案例教學法在三維機械設計軟件教學中的應用

摘要：案例教學法是在理論教學的基礎上通過引導學生對具體的特殊性的實際案例進行討論分析，培養學生獨立思考、解決實際問題能力的一種教學方法。而SolidWorks是美國SolidWorks公司開發的三維機械設計軟件，在教學過程中采用案例教學法能克服傳統教學方法形式呆板、內容抽象、枯燥的缺陷，通過教師精選案例、課堂案例教學實踐、學生案例討論 、學生自選實例演練等環節，使學生在SolidWorks課程學習中不僅牢固地掌握細節特征、零件設計、工程圖和裝配設計等知識點并能在實例中靈活運用，達到了良好的教學效果。

關鍵詞：案例教學法 三維機械設計 學科統整 建模過程

在國內，最流行的CAD軟件莫過于AutoCAD。但在整個CAD工程應用領域，AutoCAD等二維CAD軟件只能被稱作低端應用，而面向汽車和飛機等復雜產品設計應用的CATIA、UG、Pro/ENGINEER等被稱作高端CAD軟件。近年來發展迅猛的SolidWorks、 SolidEdge等被稱為中端CAD軟件。本文介紹的SolidWorks這種中端CAD軟件在功能方面稍遜于高端CAD軟件，但已經完全可以滿足產品設計的所有要求，命令執行過程更為簡單直觀，擁有較高的建模效率， SolidWorks還擁有豐富的第三方軟件支持，可以實現加工、分析、逆向工程等工程應用。因而SolidWorks特別適合中小企業，是中小企業實現產品開發信息化和自動化的最佳途徑。SolidWorks也已經成為機械行業從業人員步入三維CAD的首選。現在很多職業技術學院和職業中學已經開始在機械類的模具專業開設了SolidWorks這門課程。該課程由于直接針對三維實體進行產品設計，因此不僅涉及草圖繪制中的基本理論和基本知識，還要針對工程圖生成和裝配設計等各個環節進行實際演練。案例教學法作為解決理論與實際間落差的利器，SolidWorks課程教學中，具有十分重要的地位。筆者通過對SolidWorks 2001-2006版本的使用和教學的研究，感到要想使案例教學法在SolidWorks教學中取得預期的效果，要做好以下幾個方面的工作。

一 案例的選擇

很多教師對案例教學不以為然或簡單視之，認為案例教學不過是在教學中用點例子、做做練習就行了，殊不知案例若無法將理論與實際的應用充分結合，易造成學生缺乏學習興趣，以義務或敷衍了事之態度學習，不想深入地了解，只是知識積累，無法將所得之知識應用于實際情境中，最后形成學習與生活嚴重脫節的情況。而實際上SolidWorks教學中真正采用案例教學法能將生活情境里所常見的三維實體透過真實的案例的呈現，并設計適當的案例問題，讓學生從自己的角度來建造這一實體，能使學生在學習過程中體驗靈活運用所學知識來解決問題的快樂歷程，并大大提升學生分析問題和解決問題的能力。

那么，案例到底應該如何選擇呢？ 依據教學上的需要，案例應該由教學者根據教學目的與教學要求，按照典型性、真實性、實用價值原則精心撰寫 ；當學習者已經熟悉案例教學法后，也可以讓學習者自行創作。最主要的是要能選擇一個適合教與學的好案例。好的案例必須符合以下幾點特征：

1.為了要引起學習者對案例的興趣與參與，案例的選擇要盡量真實、有趣、可操作性要高。如在基礎特征—拉伸這一章節結束后，我們設計做一個煙灰缸，先由長方形拉伸形成一個長方體，再由拉伸切除、抽殼特征形成一個煙灰缸。

2.案例要能引起學習者的情感與反應，以喚起學習者的自我經驗，引起討論。如講解掃描特征時，可選用機械設計中常見的傳動帶、拉伸彈簧以及茶杯把手等。

3.案例所涉及知識點要貼近教學內容及重點。案例的選擇要考慮到學習者的年齡與學習能力，以利學習者能夠完成。如基礎特征和細節特征剛學完可以讓學生練習做茶杯，接下來做手機蓋、彎管法蘭；比較熟練后學習做渲染，練習學做企鵝、蝴蝶、手表等的模型。

注意在撰寫一個適合教學的案例時，首先要配合課程與教學目標來決定問題，然后收集相關資料，以便著手撰寫案例，將寫好的案例使用于教學中，并經不斷地應用和修改，讓案例更完整。

二 教學前期準備與實施步驟

（一） 師生教學準備

案例教學法對老師和學生而言，是一種新的教學與學習方式，因此在實施之前，老師和學生都需要了解案例教學法的實施程序與各自的角色，并做好各自的準備。

學習者在案例教學中的準備工作有： （1） 學習前熟悉案例相關的知識點；（2） 學習中要參與案例的討論；（3） 學習后要能與同學分享學習的心得。

教學者在案例教學中的準備工作有：（1）教師在實施案例教學法之前，精選案例，并對案例有充分的了解；了解學生的背景與學習狀況，以便在進行教學時能對不同學習者有不同的教學方式或引導。 （2）學習中營造適于討論的教學氣氛： 教師應保持中立的心態，接納與包容學習者的反應（包括學習者的負面反應）； 制定案例教學進行的計劃： 教師對于案例教學法進行的模式，應該注意的事項，以及學生可能會有的反應，都應事先做好充足的準備與規劃，以利教學的進行。（3） 學習后要學生學會取長補短。討論結束后 ，要總結自己的收獲。這對案例的學習和以后的實際工作至關重要。既要總結自己在討論和個人發言和完成案例中的長處和不足，還要總結他人發言的新穎觀點和獨到之處，以彌補自己對案例分析的缺陷，提高自身研究能力和解決問題的能力。如此日積月累，持之以恒，即可練就一身多謀善斷的本領。 另外教學者還應做好自我準備：在案例教學中，教學者的角色與傳統講述法不同。案例教學是在師生不斷問答、響應、引導的過程中，探索問題解決的可能途徑。整個討論的過程中，教師是引導者、催化者、傾聽者，學生才是教學活動的主角。

（二）案例教學法實施的步驟：

以SolidWorks產品建模應用創建一個茶杯模型為例，我們來看看案例教學法進行的步驟：

（1）小組預備討論。為課堂討論作預準備。小組可由教師劃定或學生自由組合。通過小組討論，明確小組成員各自的任務，如誰查閱資料做什么樣的茶杯（也可拿實物） ，誰準備發言提綱（做茶杯的步驟），誰代表小組在全班做演示（建模過程）等。在小組討論中，小組成員彼此交流爭辯，再整理列示。小組成員應在案例分析過程中就案例中存在的問題討論產生的原因、研究對策并達成共識，如本例繪制杯體草圖時對于茶杯零件，可以先建立杯體模型，再添加杯把，再生成腔體，最后完成倒圓角等細節特征。另外，杯體是一個圓柱體，可以通過拉伸、旋轉、放樣以及掃描等特征形式生成。

（2）全班課堂討論。這是案例教學的中心環節。一般按擺事實、找問題、查原因和做決策這幾步進行。由各小組學生代表簡要介紹本組案例解決過程中的主要情節，明確主要問題所在及問題產生的原因，提出針對性的解決措施和方案，最后經權衡分析選擇的滿意對策。由老師和全班同學評議該小組解決方案的優缺點。在課堂討論結束前，教師要結合課程教學的內容說明該案例所涉及的課本理論，還應就教學目的進行講解說明，并就有關要點歸納總結。如本堂課結束，老師引導學生得出，在SolidWorks中創建一個茶杯模型，產品建模的基本步驟包括：茶杯模型的生成可以用到直線、圓弧、橢圓、樣條曲線、拉伸凸臺特征、旋轉特征、放樣特征、掃描特征、拉伸切除、抽殼特征、圓角特征、基準面、標注尺寸等草圖、參考幾何體及特征形式。

（3）個人書面分析報告。在上述步驟的基礎上，一般還要求學生寫出個人分析報告。報告應突出自己對案例的分析觀點，同時融入他人的分析所長，補充或修正小組乃至全班討論的結果等。分析報告內容一般由設計思路、基本步驟、得出的結論等構成。基本結論包含案例的關鍵問題，主要解決方法。這一部分要求文字精練、觀點明確。如在本例中生成杯體需執行“插入”、“凸臺”、“拉伸”菜單命令，杯把可以認為是一定形狀的截面輪廓（如圓形、橢圓形）沿著給定的路徑掃描而成等。通過撰寫書面分析報告，培養學生綜合分析的書面表達能力。

三 、運用案例教學法教學的意義和不足

第一，案例提供給學生們許多他們沒有親身經歷的活生生的企業的實際問題。在短暫、真實的模擬解決方案中，學生們有機會接觸到不同案例的各種情況并自己嘗試解決，因此，案例教學法被視為解決理論與實務間落差的利器，可以激發學習者討論與辯論的熱情，更可以培養學習者高層次的思考能力、問題解決的能力以及立即在突發狀況中的決策能力，從而為今后從事實際操作做準備。

第二，案例不僅體現了教學目的，而且可以加深學生對課程內容和理論的認識和理解。老師搜集的經典案例，是從企業和生產部門通過生產、研究而收集和歸納出的精華。當這些案例與理論融合在一起時，就變得更清晰、更具體，提高了學生們對理論知識的感悟水平。通過案例學習，學生們還可以看到理論是如何應用于實踐的，甚至可以從實踐中去歸納驗證理論，這對提高學生的診斷調查的能力是一種很好的方法，而且可以幫助學生活學活用所學的知識。

第三，案例學習為學生提供了一個陳述和表達自我思想和觀點的機會。在案例的討論過程中，老師必須深入研究案例，有效地組織和歸納自己的觀點和結論，然后在全班討論會上表達出來。班上的同學不一定接受你的觀點，他們同樣也做了相應的分析判斷，于是爭論迭起。課堂上眾說紛紜，各抒己見，各持一詞。在現實的管理世界中，情況往往也是如此。通過這些陳述、討論和辯論，學生們將逐步獲得有效地表達和有效地說服他人的經驗。學生們在所有案例討論中所獲得的經歷，預演了未來職業中的許多情景，這無疑對他們將來的職業生涯會有很大幫助。

實踐證明運用案例進行教學效果好。學生們普遍稱道案例教學使他們理論功底更扎實，知識學得更活，分析問題和解決問題的能力大大提高。同時，案例教學法不僅影響學習者的學習，同時也影響教師的教學，促使教師思考學習者的學習、課程的架構與組織、案例探究與教學內容的關聯性以及學科統整等問題 。但它并非完美無缺，因為案例教學最大的不足是它不能完全代替理論教學。運用案例教學法進行教學時，首先要求學生要有一定的理論知識作基礎，學生若具備一定的實際工作經驗，則案例教學效果更好。如果學生在理論基礎不健全、不扎實的前提下去做許多分析和討論，案例討論是很難討論起來的，即使討論了也是盲目的、浮淺的或不切合實際的，充其量也只是紙上談兵而已。其次，運用案例教學法進行教學要求要有合適的、好的案例。分析案例就是分析實際，投身實踐。如果案例編寫不切題，甚至失真，或問題過于隱含或顯露，就難以起到誘導學生去思考的作用。而要選擇、編寫一個好的案例卻非易事。而且知識經濟時代瞬息萬變，案例也需要不斷地推陳出新。

必須強調的是，案例教學法不過是一種“工具和方法”，它不能代替一切和包攬一切，它必須根據當時的具體情況，必須與其他教學方法相結合，并由優秀的教師潛心準備和靈活引導，學生主動、積極地參與，才能顯出其威力和效果。