CAD制图在激光切雕项目驱动式教学中的应用探索——以贵州理工学院工程训练中心基础工程训练课程为例

曲鹏举，赵小英

(贵州理工学院工程训练中心，贵州 贵阳 550003)

0 引言

随着新工科概念明确指出，高等工程教育改革发展已经站在新的历史起点，基础工程训练是高等学校工程教育的重要组成部分，是当代大学生了解工程、认知工程的重要途径，传统的基础工程训练被动填鸭式的教学方式不能培养学生的创新意识，不能发挥学生的主体优势。

课程使用的是华工激光公司生产的四台LCC80型激光切雕设备，该设备可以切割木板、亚克力板、KT板等各种板材，应用的切雕软件是Power Cut，通过数控系统的程序控制，可以进行各种复杂的平面图形加工，是一套功能齐全、控制灵活的多用途激光切割雕刻机。

1 传统激光切雕项目流程

传统的激光切雕教学是被动填鸭式，一般是实训指导教师演示操作，学生根据指导教师的操作流程，被动式模仿指导教师的操作，缺乏创新意识，缺乏参与感，传统的激光切雕教学的环节有以下几个步骤：

(1)激光基础知识讲解。通常是在课程开始，指导教师讲解激光加工的原理，激光的产生过程、激光的特点、激光在工业中的应用，如激光切雕、激光打标、激光切割焊接、激光内雕、激光打孔等，激光切雕机的组成部分以及传动原理以及激光加工过程中的注意事项等，使学生对理论知识层面有足够的储备。

(2)现场设备认知。指导教师在现场对激光切雕机各个部分进行讲解，此过程中，着重围绕各个部分的作用、激光在切雕机中的传递路径、加工部件冷却方式等相关的知识，特别是强调加工过程中安全操作的重要性，使学生对激光切雕课程有更直观的认识。

(3)教师现场演示教学。指导教师使用不同的材料在不同的切雕速度和切雕能量情况下，使同学们了解不同的材料性质，如硬度、熔点、厚度，应该选取不同的切割参数，如硬度高、厚度大的材料应该选取切雕能量高、速度慢的加工方式，使学生在课外开放创新实验中能够根据材料自主进行操作，提高了创新能力。

(4)学生切割操作。现场给学生发放切割材料，材料可以有竹简、木板、亚克力板等，学生根据自己的爱好选择不同的材料加工不同的作品。

传统激光切雕项目流程如图1所示。

图1 传统激光切雕项目流程

这种被动填鸭教学方式教学，学生在上课过程中虽然学会了激光加工方面的基础知识与激光切雕机的操作，但是激光切雕机在大学生创新创业项目和很多比赛中没有得到充分的应用。同时学生学习的兴趣很难保证，学习效果大打折扣，不能发挥学生的主观能动性，不利于学生创新能力的培养。

2 CAD制图在项目驱动式激光切雕课程教学中的应用

项目驱动式教学是采取一种实时探究式的教学方法[1]，教师指导学生在追求项目成果的过程中，让学生通过项目的完成达到对知识和技能的掌握[2]。而将CAD制图融入激光切雕项目中是由被动填鸭式教学向学生主动参与、主动设计的转变，使学生体会到了设计与制作相结合的乐趣，从图纸到实物的神奇过程[3-4]。在传统的环节一和环节二之间加入了小组分组环节、课堂讨论环节、绘图任务分工环节作为环节二、三、四，其他的环节依次往后排序，在传统的第四环节后加入了评比与考核环节作为环节八，CAD制图在激光切雕项目中的流程如图2所示。

图2 CAD制图在激光切雕项目中的流程

具体过程是：

(1)小组分组。只有相对合理的分组才能保证考核结果的可靠性与公平性，能够提高学生参与的积极性。考虑到学生CAD制图能力有一定的差距[5]，指导教师提前找班长、学委以及其他同学了解班级成绩具体情况，以便将班级里学生学习大致情况提前摸底，做到心中有数。由于男女同学在审美能力、模型拼装、动手能力、细心程度、耐心程度方面有比较大的差异，分组时尽量保证每组男女学生均衡，由于实验探索的贵州理工学院男女比例悬殊过大，故保证每个小组4～5名学生中有1名女同学，这样根据成绩与男女比例分组，分组之后由每组同学自己推选组长或教师指定组长，实现各个小组之间学习情况、动手能力、绘图能力的相对均衡。

(2)课堂讨论。合适的设计主题才能保证授课的完整度，以及学生的参与度：难度过高，学生到下课都不能完成图形的设计，将大大打击学生的积极性；难度过低，太容易完成，不能体现出小组合作的重要性，不能提高学生分工协作与团队协作的能力，所以选取难度适中的主体对本次探索有重要意义。教师需要根据实习时间、绘图能力、专业知识、难易程度、学习目标五个方面制定选择范围，本次实验中指导教师规定了主题范围[6-7]，如交通工具，学生根据本小组的实际情况，小组内讨论后确定主题，如汽车。指导教师在学生确定主题后，与学生讨论选定主题的完成难度以及主体组成部分，确保学生选题能够在规定的时间内完成。

(3)绘图任务分工。合理的分工能够保证任务进度的按时完成，能够有效提高项目小组成员的主人翁意识。项目主题确定后，小组内开会进行讨论分工，将各个部分的图纸绘制过程，将项目进行分解，根据其难度及工作量，分成若干个部分，组长统筹各个同学绘图能力、动手能力的不同，将难度不同的任务分解到各个小组成员。在这个过程中，很容易出现意见分歧，教师以督导的身份进行组内协调，确保小组的正常运作。每个同学接到相应的任务以后，开始进行图纸的绘制，这个过程中遇到困难可以小组内解决，也可以寻求指导教师的指导。

3 评比与考核

项目考核的公正合理性直接决定了项目探索的效果以及后续学生参加该类项目的积极性。传统的考核方式以教师为主体，直接根据指导教师的感官进行评价考核，教师个人的喜好以及认知都对考核结果有客观的影响，不能最大程度体现考核结果的公平公正。同时为了杜绝小组作业中出工不出力现象的发生，整个考核环节充分考虑差异性以及共通性，考核的依据是模型的拼装完成度、图纸的绘制完整度、作品的创新点(包括图纸和理念)三个部分，采用教师考核打分占比40% + 各个小组组长打分平均分占比40%+个人差异性评分20%的方式进行考核，避免大锅饭方式的打分结果，同时激励小组成员为了小组得到更好的成绩一起努力。

评比的步骤是每个小组组长或者抽一名成员介绍作品的主题以及小组成员每个人的分工，之后由指导教师从设计难度、拼装过程、整体效果进行总体评价，指出作品的长处以及有待提高的地方，接下来由每个小组组长简要点评打分，使学生充分体验整个设计过程，为以后参加工作打下一定的基础。这样学生不仅在基础知识、绘图方面的能力得到提高，同时提高了自身的认知水平，从而使自身的能力得到综合的提高。

4 结语

传统的基础工程训练激光切雕项目，学生以模仿老师操作过程为主，学生接收知识的方式主要是被动填鸭式，缺乏自主创新意识，在新工科、中国制造2025的背景下，传统激光切雕授课方式很难跟上时代的步伐。

随着初中生毕业教育分流等政策的实施，应用型大学本科的人才定位愈发清晰，在基础工程训练项目中，以学生为主体，以项目为驱动载体，以团队协作代替个人的组织形式，以人才培养大纲为指导方向，实现了项目驱动、学生为主、创新综合考核的课堂运作模式，激发了学生认知层面、创新层面、综合素质层面整体的提高。