引出“放样特征建模方式—中心线放样”的内容。另外，也会鼓励学生通过其他方法来完成，并谈谈感受，比较孰优孰劣，从而可以加深知识点的理解与掌握。

1.4 教学模式

教学中效仿学科竞赛参赛方式，全班分成多个小组，自由组建团队，一般3～4人。团队要完成阶段性的大作业与期末综合性作品，选题不能相同，自由命题，要求学生分工合作、相互交流，完成所有项目作品；作品包含零件的源文件、动画、word文稿以及ppt等内容；最后有实战演练，模仿竞赛答辩，展示学习成果，为参加全国三维设计创新大赛做准备。

2 结语

通过课程教学改革，依托全国三维创新设计大赛等学科竞赛，学生不仅掌握了基本的三维建模知识，也提前了解了部分装备的工作原理，还学会了动画剪辑、外观设计与渲染等课外内容。通过团队式的分工与合作、各种技能的学习与掌握，学生的实践能力和解决问题的能力都得到了有效锻炼，团队意识也有了认识和加强，这些都为后续参与机械创新设计大赛、工程训练大赛等其他赛项提供了夯实的基础。

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Research on teaching reform of three-dimensional design course oriented by subject competition

LIU Zhi-qiang1, WANG Xiao2

(1.School of Vocational and Technical Education, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China;2.Xingzhi College, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China)

This paper mainly discusses the four aspects of teaching content, teaching practice, teaching method and teaching mode, and puts forward a new model of practical teaching reform of the three-dimensional design course, which focuses on cultivating students′ practical application ability and innovation ability, so as to improve students′ ability to ask questions and solve problems.

Subject competition; Three-dimensional design course; Practical teaching reform

2016-08-20

刘智强(1978-)，男，硕士，讲师。

J218.7

B

1674-8646(2016)23-0126-02