如何在機械CAD實習中培養學生的創新能力

［摘要］學生創新能力的培養是工程教育的重點和難點。機械CAD實習是機械類學科的重要實踐課程，在教學過程中培養學生的創新思維具有重要的意義。在教學過程中努力為學生創造有利條件，提供創新思維空間，激發他們的創新意識和創新思維。基于項目向導的探究式教學模式不僅體現了“重能力、求個性”的應用型人才培養特點，而且更符合學生的認知規律，能更好地幫助學生理解典型產品設計及創新設計的含義。

［關鍵詞］機械CAD實習創新能力培養

［中圖分類號］TP391.72［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）11-0155-03一、引言

我國《高等教育法》第5條規定：“高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才”。這是我國第一次以法律條文的形式明確了大學培養創新人才的任務。大學生創新能力的培養是高校實施創新人才培養的重要舉措，是社會需求反映在學校人才培養中的必然行動。機械CAD 實習的主要目的除了讓學生掌握主流的機械CAD軟件操作技能外，如何結合機械CAD 實習教學特點，有意識、有目的、有成效地培養學生的創新能力，提高學生思維品質，已成為應用型本科院校機械類專業所關注的話題。以下將結合多年來的教學經驗，在機械CAD 實習教學中圍繞這一主題進行一些有益的探索和實踐。

二、激發學生興趣，提升創新動力

興趣是激發學生主動、積極學習的催化劑，是調動學生學習自覺性和提升創新力的內在動力。有了興趣，學生才會帶著積極的、主動的、愉快的心情參與，從而促進學生去思考，去探索，去嘗試，去創新。因此，在教學中應有意識地加強興趣教學, 提升學生學習的成就感和快樂感，培養學生“奇動手、動生趣、趣養學”的良好習慣，從而提高創新欲望。

（一）在機械制圖課程中融入CAD

機械CAD實習課程一般安排在機械制圖課程后開設，筆者將SOLIDWORKS軟件應用到工程圖學的實踐教學中去［如圖1所示］，充分利用三維軟件參數化建模、運動仿真、尺寸驅動等功能，不僅豐富了教學手段，避免了傳統教具表現力不足的缺點，而且降低了學生學習難度，提高了學生對課程和三維軟件的興趣，拓展了學生知識面和創新思維，為學生在后續的機械CAD實習課程中產生興趣奠定了基礎。

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圖1利用三維軟件進行《工程圖學》輔助教學

（二）精心組織好第一堂課

為了更好激發學生的課程學習興趣，組織好第一堂課尤為重要。在開始機械CAD實習這門課的教學前，先瀏覽往屆學生參加國賽和省賽的部分獲獎作品，根據當時指導比賽作品的情況加以評析作品，并且鼓勵學生：“只要認真地學習, 不用幾周時間，你們將做得更好! ”這樣可以增強學生學習的信心。然后，拿出部分企業技術研發部門設計圖紙和三維模型，簡要剖析企業中是如何利用三維軟件工具進行輔助設計、分析和優化的。接著，用三維軟件簡單現場完成一個日常生活用品的三維模型造型，并通過演示了解參數化建模特點，學生往往被軟件的強大功能所吸引。最后布置學期的課外作品，題材不限，結合自身知識掌握的情況和興趣愛好選擇作品難易度，給學生充分的時間去構思、完成，這樣既可以讓學生個性化發揮創新思維，也大大降低了作業抄襲的情況。

三、改革教學手段，培養創新能力

（一）實習課程內容設計

機械CAD實習課程共34學時，考慮本課程內容要求及與其他專業課的有效銜接，把課程內容分為四個部分［如圖2所示］：第一部分是草圖設計，草圖設計是構建三維實體的基礎，共6學時；第二部分是零件建模，延伸了草圖設計的概念，通過草圖中建立的二維輪廓，建立三維實體，該部分是基礎也是重點，占16學時；第三部分是工程裝配，該部分是機械設計的一個重要平臺，用于對設計完成的零件實體進行組裝以得到部件和產品，該部分占6 學時；第四部分是二維工程圖，此部分可很好地與學過的AUTOCAD軟件互補講解，該部分占6學時。機械CAD實習有效地將二維、三維和現代計算機技術三者有機結合，更新了設計手段和設計方法，提高了學生實踐能力和工程素養。

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圖2機械CAD實習內容設計

（二）項目向導的探究式教學模式

項目向導的探究式教學是指在課堂上通過對典型的、能給人以啟迪的問題進行分析、探討，尋求解決問題的方法與技巧，把老師的教學重心從“教什么，怎么教”的教法轉變到研究學生“學什么，怎么學”的學法上，以達到培養學生思維能力和工程分析能力。機械CAD實習是在CAD/CAM機房里完成的，所以傳統的“粉筆+黑板+教案+PPT”的傳道授業解惑模式已經不再適合了。近幾年來，筆者在實習過程中運用了“項目向導”來設置教學任務的教學模式，引導學生行為，反思教學評價，取得了滿意的效果。確定項目應該根據教學大綱要求掌握的知識技能和學生現有的知識狀況與企業崗位需要精心設計。如在實習初期選用的實習項目是水晶座筆筒［如圖3（a）所示］，該項目難度簡單，又可兼顧到所學的知識點；而到了中期，掌握了足夠的特征命令后，可選用難度適中的一些項目，如圖3（b）所示的手機，學生對教學內容既熟悉又感興趣；到了后期可選擇綜合性強的項目，如典型的一級減速器、球閥、柱塞泵［如圖3（c）所示］等項目，對以前所學的知識進一步鞏固，又滲透新的知識，很好地培養了學生發現問題、分析問題和解決問題的工程素養。

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圖3 機械CAD實習項目設計

整個實習過程，學生的主體地位得以突出，學生能真正參與實習，成為課的主人。筆者就任教的2008級和2010級機械設計制造及自動化（1）班級進行對比教學，對2008級學生在教學過程中基本采用傳統的講練結合模式，學生在教學過程中基本處于知識被動接受者的角色，老師處于課堂的主要角色；而在2010級的教學過程中，采用了項目向導的探究式教學模式，布置訓練任務和項目時，明確任務目標和要求，而具體的思路、方法和步驟由學生獨立思考或者小組共同討論，并讓基礎較好的同學上講臺演示操作，講解他們的思路、方法和步驟及存在的問題，最后師生共同討論、分析、解決存在的問題。這樣，學生的主體性得以發揮，獨立探究意識和創新能力得以鍛煉和發展。從學生的評教來看，大部分學生喜歡師生互動式教學，而不喜歡老師在課堂上獨自滔滔不絕的講授。從表1可以看出，教學效果也有顯著提高，尤其是高分段人數比例和平均分人數均有明顯提升。

表12008級、2010級及其自動化機械CAD實習課程成績分析

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（三）在后續教學中加強對機械CAD的應用

機械CAD實習并非一門獨立的課程，在后期要注意對實習內容加以正確應用，培養學生綜合應用CAD技術解決工程實際問題能力。例如在機械設計課程設計、畢業設計等課程讓學生充分采用三維零部件設計、裝配和CAD圖紙手段完成所布置的任務，培養了學生簡單工程設計能力，突出對工程問題的設計、分析、計算、仿真，以解決該課程傳統設計中不能解決的復雜產品結構、裝配干涉和運動干涉的問題。另外，鼓勵學生熱情參與各種CAD競賽及相關職業資格認證，以賽促教，以賽促學，以賽促用。近4年來，一些學生參加了全國三維數字化創新設計比賽、全國信息技術應用水平大賽等比賽和全國CAD技能等級考試，共獲得29項國家級獎項及421人次相應職業資格證書。作為機械CAD實習后續應用，學生通過參加競賽和職業技能鑒定，不僅給學生提供了較大的自主學習時間和空間，易于調動學習的主觀能動性，而且培養了他們的學習興趣和創造性思維能力，同時也增加了職業競爭力。

（四）拓展校企合作，深化創新內涵

搭建校企合作平臺，校企協同育人，既有利于專業建設和實踐教學改革，也使辦學更貼近市場，學生把學到的知識轉化為實用技能，實現“以就業為導向”的目標。因此，在整個課程實習過程中，只有緊緊依托行業，加強與對口企業合作，才能深化創新內涵。為此，對現有的合作單位，如廈門金龍旅行車有限公司和西門子自動化有限公司等，通過企業提供的項目、課題、跟班實習等開放式實踐，使實訓內容緊密結合課題和項目的訓練，很好地培養學生的創新意識和創造能力。經過半年的實踐，已有十幾位畢業生在就業的企業中成為技術骨干、項目主管或“十佳優秀員工”。實踐證明，學生到企業里實踐，將學校學習和參加企業工作相結合，知識學習與技能操作相結合，使得學生將來很快適應崗位工作的需求，也有利于學生個性、特長的發展和實踐創新綜合技能的培養，擇業空間得到擴展。

四、結語

機械CAD實習是機械類學科的重要實踐課程，在教學過程中培養學生的創新思維具有重要的意義。通過近幾年機械CAD實習教學實踐看出，在教學過程中應努力為學生創造有利條件，提供創新思維空間，激發他們的創新意識和創新思維。基于項目向導的探究式教學模式不僅體現了“重能力、求個性”的應用型人才培養特點，而且更符合學生的認知規律，能更好地幫助學生理解典型產品設計及創新設計的含義。

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［責任編輯：鐘嵐］