《产品建模与仿真》课程建设研究与实践

黄小龙 高宏

摘要：为了促进学生的学习，培养学生的工程实践和创新能力，通过分析《产品建模与仿真》课程的教学现状，对课程的实验素材、教学案例、作业题库、学习参考资料等教学资源进行了建设，并在课堂教学中引入了任务驱动教学法。实践证明，该方面工作的开展可以改善课程的教学效果。

关键词：《产品建模与仿真》；课程建设；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）34-0135-02

一、引言

《产品建模与仿真》课程是我校机械设计制造及自动化专业的专业选修课，主要介绍了产品建模的基本理論和方法以及产品建模与仿真平台的应用等内容。通过本课程的学习及相关的上机实验，学生可掌握产品建模的基本理论和方法，能够利用典型的产品建模与仿真平台或数字化设计系统来建立产品的虚拟模型，能够利用虚拟模型代替实物模型进行仿真分析[1]。

二、现状分析

《产品建模与仿真》课程与一些高校的《三维软件设计》课程相似，但在其讲解典型的产品建模与仿真平台或数字化设计系统（如Cero）的过程中，其更为强调产品的设计及建模，注重提高学生的工程实践能力。通过多年的教学发现，目前现行的教材中存在着一些问题，其内容编排多以软件说明为主线，系统解决工程问题的思想较弱；以命令操作为核心，与实际工程问题的联系不够密切；教学资源缺乏，如缺少作业题库、实验素材过于单一、与工程教育认证相关要求有一定的差距。对于一门强调提高工程实践能力为主的课程（我校该课程安排了32学时，其中8学时上机）来说，教学资源的缺乏直接导致学生在面临具体工程问题的分析和求解时，不知所措，不会灵活运用所学内容，理论与实际脱轨，因此有必要对该课程的教学资源进行建设，包括实验素材、教学案例、作业题库、学习参考资料、教学大纲、授课计划等。通过建设《产品建模与仿真》课程教学资源，修订教学大纲、优化实验素材、编写习题集、拓展学习参考资料等，使学生主动且有目的性地参与课程的学习及其实践环节，提高自主学习的积极性。

三、建设内容及实施

1.优化实验素材，扩大选题范围。将学生科技活动主题引入上机实验素材库，既扩大了选题范围，丰富了课程实践教学的内容，增加了课程实践教学的实用性和针对性，又激发了学生参与课程实践教学的兴趣和热情，吸引了更多的学生积极投身于科技活动中。如将2016年、2018年全国大学生机械创新设计大赛的主题“服务社会——高效、便利、个性化”、“关注民生、美好家园”等编入课程的上机实验任务中。学生可以自主选择相应的设计任务，如钱币的分类、清点、整理机械装置设计，不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置设计，商品载运及助力机械装置设计以及小型停车机械装置设计，辅助人工采摘水果的小型机械装置或工具的设计，等等。这样学生可以应用已学过的《机械原理》、《机械设计》等课程内容，并结合正在学习的《产品建模与仿真》课程完成课外科技活动作品的创作。在2017年12月，共有60名学生的14项作品参加了北京信息科技大学机械创新设计大赛。

2.精选教学案例，编写习题集。将教师工作过程中完成的具体机械结构转化为课堂教学案例[1]或课程作业题库，让学生直接认识课堂讲授知识点能够实现和解决工程中的具体问题。如在课堂选用齿轮、轴、平键、带轮、轴承、箱体、箱盖等零件作为教学案例，讲解零件的建模以及装配等，这样学生可以更加直观地了解零件的具体结构以及各个参数的具体意义，从而可以巩固《机械设计》等课程的学习内容，对《机械设计课程设计》也有很大的帮助。笔者发现，近年已有不少学生在应用《产品建模与仿真》课程的学习内容来完成《机械设计》课程的实验报告以及《机械设计课程设计》的设计任务。同时，为了提高学生的产品设计与工程实践能力，有意识地将机械产品的典型零件编入《产品建模与仿真》课程的习题集以及上机指导书中。

3.引入任务驱动教学法。任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法，任务驱动教学法的核心工作是根据教学内容设计任务。该方法是以教学任务为主线，选取一个典型的项目作为总任务贯穿教学的始终，按知识点将总任务分解为若干个具体子任务，把课程教学的主要内容融入总任务的各个阶段，使教材中各章节的零散知识有机地联系在一起，有利于帮助学生构建完整的知识体系[2]。笔者在教学过程中选取齿轮油泵、虎口钳等作为项目的总任务，根据教学内容编制好任务书，学生需以小组为单位完成设计任务。在讲解教学内容的知识点后，讲解其在项目中的应用。学生完成任务后，需提交任务报告书并利用PPT进行项目展示，教师进行点评。任务驱动教学法改变了以往“教师讲，学生听”的被动教学模式，使学生做到了“学中用，用中学，以用促学”。

4.汇编课程学习参考资料。收集与编写了课程学习参考资料，便于学生在实例练习过程中学习课程讲授的知识点。编写的课程学习参考资料如下表所示。

5.修订教学大纲与授课计划。修订了教学大纲与授课计划，使其与工程教育认证要求相符合。制定了《产品建模与仿真》课程毕业要求达成度分析表以及课程达成度评价表。如在课程毕业要求达成度分析表中对课程的试卷、考试成绩及分布（卷面成绩、总评成绩）进行分析，并从指标点、课程权重目标值、指标点相关试题的总分、该指标点相关试题的平均分、课程权重评价值、评价结果等方面对课程的达成度进行了分析。在课程达成度评价表中对课程支撑的毕业要求指标点、课程目标、达成途径、评价依据、评价方式、评价结果以及课程的持续改进方法等进行了分析与评价。

四、建设效果

通过建设课程的教学资源，使学生易于自主学习，丰富了课程实践教学内容，加强了学生对理论知识的理解，训练了学生进行科学实践和独立工作的能力，培养了学生获取知识的能力，激发了学生参与课程自主学习及实践的兴趣和热情，吸引了更多的学生来选修本课程并积极投身于科技活动。作为一门专业选修课，近两年学生的选课率均达到了85%以上，课程成果中先后有7项学生作品获得了北京市以及全国机械创新设计大赛奖项。

五、结论

通过积极建设《产品建模与仿真》课程的教学资源，修订教学大纲与授课计划，优化实验素材，建立习题集，拓展学习参考资料，在课堂教学中引入任务驱动教学法，促进了学生的学习，培养了学生的工程实践和创新能力，课程教学效果得到了改善。

参考文献：

[1]高宏.将工程实践转化为教学案例提升《产品建模与仿真》课程教学效果[J].教育教学论坛，2015，（18）：138-139.

[2]刘相权.“机械设计基础”课程任务驱动式教学改革研究[J].中国电力教育，2014，（11）：120-121.