应用型本科院校计算机辅助设计与制造课程教学创新改革与实践

赵群喜 李学志 孙超 王志强

摘要：为适应我国普通本科高校不断向应用型本科院校的加速转型，与之相对应的实践类课程的教学要求也愈加趋向于工程应用实践能力。计算机辅助设计与制造课程基于软件SOLIDWORKS进行案例式的课程教学创新改革，进一步提高了学生对零件建模等知识模块在实际工程应用的认知和理解，不仅培养了机械类学生的工程协作意识和机械创新设计思维，也为其他类似软件实践类课程的案例式教学创新改革提供了思路和参考。

关键词：工程应用；教学改革；创新思维；实践能力

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.11.087

根据教育部印发的《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》中淘汰“水课”、打造“金课”教育理念指导下，在国家创新驱动发展和本科教育“四个回归”的大背景下，人才培养要坚持以本为本，落实“三全育人”总体要求。计算机辅助设计与制造课程作为省级一流专业机械设计制造及其自动化专业的一门重要的校级一流课程，我们在课程教学实践中积极探索，逐步形成了以“OBE理念”为抓手，采用了“以赛促教、以赛促学、赛教融合”的创新教学模式。

1课程改革基础

新疆理工学院是以理工科为主，经、管、文、法多学科协调发展，服务“一带一路”倡议，促进区域经济社会发展的应用型高等院校。机械设计制造及其自动化专业是自治区一流建设专业，计算机辅助设计与制造课程又是机械专业的专业核心课，依据本校办学定位和专业人才培养要求，立足课程具有实践性强、应用范围广等特点。过本课程的学习，学生应达到如下目标：

（1）知识目标：了解CAD与CAM的基本原理、基本方法及在工程问题中的初步应用。

（2）能力目标：掌握计算机辅助工程分析的典型软件SolidWorks的基本操作技能；通过学习SolidWorks的绘图方法，具备解决相关实际工程问题的能力。

（3）素质目标：结合项目式实际工程案例，培养学生大国工匠精神、科学精神、职业道德、有社会责任感的创新人才。

计算机辅助设计与制造课程安排在机械制图的下一学期，在机械原理课程的上学期。机械原理、机械设计等课程的知识讲解主要是常用机构的工作原理、结构特点、设计原理等。虽然诸多课程的现代教学手段有多媒体、模型、动画演示等，但许多学生反映知识还是比较难学且不易理解，对于大部分应用型本科院校的学生而言，看动画演示和模型，不如亲自动手设计制作。该课程的主要内容是实体零件建模、装配体建模、工程图建立三大模块，将机械的理论知识与软件建模结合起来。通过三维软件的建模运动仿真，学生能更好地运用到后期所学的机械类其他知识中去，不但激发了学生的创新设计思维，还进一步提高了学生的三维建模设计能力。

2课程建设及应用情况

2.1课程的建设发展历程

计算机辅助设计与制造课程是机械类专业的专业核心课程，在2013年机械设计制造及其自动化专业建设之初就开设的课程，课程总学时为64学时，建设了机械专业机房，设备有55台。近年来，我们紧跟机械行业发展步伐，根据学校办学定位及人才培养方案的调整，课程教学大纲进行了三次系统调整，对计算机辅助设计与制造课程进行了持续改革和建设，形成了“以学生为中心，项目式实际工程案例促应用”的教学理念，构建了“一心两翼三环节”的计算机辅助设计能力培养新模式，让学生在学习的过程中，感受到机械机构的巧妙与外在艺术美，认识到机械机构创新对提升机械工业核心竞争力的重要性，锻炼学生的机械结构创新和工程化应用思维，培养“适合社会需求、具有较强逻辑思维能力，可以解决机械工程中实际工程问题”的创新应用型人才。

2.2课程与教学改革要解决的重点问题

一是如何将理论与实践紧密相结合、思政与课程内容相融合，实现知识、能力和素质的有机融合；二是如何以学生为中心，由教知识转向教方法，由填鸭式教学转变为学生自主学习，注重学生自主学习能力的培养；三是创新实验教学，将传统的章节学习，转变为更能激发学生兴趣的项目式案例教学，进一步激发学生自主探究和创新意识；四是如何优化课程的评价方式，逐步加重能力和素质在考核中的比重。

2.3混合式教学设计

针对我校学情，课程基于新工科OBE工程教育理念，以学生为中心，将计算机辅助设计与制造课程内容模块化和教学效果目标化，通过可视化的图形，激发学生的学习兴趣。探索实现基于全周期评价体系下，融合“线上+线下+赛训”的教学新模式，课中融入我国古典机械实例思政元素及工业艺术美，领略华夏文明和提升民族自豪感，强化师生课堂互动环节，提升学生的课堂参与度，课后知识的全面巩固与工程化应用驱动课程学习动力，提升学生在掌握扎实的理论基础上开展工程化应用设计的能力；提升学生学习过程的体验感、参与度，注重课堂的高阶性、创新性、挑战度显著增强，推动课程作为机械课程体系的基础性作用，为学生学习其他专业基础课打下良好的专业基础。

2.4课程内容与资源建设及应用情况

本课程现有课程教学大纲、授课计划、教学课件、模型库、案例库、网上金课等教学资源，并正常投入教学使用。另外本课程也建立了“一心两翼三环节”的教学体系，在试验开展阶段，学生学习的积极性和课堂参与度都有了较大的提升，学生的探索精神和专业成就感不断被激发。另外，学院还有机械专业机房，安装了相应的教学软件，可以很好地满足本课程教学任务的开展。

2.5教学方法改革

课程构建“一心两翼三环节”教学体系。针对上面要解决的重点问题，围绕课程目标，构建了“一心两翼三环节”教学体系（见图2）。以学生为中心的教学理念，创新课程教学中项目式实践环节及考核方式，学习方式由以前的被动式学习逐渐转变为自主式学习，课堂由填鸭式变启发式，由教师主讲变学生主导，不断激发学生学习积极性和主观能动性，以此提高学生的软件操作能力、计算机设计能力、逻辑分析能力和解决实际工程实践能力。

2.6课程教学内容及组织实施

本课程教学学时共64学时，是一门实践课程极强的课程，需要学生较强的逻辑思维能力、读图识图能力、空间想象能力以及创新艺术美感和熟练操作计算机软件的能力。针对教学内容，通过构思提炼，最终确定两种模式，即：

一是建立“任务驱动式”的教学方法。为了培养学生的计算机辅助设计能力，根据本课程目标要求，围绕教学内容，开展了“任务驱动式”的教学方法。以实际的工程问题为导向引入教学内容，激发学生的学习兴趣和潜能；以探讨问题解决的方法，培养学生分析问题的能力；以解决实际问题的方法设计、分析和讨论，训练学生进行建模设计的能力；以项目式驱动开展小组建模，训练学生解决实际问题的能力和团队协作精神。如以全国3D大赛、机械创新设计大赛、全国大学生先进成果及信息建模大赛、教师的科研项目等多元化任务驱动开展创新实践，培养学生解决实际问题的能力与创新实践能力。

二是创新改进教学环节。从课前、课中和课后优化课堂生态教学环节，旨在培养学生自主学习、协作精神、独立思考、推陈出新的创新能力。课前，通过扫码在线预习项目式微课、案例等学习视频，使学生带着问题进课堂；课中，针对学生的课前预习情况，发挥参与式、讨论式、启发式等教学方法，对重难点知识进行深入讲解和剖析和示范操作；课后，拓展课中内容，布置相应的工程实例，激发学生的主观能动性。课前、课中、课后各环节均“以学生为中心”，让学生在不断思考、操作、质疑、探讨中掌握知识与技能。

2.7课程成绩评定方式

开展以能力为导向的多元评价方式，突出对学生学习能力、思维能力和创新能力的考核，建立了多元化的考核评价体系。具体考核形式为：考勤5%+线上微课学习10%+小组研讨及成果分享5%+课堂实操训练10%+上机作业成绩20%+期末课程设计（非标大作业）50%。预习测试主要考核预习视频查看情况和预习中重难点分析完成情况；小组研讨及成果分享由小组长或小组成员汇报讨论结果与成果分享，老师和学生给出综合评分；平时作业主要是作业上交及完成情况；期末课程设计（非标大作业）成绩主要是课程设计中三维建模、二维工程图以及课程设计说明书三部分构成最终的期末成绩，通过多元化的考核体系，积极发挥考核的导向和激励功能作用。

3结论

通过课程的线上线下混合教学模式的开展，不仅调动了学生自主学习的积极性，还在课中环节，即课堂参与度和活跃度均有较大提升；课后学生讨论及提问次数明显增加。学校及学院督导、同行听课和学生评价都较好，学生对课程的参与度、满意度有明显的提高，思政内容的融入也获得充分的肯定；另外，本课程的教学模式已经被同行老师在机械制图、机械原理和机械运动学与动力学等课程借鉴实施。

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