三維軟件應用理實一體化教學模式設計

劉詠濤

（天津交通職業學院 天津 300110；和田職業技術學院 新疆·和田 848000）

1 三維軟件技術在高職教學中的作用

在高職教育中，制造類專業分工詳細，教學目標是培養學生的專業技能和動手能力，能夠勝任智能化高精度設備應用，因此機械圖樣設計是必備的理論基礎。如今機械圖紙設計已完全實現電子化，例如AutoCAD 和SolidWorks 是目前應用最為廣泛的機械設計軟件。SolidWorks 是目前應用最廣泛的三維建模軟件，指令操作簡單易懂，功能強大，在科研、教育及工業生產中均獲得大量應用。SolidWorks 軟件課程有助于學生了解產品的設計原理與設計方法，為今后的工作打下堅實的基礎。

2 三維軟件應用教學現狀概述

三維軟件應用課程在大學二年級開設，此時學生已經學習了機械制圖與CAD等相關課程，了解了機械制圖的基本術語、基本概念和基本原理，具有基本的繪圖能力和讀圖能力。但是空間想象能力較差，由于缺乏實際工程項目經驗，對于復雜結構和特殊造型的識讀與設計尚有較大差距。

空間想象能力是在日積月累的工程實踐中培養出來的，對于大多數學生而言，不可能在一兩個學期的學習中形成這種抽象思維能力。在傳統授課模式中，以教師講解軟件操作為主，實例非常簡單，主要目的是實現操作指令，學生不能同步練習，只能在老師講解后通過復現簡單實例和記憶掌握軟件指令，效果很差。[1]具體表現為，能夠識記基本指令，但在給定項目實訓時，往往不能靈活運用，不能達到預期教學效果。

課后作業注重軟件操作指令功能識記及功能論述，很少涉及項目案例，學生機械式記憶教材內容，而忽略了實際技能訓練，未能形成有效的授課效果反饋。[2]導致高分低能現象出現。

3 理實一體化教學模式設計

3.1 教學目標

三維軟件應用課程的教學目標是熟練使用三維建模軟件，能夠獨立完成復雜零件建模并生成二維工程圖，掌握零件結構及裝配方法。三維建模課程旨在培養學生的空間想象能力和抽象思維能力，從而順利掌握二維圖紙的識讀方法。

3.2 項目實例教學

項目實例教學方法是一個完整的教學體系，把課程知識點融入教學項目實例中，通過項目實例把知識點串起來，在實踐操作中觸此及彼，培養學生的三維軟件建模能力，[3]達到良好的教學效果。在一個學期的授課過程中，可設計一個或多個項目實例，每個項目是一個完整的教學單元，由若干個任務構成，可根據項目內容差異分配不同的課時。項目實施的每一項任務對應一定的分值，采用百分制計分。項目之間遵循由簡入繁，由易漸難的原則。項目設計內容包括：需求分析，功能設計，材料選型，虛擬采購，圖形繪制，小組評審，修改完善，產品試制，最終經過過程考核，完成一個項目案例教學過程。學生在整個學習過程中不是只關注軟件操作，繪圖是否規范，而是從始至終經歷一個模擬產品的完整開發過程。這樣能夠最大程度激發學生的學習主動性，很多任務需要在課下自主進行，每完成一項任務就會獲得相應的分值，完成一定量的任務即可達到及格水平，完成任務越多獲得分值越高。

3.3 講練融合授課模式

理實一體專業課要求理論教學與實訓操作并重，其目的是培養掌握一定理論基礎的高素質技能人才。[4]因此理論教學非常重要，但是在傳統的理論教學模式下，學生很難被動地接受老師單向概念灌輸，學習效果不佳。[5]

講練融合授課模式是從傳統教學模式改進的“講-練-講”教學流程，教師列出知識點和內容提綱，布置學習任務，由學生在做中學，[6]可研讀教材，查閱工具書，也可通過網絡微課、慕課等學習平臺獲取所需的知識。同時，把理論應用到實際操作中，邊學邊用，使理論與實踐融為一體。在這個過程中，教師負責輔導與答疑，總結學生遇到的問題，統計學習進度和學習狀況，為后期教學改進積累材料。在學生完成練習后，教師把難點和出錯概率較高的地方集中進行講解，這樣有的放矢，針對性強，學生帶著問題聽講，往往能起到事半功倍的效果。

講練融合授課模式適用于理實一體課教學場景，與“翻轉課堂”教學模式有明顯的區別。“翻轉課堂”基本上是老師和學生角色互換，老師作為課堂的組織者或者主持人，學生是課堂的主角，學生有非常大的發揮空間。講練融合授課模式中教師依然是課堂的主體，控制課堂的節奏。相對于傳統課堂，學生改變的是學習模式，由被動聽講變為主動學習。

3.4 過程考核機制

大學課程的傳統考核方案包括平時成績和期末考核，平時成績一般占30%左右比重，包括考勤、作業和平時表現等內容，期中考核多為任課教師自行組織，所占比重較小，因此期末成績一般決定了整個學期總評成績是否合格。對于基礎課程而言，由于是純理論內容，傳統考核方式是比較適合的，但是對于實踐性較強的專業課程而言，則削弱了實踐考核的比重，導致學生對實踐考核不夠重視，降低了學習主動性，從而影響了實訓環節的教學效果。

本例設計的考核方案加大了平時成績的比重，即過程性評價內容，[7]占學期總評成績的60%，稱之為過程考核機制。過程考核包含三部分內容：課堂出勤、項目過程文件、作品實物。詳情如表1 所示。

表1 過程考核分值表

課堂出勤是過程考核的前提，缺勤課時超過學期課時30%，過程考核結果為0，期末總評成績為0。項目過程文件分階段收取，需求分析主要涉及產品功能描述和設計產品所需要的資源。圖紙文件是應用SolidWorks 設計的三維模型和導出工程圖文件。設計報告是指圖紙文件的說明和技術細節描述。成本文件是原材料采購和加工成本清單。設計完成之后，學生依據圖紙文件制作樣品，可通過鉗工、機床加工手段完成，也可采用3D 打印生成。3D 打印原料可采用 ABS 或PLA。鉗工或機加工制件材料必須為金屬材質。過程考核的評分標準分為客觀項和主觀項。以“需求分析報告”為例，客觀項評分標準：字體、字號是否符合模板規范要求；報告字數是否滿足要求范圍；單位、數字是否錯誤等。主觀項評分標準：內容是否全面；是否重點突出；詞句表達是否規范等。

過程考核跟蹤了課堂全部過程，任何問題或薄弱環節都可在過程文件中反映出來，教師通過統計分析，可總結教學經驗，調整授課內容，改進教學方法。

3.5 期末考核

期末考核依然是教學效果檢測的重要方式。溫故而知新，經過一個學期的學習，學生是否對課程內容有了深刻的認知，是否掌握了新的知識，提升了技能，需要進行復習和回顧，期末考試恰好可以檢驗過程考核結果的有效性。期末考核采取筆試和實訓考核兩個部分。與過程考核不同，期末考試更偏重于概念的理解和實訓的流程，而不是項目開發的細節，主要用于檢驗學生對方法的理解與掌握。期末考試中理論考核與實訓考核的分值比例為1:1。根據折算比例：學期總評成績=過程考核成績60%+期末考核理論成績20%+期末考核實訓成績20%。

4 教學效果分析

4.1 項目實例

通過實際教學授課，對過程考核進行數據分析。以某賽車叉臂連接件耳片為例，給定尺寸如圖1 所示。

圖1 耳片

課堂教學任務4 學時，課下作業時間限定為1 周。要求根據圖1 用SolidWorks 建模，模型文件轉化成二維工程圖，驗證與題目要求是否一致。編制項目過程文件，如表1 所示。建模效果參考圖2。

圖2 耳片三維模型圖

教學項目任務包括需求分析、圖紙文件、設計報告、成本報告和作品實物，根據表1所示分值比例計算過程考核最終得分。

4.2 過程考核數據分析

過程考核分值分布情況如圖3 所示。

圖3 過程考核成績分布圖

由圖3 可知，過程考核結果服從正態分布，項目任務的難易程度比較合理，激發了學生的學習興趣，[8]起到了較好的教學效果。

5 結語

項目實例教學方法在三維軟件應用課程的使用中，改變了傳統授課方式以教師單向灌輸為主，理論講授與實訓操作不能有機結合的缺陷，過程考核方法激發了學生的學習熱情和成就感，提升了教學效果，對于大學課堂教學方法改進具有一定的參考意義。