需求導向和能力本位理念的項目教學探索
——以無錫太湖學院“三維數字化設計”課程為例

陳炎冬，鄧 斌，李文霞，張亞勤

（無錫太湖學院智能裝備學院，江蘇無錫214064）

0 引言

“三維數字化設計”課程是一門應用型本科機械類專業非常重要的專業技能型課程，同時在整個課程體系中起到承上啟下的橋梁作用，既可以綜合運用前面所學的理論知識，又可以為實習、實訓、畢業設計甚至為就業提供非常實用的技能儲備。項目化教學法，是通過教師提出具體的任務，然后進行任務分解，教師組織學生或學生自主組建團隊或項目組，共同根據任務完成該項目任務的教學活動。在教學過程中，可以著重培養職業崗位能力，根據各專業崗位的實際工作需要，進而進行相應的教學設計。通過項目教學法可以使得學生主動參與到真正的機械設計過程中來，而不是簡單機械式的學習命令，可以更有效地提高學生的學習興趣和職業能力。能力本位和需求導向的理念［1-3］已經在國內外有很多成功的實踐，以美國、加拿大為代表，產生于二次大戰后。其核心是從職業崗位的需要出發，確定能力目標。而本文提出“三維數字化設計”課程的教學改革，也是基于該理念而進行的項目化教學設計。

1 “三維數字化設計”課程的傳統教學與項目化教學的區別

首先，教學方法不同。傳統的教學方法是由任課教師逐一講解或者演示軟件的命令。學生是被動地聽，如果稍微不留神就容易錯過老師演示的難點。而項目化教學法，則是任課教師首先了解學生對于計算機輔助設計知識的掌握情況，然后根據三維數字化設計的授課內容提出項目任務，和學生一起根據項目任務學習相關的理論知識和命令的具體使用方法，最后完成學習的項目任務。注重“講”“學”“練”交叉進行。

其次，互動更靈活。傳統的教學方法上，由教師講授命令，學生聽，顯得很枯燥。學生容易開小差，發現問題也不能及時地請教老師，收不到良好的教學效果。項目化教學法則可以讓學生和老師及時地溝通和交流，及時地發現問題，有目的地引導，正確快速地完成項目任務。老師不是全程的講而是更多的互動和一對一的交流時間，使學生和老師的距離更加的近。

最后，強調實踐過程。傳統教學方法中對于學生來說實踐環節只是偶爾參與或者觀摩式實踐教學，更多的是聽、看、記，實踐意識淡薄，導致學生對此環節知識點的記憶并不是很深刻，而且最關鍵的是課堂基本上不講解企業的案例，都是為命令而設計案例。項目化教學法，是以需求導向來設計案例，案例更加接近企業的實際需求；學生則需要根據項目任務去思考、去找尋完成任務的方法和步驟，同時安排學生一定時間的實踐操作。這樣，讓學生帶著目的和任務去聽課和學習，有了想法馬上可以親手實踐，使得大部分學生更快更好地掌握復雜的命令。如此，教學相長，老師和學生都有較高的成就感，可以收到意想不到的教學效果。由此可見，項目化教學法的核心是“任務驅動，教學相長”。當任課教師在給學生提出項目任務時，提出相關的問題，以引起學生的好奇心和激發其興趣。在整個項目任務的完成過程中，讓學生有明確的任務目標，教師擔當項目實施中的引導者和教學服務者的角色。如此一來，教師和學生都共同圍繞著同一個目標，共同發現問題、解決問題，一起學習一起收獲，“教的有所得，學的有所得”，這是雙贏的結果。

綜合來說，未來本課程將是線下和線上混合模式進行實踐，線上配以各個項目的教學視頻（如中國慕課、超星公司的學習通等平臺），供學生課前預習和課后復習，經過實踐證明可以明顯提升學生的學習時間，也是提升教學效果的關鍵環節，以后將在線上環節展開更多的教學改革。另外線下為綜合的項目教學，應全程在機房或翻轉教室，并配有輔助教學管理軟件（如極域）的教學環境下實施教學過程，這樣可以為學生在上機實踐的過程中體驗實時完成任務的成就感和得到團隊合作精神的鍛煉。

2 項目教學法在“三維數字化設計”課程中的實踐

2.1 “三維數字化設計”課程內容設計

隨著“三維數字化設計”技術的不斷更新、完善和市場需求的不斷變化［4］，還有“新工科”概念［5-7］的提出，“三維數字化設計”的教學內容也需要不斷地更新。首先以課程功能全面的德國西門子公司的UG NX軟件來實施教學，主要目標是讓學生掌握機械零件的三維數字化草圖設計、建模設計、部件裝配、零件和裝配的工程圖設計以及機構運動仿真等知識，也是企業各種職位對于學生的能力要求，如圖1所示。

圖1 “三維數字化設計”課程的知識模塊或企業對學生的能力要求

由于“三維數字化設計”課程的課時一般較少但內容很多，因此不可能像傳統教學一樣單調地講解軟件里每個相關命令，而不管是UG 軟件還是其他三維軟件（Solidworks、CATIA、Inventor等）的命令數量都非常龐大，不可能面面俱到，因此不能只強調學生記住命令的用法，而對于軟件命令如何去解決實際問題的內容很少，導致學生學的知識與企業需求脫機嚴重，進了企業還要自學或培訓。因此，可以將UG 軟件的必學知識模塊穿插在每個具體的工程項目里，進行項目化組織教學內容。同時，各個項目之間在難度方面逐漸增加，從而可以讓學生在不知不覺中，逐步掌握零件的設計與加工技術，有利于教學效果的提高。下面以一級圓柱齒輪減速器為例介紹“三維數字化設計”的項目設計思路（見圖2）。

至于選學內容，可根據各不同學校的專業特色，從機構的運動仿真、零件的有限元分析、逆向設計方法、3D 打印等選擇合適的1～2 個內容進行教學，其余需要的時候自學，或在線上設置自學模塊但不做考核。

2.2 “三維數字化設計”課程項目化教學實施過程

下面以零件軸為例，項目任務要求：（1）繪制軸的三維模型；（2）制作工程圖并標注尺寸，案例圖例如圖3所示。

2.2.1 任務發布

任務發布形式：①課前在線上學習平臺發布參考圖紙和要求（供預習用）；②在課堂開始時進行任務講解和分配。

2.2.2 項目涉及相關知識點提示

提示過程可以畫之前講，也可以在學生畫的過程中提示。

2.2.3 項目演示過程

項目操作過程的演示：可以提前錄制，在現場講解，也可以一邊講解一邊錄制，然后課后發給學生可以反復觀看學習，防止學生只在課堂聽一遍沒記住而導致知識點不能掌握的情況。

2.2.4 學生上機練習

圖2 一級圓柱齒輪減速器項目設計思路

圖3 軸的零件

學生練習時機不是死的，需要結合設計的知識點穿插進行，比如本案例的建模過程和工程圖設計過程應該分開，即：①老師建模演示完，學生開始練習；②老師演示工程圖過程，學生再進行練習工程圖部分。

為了更清晰地反映“三維數字化設計”課程項目教學的實施過程，將課程的線上線下混合教學的過程進行了總結并繪制了如下流程圖，如圖4所示。

通過以上例子可以發現，首先知識點是機械專業知識的有機組合，不是簡單的知識點相加，幾個知識點組合是根據實際應用環境設置，更有利于學生學以致用。同時，讓教師先提出項目任務，和學生一起根據項目任務學習相關的理論知識和UG 命令的具體使用方法。在這個共同完成的過程中，學生在操作過程中遇到問題老師可以及時地得到解答，不會把問題帶出教室，或者讓問題累積。與此同時，學生可以更及時更直接地發現自己的不足，這樣的學習效率比傳統的教學進步更快更明顯。由于學生課堂時間內直接參與實踐，大大地吸引了學生的注意力和參與度，學生通過獨立完成項目非常有成就感。特別需要指出的是，在整個項目實施過程中引導學生主動去線上平臺提前預習知識點、任務要求和課后反復觀看演示視頻，是保證軟件學習質量的關鍵。

2.3 在項目式教學中培養學生的綜合素質

2.3.1 培養學生團結協作的能力

把班級同學分成若干個小組，每個小組大約3～4名同學，每組選出一名同學為組長。各組組內成員為了團隊目標而相互協作，從而可鍛煉組內同學與人溝通、合作的能力。這種團結協作精神是現代企業精神的重要組成部分，是促進企業凝聚力、競爭力不斷增強的精神力量。

2.3.2 培養學生的自信

每次接受一個工作任務后，組內每個成員都要發揮各自的聰明才智，一起來分析每個任務，尋求最好最快的解決方案。每當他們圓滿完成某一工作任務后，每位同學心里都會有一定的成就感，大大增強了學生的自信心。

2.3.3 培養學生的企業化項目實踐能力

安排課外大作業主要采用企業化的思路來進行。在老師的指導下，通過8周時間的課外大作業鍛煉，可以培養學生自主完成一個創意項目的初步能力，即實施一個完整的項目，從產品調研、制定方案討論并改進方案、描繪藍圖、初步實施、討論改進細節、詳細設計、最終完成作品原型，然后制作作品說明書以PPT形式來表達作品，同時為提升作品的表現力制作相關動畫視頻等。

3 結語

以能力本位、需求導向的項目教學模式，把學習的主動權還給學生，把主動獲取知識的過程交給學生，讓學生在看、動、做、畫、想的過程中自我發現知識、感悟知識、獲取知識，使情感、價值觀得到提升，能力得到提高，學得輕松、愉快。老師是整個課堂教學的導演，又是和學生一樣的演員，學生和老師之間零距離合作完成接近企業實際的項目，使學生能夠更加自主地學習，提升學習興趣和成就感。

圖4 “三維數字化設計”課程項目教學的實施過程