“計算機三維設計基礎”課程教學改革探究

陳德平 李萌崛 陳營 魏燕紅 廖婷婷

摘要：“計算機三維設計基礎”是材料成型控制工程專業(yè)以及其他工科專業(yè)學生的必修課程。文章探討了“計算機三維設計基礎”課程的教學方法、教學模式和評價機制改革，旨在使操作技能與專業(yè)理論知識相結合，切實提高學生解決實際工程技術問題的能力。實踐結果表明，對該課程教學進行改革不僅可以提高學生的學習積極性，還能提高他們靈活應用軟件的能力、模具設計能力和制圖能力。

關鍵詞：工科專業(yè);教學改革;計算機三維設計基礎;UG

中圖法分類號：TP391文獻標識碼：A

Research on teaching reform of “computer 3D design fundamentals” course

CHEN Deping，LIMengjue，CHENYing，WEIYanhong，LIAOTingting

（School of Materials and Environmental Engineering，Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China）

Abstract：“Computer 3D design fundamentals” is a compulsory course for students majoring inmaterial forming control engineering and other engineering majors. This paper discusses the teachingmethod， teaching mode and evaluation mechanism reform of the “computer 3D design fundamentals”course，aiming to combine operational skills with professional theoretical knowledge and effectivelyimprove students' ability to solve practical engineering technical problems. The practical results showthat the reform of the course teaching can not only improve the students' learning enthusiasm andability to apply software flexibly， but also improve their mold design ability and drawing ability.

Key words： engineering majors， teaching reform， computer 3D design fundamentals， UG

“計算機三維設計基礎”是一門工科院校機械及材料相關專業(yè)的一門理論與實踐緊密結合的專業(yè)必修課程。機械專業(yè)和材料專業(yè)學生通過學習該課程，可初步解決機械設計中簡單的工程問題。傳統(tǒng)教學方式主要為“填鴨式”，很大程度上挫傷了學生的學習積極性。對傳統(tǒng)教學方式進行改革迫在眉睫，利用“線上+線下”的教學方式，學生可以自主選擇學習時間、空間和方式，提升學習積極性和課程學習參與度。對教學方式進行改革，可回歸教育的本源，真正做到以學生為主體，激發(fā)其學習興趣，這是我校材料成型和控制專業(yè)教學改革的核心。本文主要對我校“計算機三維設計基礎”課程改革進行了研究和闡述，提出“線上+線下”混合式教學方法和實施舉措。

1存在的問題

在“計算機三維設計基礎”課程教學中，主要是對材料加工專業(yè)學生的工程素養(yǎng)進行培養(yǎng)，對理論基礎和實踐要求相對較高，在教學過程中面臨的問題及挑戰(zhàn)如下。

1.1理論基礎知識薄弱

“計算機三維設計基礎”課程既能夠培養(yǎng)學生的空間思維能力和想象力，也能夠將設計思想直觀展現(xiàn)于三維坐標系中。在“計算機三維設計基礎”課程教學中，要求學生必須掌握機械制圖、機械設計等基礎知識，能夠熟練實現(xiàn)圖形表達、視圖投影，最終通過計算機輔助完成三維設計。機械及材料相關專業(yè)學生在機械制圖和機械設計方面的基礎知識依然存在薄弱點，設計過程中缺乏工程思維，難以通過機械結構實現(xiàn)其功能化。

1.2課堂教學形式單一

“計算機三維設計基礎”是模具設計和制造專業(yè)的核心課程，主要依靠計算機三維設計軟件對模具結構進行設計。由于該課程涉及煩瑣的計算機建模過程，教學方式和過程也比較單一和枯燥，若教師在教學中依然沿用傳統(tǒng)教學方法和教學手段（如通過播放演示建模過程后學生進行模仿操作），則學生難以自主思考和發(fā)現(xiàn)問題，難以調動其學習積極性，不利于提升他們的學生學習水平。

1.3評價機制不合理

“計算機三維設計基礎”課程對學生的工程素養(yǎng)要求較高，實踐性較強，教學內容安排、教學進度把控以及考核方式、學生評價體系、學生的學習能力和接受能力都將影響該課程的教學效果。在教學目標制定上，過分強調知識點的掌握，忽視了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新力和想象力;在教學形態(tài)上，過分重視教師對課堂的控制，忽視了學生學習的主體性;在教學手段上，教學形式單一、固化，信息化和智能化程度不高;在考評體系上，過分重視學生的出勤和作業(yè)完成情況，忽視了實踐方面的考評。這都是影響“計算機三維設計基礎”課程教學效果的不利因素。

2改革措施

“計算機三維設計基礎”課程以三維造型軟件（包括 UG，3DMAX，CATIA，Pro/E 等）為載體，采用 UG 軟件進行三維造型教學。其中，UG 軟件提供可視化界面和參數(shù)化設計方式，具有強大的三維造型功能，是實現(xiàn)二維圖像向三維立體實體升級的重要手段[1]。針對本校材料成型和控制工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，為滿足國家和企業(yè)對先進設計和制造技術人才的需求，“計算機三維設計基礎”課程教學改革應由傳授簡單的操作技巧向培養(yǎng)學生工程實踐能力轉變。教學改革思路：將傳統(tǒng)“計算機三維設計基礎”課程和機械制圖、模具結構設計結合起來，以此為基礎將計算機三維設計的方法滲透到教學過程中。培養(yǎng)學生靈活使用 UG 軟件的同時，鞏固機械制圖的學習，為后期模具結構的學習打下堅實基礎，為培養(yǎng)具有專業(yè)創(chuàng)造能力和創(chuàng)新能力的綜合素質人才打下基礎[2～3]。

2.1優(yōu)化教學內容

“計算機三維設計基礎”課程的主要知識點為草圖繪制、實體特征建立、曲面造型、零件裝配、工程圖圖檔生成等。其早期課程內容在草圖繪制和實體特征建立板塊占比較高，學生將耗費大量的精力去學習并練習草圖的繪制。傳統(tǒng)課程教學安排不能夠適應未來的企業(yè)設計和生產實踐需求。企業(yè)在 UG，3DMAX，CATIA，Pro/E 等平臺上進行機械設計和構圖的過程中，更加偏向于曲面造型、3D 圖檔裝配和工程圖檔生成，部分內容在課程安排中相對較少。

在“計算機三維設計基礎”課程教學改革中，將結合企業(yè)的設計案例，強化曲面造型、3D 圖檔拆分及裝配、工程圖檔生成等內容教學，增加曲面、網(wǎng)格曲面、掃略、彎曲曲面、裝配與組件、組件添加及刪除、組件控制及尺寸驅動、裝配樹建立及管理、2D 圖檔的生成及尺寸標注等內容。與此同時，將部分設計案例作為學生的實踐作業(yè)，引導他們自主完成曲面造型及圖檔生成，最終完成整個設計工作。

2.2采用“線上+線下”混合式教學模式

根據(jù)學生對“計算機三維設計基礎”課程的學習主動性、積極性不高等問題，“計算機三維設計基礎”課程采取“線上+線下”混合式教學方式，充分調動他們的學習興趣。線上教學方面，“線上+線下”混合式教學模式采用生產加工在線視頻、機械及模具工況在線視頻、真實設計案例及虛擬仿真等輔助手段;線下教學方面，“線上+線下”混合式教學模式涵蓋機械設計、機械制圖等內容。

“線上+線下”混合式教學模式不僅能夠實現(xiàn)在線教學，而且有利于學生自主學習。課前，學生利用教師上傳至網(wǎng)絡平臺上的各種錄課視頻、動畫、軟件和多媒體課件進行預習，明確學習目標并反饋難點;在機房上課時，教師針對教學重點和學生反饋的難點進行實操和講解，并指導學生獨立完成該堂課的操作任務，布置相關練習題加強學生的訓練;課程結束以后，教師針對課堂教學中和練習中出現(xiàn)的問題進行歸納總結，再上傳相關課程視頻及動畫至網(wǎng)絡平臺。通過“線上+線下”混合式教學，大幅度提高了學生的學習熱情，在機房上課的參與度顯著提高，教學效果顯著提升。同時，在教學中應用信息化手段，將出勤率、抽查答題與堂課知識點和技能點相結合，課堂互動性、參與性大幅提升。“線上+線下”混合式教學模式如圖1所示。

2.3采用模塊化的案例教學模式

將計算機三維造型軟件授課部分分成草圖、特征建模、裝配圖、工程圖四大模塊，將每一個模塊進行案例教學，講解案例時以理論知識為依托，目的是讓學生熟悉計算機三維造型軟件中的工具使用方法。例如，在教學的過程中，通過特征建模繪制組合體，應用 UG 三維造型軟件中各個特征工具將基本體進行疊加或打孔，教師可將建好的三維組合體通過旋轉、平移等方法展示不同的視角給學生看，使他們充分理解機械制圖中各基本體之間的共面、相關和相切關系，同時熟練掌握并靈活使用三維特征命令的操作方法。

在教學的過程中，教師還可以利用三維造型軟件建立的實體模型來展示剖切和實體切割等，將抽象的剖視圖知識直觀化，使學生對其進行深入理解。在學習工程圖的過程中，通過各種軟件工具命令建模組合體，并且導出工程圖，使學生掌握工程圖的導出方法，同時幫助其理解工程圖的投影關系[4]。在學習裝配圖的過程中，學生需要學習三維造型軟件的使用方法并對零件進行裝配，教師首先在特征建模部分對創(chuàng)建的各種模具實體零件進行實時裝配，讓學生可以直觀的理解模具結構零件之間應該如何裝配，也可以將模具結構拆卸、剖開，讓學生理解模具的工作原理、各模具零件之間的裝配關系。基于此，不僅提升了學生學習三維造型軟件的熱情，充分提升了“計算機三維設計基礎”課程的教學質量和效果，還能幫助他們解決模具裝配學習中的難題。

2.4采用多指標評價機制

在“計算機三維設計基礎”課程教學改革中采用隨堂實踐考核的辦法，讓教師隨時了解學生的狀態(tài)。改革前，成績考核包括出勤率、作業(yè)完成情況及期末上機測驗。教師一般通過期末上機測驗和作業(yè)完成情況對學生的成績進行評判，從而給出分數(shù)，缺點是不能隨時考查學生的學習情況，以及時調整課程。改革后，評價機制增加過程考核，即平時成績（出勤率、作業(yè)完成情況、回答問題）占40%，過程考核（學生在課堂上完成指定的項目任務，教師根據(jù)學生完成的熟練程度進行計分）占30%，期末考試（期末實操考試）占30%。在考評環(huán)節(jié)改革中設置過程考核，實時考查學生的學習情況，對其實踐能力進行考評。該改革措施體現(xiàn)了學生在學習中的主體地位，將有利提升他們的實踐能力[5]。表1為改革后的“計算機三維設計基礎”課程評價機制。

3結語

通過對“計算機三維設計基礎”課程教學進行改革，學生的學習熱情、主動性得以提升。將 UG 軟件實體建模、工程圖和裝配圖的學習與機械制圖和模具理論知識相結合，不僅激發(fā)了學生學習“計算機三維設計基礎”課程的熱情，還能明顯提高他們的工程設計意識，為今后學習模具結構等知識打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]陳兆榮.基于 UG 參數(shù)化的產品優(yōu)化設計[ J].煤炭技術，2012，31（6）：19?20.

[2]慕光宇，潘瀾瀾，蔡衛(wèi)國，等.以學生為中心的“三維實體建模與設計”課程教學改革與實踐[J].黑龍江科學，2020，11（17）：10?11+15.

[3]孫佳楠，呂永鋒，范建蓓.面向高職模具專業(yè)的產品造型設計課程教學改革[J].教育教學論壇，2015（21）：232?233

[4]李銳，汪小芳.基于 UG 軟件的機械制圖教學改革[J].湖南農機，2008（7）：26?27.

[5]馬夢蝶，尤擁賓.UG 課程考核方法改革的探討[J].山東工業(yè)技術，2017（17）：227+293.

作者簡介：

陳德平（1986—），碩士，講師，研究方向：材料加工工程。