計算機輔助設計課程國際化教學改革研究

［摘 要］計算機輔助設計是工程學中一門基礎的應用型課程，旨在培養機械制造行業人才解決工程實際問題的能力。課程組通過對比國內外相關課程在教學內容和教學方法上的差異，面向目前國家發展需要及行業實際需求，結合國內外優秀院校的教學方法，確定“提升學生實操能力、匹配行業需求、培養復合型人才”的教學目標。課程組對現有計算機輔助設計的教學內容和方式進行改革，將國內課程理論知識豐富的優點與國外突出培養實踐能力的教學方式相結合，并將思政元素合理融入課程內容當中，形成完善的教學內容綱要，并提出教學方法的改革要向著理論知識與實際應用相結合的國際化方向發展，同時建立綜合評價機制。通過實踐，該課程教學改革取得了良好的成效。

［關鍵詞］計算機輔助設計；國際化；教學改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）13-0024-05

隨著我國經濟社會的快速發展，社會各領域都通過不斷轉型升級來適應新時代的發展需求，特別是在計算機和互聯網技術飛速發展的今天，機械制造行業的規模和實力不斷發展壯大，對理工科專業人才的需求也日益增加[1-3]。鑒于計算機輔助設計能力培養的重要性，國內外許多高校的工科專業都開設了計算機輔助設計等相關課程。計算機輔助設計是工程學中一門基礎的應用型課程[4]，旨在培養學生將工程技術問題轉化為數學幾何問題的能力，使學生能夠掌握徒手繪圖、儀器繪圖和計算機繪圖的基本技能，拓展學生的空間想象能力，培養學生的工程意識和嚴謹認真的工作作風[5-6]。在教學內容上，國外高校更注重實用性，注重與企業需求相結合，還有對學生實踐能力的培養；國內高校則更注重對學生制圖基礎理論知識的講授。因此，國內高校學生對制圖基礎理論知識的掌握更為扎實，而國外高校學生的優勢則在于動手實操方面（見表1）。在教學方法與形式上，國外高校更注重與實踐相結合，采用啟發式、討論式的方式進行授課；而國內高校多采用PPT進行課堂教學，再輔以線上視頻資源，因而學生的理論功底更為扎實（見表2）。

針對上述問題，本文開展了面向國際化的計算機輔助設計課程改革研究，以提升學生的實操能力、匹配行業需求、培養復合型人才為目標，通過將課程教學和實際應用、思政案例相結合，采用線上線下相結合的教學方式，建立起一套綜合評價體系，為國家培養綜合性工程技術人才提供制度保障。

傳統計算機輔助設計的授課流程主要為“講授—作業—反饋”，在這個過程中，教師通過講授的形式向學生傳授基礎知識以及計算機繪圖軟件相關知識。一方面，通過布置紙質作業培養學生的手工繪圖及讀圖能力；另一方面，通過布置3D軟件建模作業培養學生的計算機繪圖以及空間想象能力，最終通過作業結果反饋學生對知識點的掌握情況[7-8]。然而，由于計算機輔助設計課程具有專業基礎性強、課程內容量大、學習難度大等特點，因此，學生在學習過程中往往難以跟上教師的上課節奏。

一、現有課程的特點及現狀

（一）課程主要特點及內容

1.專業基礎性強

計算機輔助設計課程是工程學中的一門應用型基礎課程，專業基礎性強，不僅著重培養學生的讀圖、識圖、繪圖能力等專業基礎能力，還培養學生的空間想象能力、構思能力、邏輯思維能力及解決問題能力，培養學生嚴謹的學習態度。

2.理論知識豐富

計算機輔助設計主要包含兩方面內容：一是工程識圖，二是工程制圖。工程識圖是通過二維平面圖識讀三維空間形體（從二維到三維），工程制圖是將三維空間形體用二維平面圖表達出來（從三維到二維）。在學習過程中，學生要學習包括制圖、投影基礎、立體投影、組合體、軸測圖、機件的表達方法、標準件與常用件、零件圖及裝配圖等知識。

3.學習能力要求較高

計算機輔助設計不僅考查學生的學習能力，還對學生的空間構圖能力、手繪能力等提出了更高的要求。由于部分學生的空間構圖能力、思維轉換能力不足，該課程的學習難度較大。

（二）計算機輔助設計課程現狀

針對該課程專業基礎性強、課程內容量大、學習難度大等特點，國內部分高校的傳統教學形式以課堂理論教學為主，以手動繪圖作業為輔，教師需綜合考慮學生的學習能力及接受程度。在學習過程中，部分教師更注重理論知識的講授，學生被動地接收理論知識，難以參與到課堂當中。

部分高校的計算機輔助設計課程作業以手繪圖為主，僅考查學生對書本知識的理解程度，且內容多為簡單組合體，很難激發學生的學習熱情和創新思維。上機課程作業僅是對書本上簡單模型的構建，沒有與生活、企業項目等實際內容結合起來?，F有教學內容以理論知識傳授為主，對實踐能力的培養尚有欠缺。

計算機輔助設計課程中思想政治教育元素較少，且考核方式單一，難以全面考核學生的綜合能力。目前部分高校的計算機輔助設計課程對學生的思想政治引領作用較差，難以實現立德樹人的教育目標。普遍的考核方式為平時作業加上期中、期末考試，這種考核方式過于單一，無法全面評價學生的學習情況。部分學生往往通過考前突擊應付考試，學習效果較差。

結合上述問題，目前國內部分高校的計算機輔助設計課程所培養的學生的特點可概括為：理論基礎扎實，但實操能力有待提升。教師在教學過程中大多采用“講授—作業—反饋”的教學模式，講授的內容主要是基礎理論知識，對學生實際動手能力的訓練有待提升，學生無法深入了解各類機構、零件以及機械系統等知識。另外，思政元素的缺乏導致對學生思想政治素養的培養難以實現。

二、計算機輔助設計課程國際化建設與改革

計算機輔助設計課程并不是一門純理論的課程，而是與實踐聯系非常緊密的課程。為了提升學生的工程實踐能力，順應國際化需求，應結合計算機輔助設計課程的特點，充分利用現代科技手段進行國際化建設與改革。要先確定課程的教學目標，重構基于計算機三維建模技術的國際化教學課程體系，以學生興趣為導向建設面向對象的國際化教學模式，并設計完整的教學方案，形成一套綜合評價體系（見圖1）。

（一）教學目標確定

自《國務院辦公廳關于深化產教融合的若干意見》《國家職業教育改革實施方案》等文件下發以來，創新型、復合型、應用型人才逐步成為高等教育人才培養的主要方向[6]。計算機輔助設計課程作為工科專業學生必修的專業基礎課，其傳統的授課方式及內容已經無法滿足國家對高等教育人才的培養要求，因此，實施計算機輔助設計課程改革勢在必行。課程組針對目前國家和行業發展需要，確立了“提升學生實操能力、匹配行業需求、培養復合型人才”的教學目標。

（二）課程內容改革

為達到科學培養人才的目的，實施教學內容改革至關重要。計算機輔助設計的教學內容改革應基于國際化建設目標，以學生興趣為導向。教學內容應在理論講授的基礎上，進一步提升對學生實操能力的培養，更加面向國際化需求，與實際應用相結合，并在其中融入思政元素，從而更好地順應時代發展，滿足國家需要和行業需求，培養具備扎實的專業基礎知識、較強的動手能力及優良思想品質的復合型人才。因此，筆者提出對現有計算機輔助設計的教學內容進行改革，將思政元素融入課程內容，形成一套完整的教學內容綱要（見表3）。

課程內容改革要使課程內容既具備完整的知識體系，又主次分明，緊跟時代發展的步伐。當前，機械類產品的設計流程已經發生了轉變，從原有的“設計—繪圖—修改—加工”變為“構思—三維建?！抡妗晒こ虉D—加工”，這使得行業對機械類設計人員的要求從原來的具備較強的繪圖能力變為具備較強的建模能力。

因此，當前計算機輔助設計的教學內容應該進行相應調整。首先，課程內容要與CAD、CAM、CAE等內容有機結合。在結合過程中，要以計算機輔助設計的教學內容為主線，將三維設計的內容穿插進各個章節之中，并將思政元素與授課內容相融合。三維設計軟件選用SolidWorks設計軟件，作為一款國際通用的設計軟件，其被廣泛應用于機械設計行業，具有包括CAD、MOLD、CAE、CAM在內的多種功能，可以滿足教學需求。其次，通過具體案例實現思政與計算機輔助設計知識點的融合，使學生能在潛移默化中接受系統的思政教育。最后，在課程教學中引入社會主義核心價值觀等思想政治教育內容，發揮專業課程的價值引領作用。

例如，在講解第1章繪圖基礎時，原有的授課模式主要是通過板書或多媒體的方式向學生傳授制圖的基本知識。改革后，教師可以結合SolidWorks中的工程圖模塊進行講授，在講授過程中穿插一些軟件的基本繪圖命令等功能的介紹。同時，還可以向學生介紹CAD軟件卡脖子的問題，增強學生的危機意識，培養學生的使命感，同時培養學生不畏困難、勇于挑戰的精神品質。在這個過程中，學生的學習方式不再只是聽教師講解，而是可以參與到軟件的操作當中 ，從而激發學生的學習積極性，并培養學生的建模能力和實操能力。

（三）教學方法改革

傳統的計算機輔助設計課程授課模式主要是教師通過講授讓學生學習計算機輔助設計的相關理論知識。在該模式下，學生對制圖的相關基礎理論掌握得較為扎實，但是缺乏與實際工程或實踐的結合，難以做到對學生的全面提升，實現全方位育人目標。部分教師在課堂中加入了工程案例，但僅僅是通過工程案例引出相應的知識點很難系統、深入地讓學生理解知識點在實際工程中的應用，導致課程教學效果不理想。對于理工科專業的學生來講，其不僅要全面掌握基礎知識，還要將知識運用于實踐當中，只有這樣才能真正做到學以致用。因此，當下教學方法的改革應該向著理論知識與實際應用相結合的方向發展。

對于面對面的課堂授課，不僅要采用多媒體教學，而且要讓學生參與到課堂當中，因此，課程需要在多媒體機房進行。首先，在上課期間，對于抽象的立體圖，學生可以隨時使用SolidWorks軟件將其繪制出來，便于學生理解和掌握相應的知識點，這樣不僅可以提升學生的課堂參與感，培養學生的建模思維和建模能力，更能激發學生對基礎知識的興趣，加深學生對知識點的印象，真正理解該知識的實際應用領域和運用方法，從而幫助學生將課堂上學到的知識真正運用到實際工程當中。其次，將國外高校的教學經驗與實踐應用的教學模式相結合，在注重對基礎知識講解的基礎上，增加對計算機設計軟件的操作及相關應用等內容，將更多的時間留給學生自由發揮。最后，引入項目實踐，讓學生參與到企業工程項目之中，自主設計建模，完成零部件和裝配體的制造與加工，提高學生的學習熱情和動手能力。

另外，隨著“互聯網+”時代的到來，精品開放課、慕課等優質教育資源不再稀缺，學生獲取信息的渠道越來越豐富，同時學生主動獲取知識的意愿和能力逐漸增強。所以在教學方式上，應該采用線上線下相結合的混合式教學，充分利用線上的課程資源，將傳統線下授課模式和線上授課模式相結合，實現符合新時代教育需求的教學改革。

（四）考核方式改革

面向專業實際應用的要求，專業課程考核方式也需要進行調整和改革，因此，課程組建立了綜合評價機制（見圖2）。為避免期末考試“一刀切”的現象，解決單一考核方式對學生評價不全面的問題，本課程增加了能力評價，并細化了課堂和課后評價指標，旨在加強對學生綜合能力的考查，做到既考查知識，又考查能力。

該評價機制主要包括課堂評價、課后評價以及能力評價三個方面，其中，課堂評價包括課堂表現及課堂測驗兩部分。課堂表現指標主要是為增加學生的學習積極性及課堂參與感，對積極主動回答問題的學生采取增加平時分的獎勵機制。課堂測驗采用選擇題的形式，在課堂剛開始時進行，測驗內容為上節課的知識，一方面幫助學生回顧，另一方面使學生盡快進入上課狀態。課后評價主要包括線上視頻、課后作業以及期末考試。線上視頻主要采用慕課平臺教學資源幫助學生查缺補漏，課后作業的主要形式為上機作業，通過三維建模、工程圖出圖等方式培養學生將知識運用于實踐中的能力，并提高學生的建模能力。期末考試采用線下考核的方式進行，主要考查學生對基本知識的掌握程度，主要題型為選擇題、填空題、識圖題，減少手繪考試題目所占的比重。能力評價主要考查學生對理論知識的實際運用能力，考查方式為：學生在結課前兩周選一個自己感興趣的項目，該項目可以是自行設計新產品，也可以是對現有產品進行建模，學生選定項目后，利用所學知識結合SolidWorks完成零件的設計、裝配等全過程內容，并通過錄制視頻的方式結合模型進行產品介紹，項目完成周期為一個月，最終提交模型及視頻，由任課教師進行評分。通過綜合評價機制實現對學生課程學習效果和實際應用能力的科學量化，能更好地發揮課程的價值引領作用。

（五）改革結果與反饋

課程經實踐教學改革后取得了良好的教學效果。統計結果顯示（見圖3），課程教學改革之后，學生的整體成績有所提高；與改革之前相比，學生的學習態度更加端正，學習熱情有了明顯提高，整體學習氛圍濃厚，學生的課堂參與度也明顯提高。

除此之外，在課程結課后，課程組征集了學生對本次課程改革的意見和建議，得到了學生的積極反饋。教師可以通過學生的反饋來思考課程下一步的改進方向，以學生的視角發現并解決教學改革中存在的問題。

三、結論

開展面向實際應用的計算機輔助設計課程改革研究，對于培養學生的實操能力、匹配行業需求、培養復合型人才具有重要意義。對于相關高校來講，在計算機輔助設計課程設置方面，要實現理論知識、實際應用與思政元素的有機融合，通過三維設計軟件的學習及操作培養學生對知識的實際應用能力，通過思政元素的引入培養學生求真務實、勤思多問和精益求精的精神。

在課程內容改革方面，既要具備完整的知識體系，又要主次分明，還要緊跟時代發展的步伐，將思政元素與知識點相融合，做到既能激發學生的學習積極性，又能培養學生的建模能力、實操能力，還能培養學生的憂患意識和愛國精神。

在教學方法方面，高校要結合國外相關教學經驗，向著理論知識和實際應用相結合的國際化方向發展，采用線上線下結合的混合式教學模式，提升學生的課堂參與感，培養學生的建模思維及能力。

在考核方式方面，高校要建立綜合評價機制，避免單一的考核方式對學生評價不全面的問題，細化考核指標，旨在加強對學生綜合能力的考查，做到既考查知識，又考查能力。

另外，還要將計算機建模與實際應用有機結合，融入思政元素，實現面向國際化的計算機輔助設計課程改革，以期實現學生的全面可持續發展，從而為社會培養高素質的應用型人才，實現中華民族的偉大復興。

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［責任編輯：劉鳳華］