基于CDIO理念的SolidWorks機械設計課程思政教學設計與實踐

杜 靜，張 慧，陳 劍

(1.西安工程大學 機電工程學院，陜西 西安 710048;2.西安工程大學 學生工作部，陜西 西安 710048)

0 引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)[1]。CDIO模式實踐性較強，以產品設計研發、制造、裝配以及產品運行的一個完整生命周期為載體，以真實工作環境為依托，建立一個理論與實踐相結合的實踐課程體系，通過構思、設計、實施、運行體驗真實項目過程，使學生主動參與獲取知識，培養學生的工程基礎知識能力、個人能力、團隊意識以及工程實踐能力。

SolidWorks是一款基于Windows系統開發，采用參變量式CAD計算機輔助設計軟件，應用范圍涉及航空航天、汽車、模具制造等各個領域，是本科院校機械類以及近機械類學生必修的CAD軟件之一[2]。為了滿足制造企業人才需求，大部分高校相關專業均開設了SolidWorks軟件應用課程，目的是為了培養學生三維建模、裝配、運動仿真及工程制圖等能力。以工程教育認證為契機，在教學中引入CDIO工程教育理念，以SolidWorks機械設計課程為依托，深入挖掘課程涵蓋的各類思政元素，將課程思政元素融入教學的每一個環節，從教學設計、教學內容、教學實施及考核評價體系等方面進行改革，從理論教學和實踐環節挖掘思政元素，通過多個項目構建知識、能力和課程思政相互融合的教學體系。教學過程以學生為中心，充分發揮教師的示范、診斷、評價作用，引導、協助學生達成預期目標，提高大學生工程設計能力、創新實踐能力以及團隊合作意識，促進創新實踐型人才培養[3]。

1 SolidWorks機械設計課程思政教學設計思路

目前，大部分高校均開設SolidWorks軟件課程，但是教學內容是按照各個功能命令分開講解，知識點過于單一，理論與實踐脫節。教學過程往往以教師講解為主，學生練習為輔，教學方法單一，采用“一講一做”的模式，導致教學效果不佳，學生缺少自主學習、獨立思考的能力，忽略了學生創新實踐能力和團隊合作能力的培養，不能充分調動學生的主動性和創造性，無法滿足工程教育培養大學生的要求。

課堂教學改革是高等教育發展的永恒課題，課堂教學方法無固定模式，課程教學內容應服務于行業、企業發展要求，高校需加強對SolidWorks軟件課程教學改革、明確教學目標、改進教學內容，優化教學方法、完善考核體系，充分發揮教師的引導作用，深化教育教學改革。而項目化教學是一種適合于實踐教學的教學方法，以項目作為課程知識的載體，由師生共同實施一個完整的項目而展開的教學活動。同時，將課程思政元素融入專業知識的授課過程中，實現專業課程內容和思政育人的互相融合，有意識、有計劃地對學生進行思想政治教育，激發學生的創新意識，為社會、企業培養有知識、有技術、有情懷的工程技術員。

SolidWorks機械設計是機械類學生一門實踐性較強的專業課程，結合課程特點，為了提高學生的學習興趣及主動性，SolidWorks機械設計課程實踐內容以齒輪泵、活塞等具有代表性的作品項目作為教學載體，讓學生通過學習具體化的項目內容掌握機械設計專業知識。通過體驗企業實際生產任務，將SolidWorks軟件的建模、工程圖、裝配以及仿真等知識貫穿其中，將理論知識與實踐操作有機結合。教學過程強調以學生為主體，讓學生帶著興趣、問題去學習，教師負責指導、引導學生，針對學生提出的問題進行答疑，培養學生完成單項工作能力、復雜工作能力，以及解決實際問題的綜合能力，改變原本枯燥的實踐環節，激發學生學習的主動性，增強實踐環節趣味性與專業性[4]，使專業課程知識更具有活力，充分發揮課堂育人的重要作用。

2 SolidWorks機械設計課程思政教學設計與實踐

2.1 教學項目實施過程

考慮SolidWorks軟件屬于實踐性較強的課程，為了保證學生能夠順利完成規定的項目，項目團隊由3～4人組成，由實踐能力強的學生擔任組長，學生在掌握各個模塊基本操作流程、指令之后，還需進行項目練習才能靈活運用操作命令，因此每次授課安排4學時。將教學環節分為項目引入、教學演示、項目實施、考核評價等4個階段[5-6]，如表1所示。

表1 項目實施方案

2.2 教學項目引入

教師是教學活動的組織者與引導者，在教學內容上選擇與實際生產相結合、具有代表性的零部件。圖1為齒輪泵裝配體及爆炸圖。齒輪泵包含多零部件，且零件建模難易程度不一，涵蓋了本課程的全部知識點，例如拉伸、旋轉、掃描、抽殼、裝配等內容[7]。通過齒輪泵項目開展實踐教學，將教學內容集成到項目載體中，改變傳統的，按部就班講解操作步驟和建模命令的教學方式，將零散的知識點集合到一個具體項目中。其中包含了化整為零和抽象內容具體化的課程思政內容，把課堂所學的理論知識與實踐操作結合起來，使整個教學過程緊緊圍繞解決項目問題而開展，在具體項目的驅動下完成教學任務。

1—主齒輪軸;2—壓蓋螺母；3—墊圈壓蓋；4—泵體；5—從齒輪軸；6—泵蓋；7—螺釘圖1 齒輪泵裝配體及爆炸圖(單位： mm)

教師引入項目后，具體講解本項目需掌握SolidWorks軟件的功能與模塊指令，講解齒輪泵結構特點及零件建模過程所涉及指令的應用，齒輪泵項目的難點、重點及技巧。教師演示完成后，學生領取任務，由教師引導學生查找相關資料，學生自主完成齒輪泵的建模、裝配及仿真等內容。

2.3 教學項目實施

教學項目內容的關鍵在于項目實施過程，教師演示主要以齒輪泵、活塞等經典項目為切入點，通過對齒輪泵機構進行分解，生成裝配爆炸圖，使學生了解齒輪泵的結構組成、裝配關系以及零件種類，由教師通過對模型的構建講解設計思路、設計步驟、操作要領等相關基礎知識，使學生掌握基本建模思路和命令。通過多種教學手段包括翻轉課堂、微課等教學形式，針對關鍵知識點展開討論，讓學生熟悉課堂內容，并提前記錄下學習過程中遇到的問題[9]。

教師將項目引入后，給學生下達工作任務，學生根據任務書要求，明確任務，收集、學習項目所需的相關資料。項目任務實施階段，需要明確設計目標，由于機構設計過程較為復雜，安排項目任務應由簡單到復雜。項目團隊由3～4人組成，由實踐能力強的學生擔任組長。組長領取任務后，由組長負責組織小組成員討論、分析項目任務，根據任務要求查閱相關資料，制定項目實施方案，合理分工，責任落實到人，明確學習任務和任務階段劃分，通過項目實踐過程培養學生職業素養。

為了保障項目順利完成，教師作為引導者，規定好各個小組完成項目的時間節點，在整個教學實施過程中，堅持以學生為中心，鼓勵學生大膽探索創新，拓展教學內容，發掘哲學思想，培養學生辯證思維、創新思維的能力。同一個零件可以設計多種建模方式，對不同結構進行對比，選擇最佳實施方案。學生在項目實踐中鍛煉建模思路和基本指令的使用，達到熟能生巧的目的。實踐中多鼓勵學生獨立思考、多思多想，激發其學習潛能。創新實踐階段以一個綜合項目實踐為主線，綜合建模、裝配、仿真等知識點，采用分組形式，通過學生的自主探究和合作來解決問題，讓學生通過項目的學習循序漸進中逐步提高。任務完成后，教師組織各小組學生進行互評及教師點評，在點評過程中發現問題，開拓學生的思維，建立濃厚的學習氛圍。不僅能使學生掌握SolidWorks軟件設計的相關知識，更培養了學生的團隊合作能力和創新能力。

2.4 教學考核評價

考核評價體系是實踐教學的重要組成環節，為了有效、科學衡量專業課程融入課程思政的效果，教學考核評價體系需采用多元化評價模式，貫穿于整個教學過程，將教學過程評價與結果評價相結合，更加全面、有效評價學生的學習情況[10]。

考核評價體系由學習過程考核(20%)、實踐考核(50%)和期末綜合考核(30%)3部分組成。學習過程考核階段主要是引導學生積極參與學習過程，考核學生到課情況、課堂表現情況；實踐考核階段主要是引導學生掌握軟件模塊及各個指令，考核學生的自學能力、人文維度以及實踐應用能力；期末綜合考核階段主要是學生自主完成一個綜合實踐項目，考核學生團隊合作完成復雜項目的能力，培養學生的創新思維、綜合分析能力以及思辨探究能力。

3 結論

基于CDIO工程教育理念的SolidWorks機械設計課程思政教學設計，通過合理設計教學環節，在教學目標、教學內容、教學模式以及考核等各個環節融入課程思政元素。以項目為導向，通過具體的項目展開SolidWorks課程教學，在實踐過程中，強調以學生為主體，充分發揮學生的能動性和創造性；教師引導每組學生達到預期的實踐效果；學生通過完成零部件的設計任務，獲得一定的成就感。通過將專業課程和思政教育有機結合，對培養學生的系統學習能力、工程實踐能力以及團結合作能力具有重要意義。