機械類三維建模課程的課外工匠班的教學模式研究

摘 要：三維建模在工業中、大學生的學習中以及職業技能競賽中都有著相當的重要性?；谌S建模的課外工匠班的教學模式是一種獨立于行政班的教學模式，重構教學目標，制作教學資源，將學生按水平分成不同小組，利用課后時間以自學為主，老師定期進行輔導，并對不同學生提供個性化輔導和幫助，并建立完善的考核方法，最后成立工作室服務社會。學生在學習成績、技能競賽中都獲得了不錯的成績，在工作室中也完成了不少的企業項目。此教學模式效果顯著，可為其他課程的教學提供借鑒和啟發，為職業學校的高質量發展提供有力支持。

關鍵詞：三維建模 課外工匠班 教學模式研究

隨著三維建模技術的廣泛應用，掌握三維建模能力已經成為高職院校機械類專業學生的基本技能之一。有以“崗課賽證”機制下研究三維建模課程的[1]，有基于成果導向研究三維建模課程改革的[2]，有面向應用創新能力進行課程改革的[3]，還有基于CDIO課程體系的教學改革的[4]。本課題組將開設課外工匠班入手，將三維建模課程與提升學生職業能力，以及對標技能競賽相結合，摸索出一條獨特的教學模式。

1 三維建模的重要性

1.1 三維建模在工業中的應用

隨著科技的發展，三維建模在工業中的應用越來越廣泛，在產品設計和開發、制造和加工、產品可視化和展示、增強現實（AR）和虛擬現實（VR）、售后服務和維修等方面都有著越來越重要的應用。

1.2 三維建模對大學生的作用

1.2.1 增強空間想象力

在虛擬的三維環境中進行設計和操作，從而幫助他們培養空間想象能力。

1.2.2 加強設計能力

通過三維建模，學生可以更加直觀地呈現設計思路和結果。

1.2.3 提供實驗平臺

學生可以在建模軟件中模擬機械部件或系統的運行過程，測試其性能和參數，并進行優化設計。

1.2.4 增加學習興趣

以動畫的形式展示機械零件的運動和工作過程，增加學習的趣味性和可視化效果。

總之，通過三維建模技術，對學生的學習具有積極的促進作用，有助于他們更好地掌握機械設計原理和技術，提高專業水平和職業能力。

1.3 三維建模在職業技能競賽中的重要性

職業院校與普通高校的一大區別在于，職業院校強調職業技能的掌握，而衡量職業技能的一個重要途徑就是參加職業技能大賽，因此職業技能大賽在職業院校的教育水平評價體系中有著獨特的地位。目前主要的技能競賽有世界技能大賽、全國職業院校技能大賽等，其中多個賽項都與三維建模有關，包括：CAD機械設計、數字化設計與制造、工業數字孿生、“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽等。

在這些技能競賽中，都需要利用三維軟件設計、制作各種三維模型，有的還需要進行裝配、出二維工程圖、進行動畫演示、圖片渲染、進行應力分析等。各個競賽對三維軟件的操作要求各有不同，但基本的三維建模要求是相同的。

2 成立課外工匠班的作用

2.1 是對課程的有益補充

本校只在少數專業開設有三維建模課程，大部分專業并沒有開設。因此開設三維建模的課外工匠班，利用課余時間組織學生進行學習，是對課程的有益補充，同時為今后大規模開設相關課程提供一定經驗。

2.2 為技能競賽選拔好選手

職業院校大一學生的知識和技能都有所欠缺，大三學生則忙于寫論文找工作，所以大二學生成為職業技能競賽的主要選拔對象。而學校中少數專業開展的三維建模課程都在大二或者大三，對于選拔學生參加技能競賽并沒有太多的作用。在大一就成立三維建模課外工匠班，招收對此有興趣的學生進行學習，能增加學生的學習時間，從而選拔出優秀的苗子，在技能競賽中取得好成績。

2.3 避免職業技能大賽的通病

舉行職業技能大賽的最初目的是提升學校的教學效果，提高學生的職業技能。然而，在現實過程中，學校往往只挑選幾個學生進行突擊式訓練，忽視了廣大學生的需求。這種情況的出現既是學校追求速成效果的結果，也是因為競賽項目的難度超出了許多學生的接受能力，無法簡單引入課程體系。

為了解決這一問題，課程團隊決定建立課后工匠班，讓學生根據自己的興趣自愿學習，同時將與技能建賽相關的三維建模內容細分，讓學生能夠選擇適合自己學習興趣和能力的層次進行學習。根據學生的學習成績，頒發不同水平的工匠證書，以激發他們的學習興趣。這樣既能選拔競賽苗子，提高競賽成績，也能更好地服務廣大學生，滿足不同層次學生的需求，提升他們的職業技能。

2.4 避免行政工匠班的弊病

過去，學校曾經實施過行政工匠班，通過一段時間的考查，從各班級挑選優秀的學生組成工匠班。但是，這種方式有著非常明顯的弊病，那就是原本各班級的優秀學生被抽調出去了，剩下的學生在學習能力、學習積極性、學習習慣上都有著明顯的不足。不僅如此，剩下的學生會感覺自己被“淘汰”，學習積極性會受到明顯影響，從而導致整個班級的學習氛圍下降，進而間接影響整個學校的學風。

3 課外工匠班的實施

3.1 明確教學目標

教學目標的設定是教學的前提。課程團隊通過企業調查、技能競賽賽題研究、參考相關課程等方式，分析歸納相關數據。然后修改人才培養計劃、職業崗位要求、職業能力需求、課程設置等內容。選取或改造企業實例、技能競賽賽題，作為教學案例加入課程中，豐富教學內容，提升教學效果，滿足崗位需求，培養職業能力，讓教學與企業需求相符。

實際操作中，將教學內容分為五部分：1、三維軟件草圖的繪制，要求學生掌握二維草圖的繪制。2、三維軟件基本的建模方法，要求學生掌握拉伸、切割、旋轉等基本建模命令，通過典型機械零件的建模實例來激發學生的學習興趣。3、裝配體的基本操作，要求學生掌握各種約束命令，組裝成不同的典型裝備體。4、二維工程圖的生成，讓學生將三維模型生成工程圖，同時進行標注，能更好地提高學生的識讀工程圖和建模的能力，對機械零件各個部分的作用有了更清晰的認識。5、圖片、動畫渲染等，讓學生對自己做的模型進行渲染，達到企業宣傳產品的圖片、動畫效果，提升學生的興趣，增強其成就感。教師可以根據實際情況，為不同階段的學生設置教學目標的設置不同，適當改變課程內容所占課時比例，從而調整重點教學內容。

3.2 制作教學資源

由于學生主要利用課余時間自學為主，可能沒有較長的學習時間，而以碎片化的短時間為主，所以如何保證教學效果的同時又要保證學生自主學習的積極性就是一個難點。最好的辦法就是選擇合適的項目，并針對每一個項目制作合適的圖片、PPT、動畫、微課視頻等格式。

在實際操作中，由老師挑選合適的項目載體，經討論后確定需要制作的資源格式、內容，老師和一部分骨干學生共同參與制作。讓骨干學生參與進來，不但能減輕老師的負擔，還能讓學生在參與制作資源的過程中加深對知識與技能的理解，同時發現自己的不足之處，迫使他們通過學習以彌補缺點，進而形成一個良性循環。

3.3 課后工匠班的組成和運作

從學生大一開始，通過輔導員宣傳、發放宣傳資料等方法進行廣泛動員，讓學生充分了解并鼓勵加入。

課后工匠班是利用課后業余時間，以興趣為先導、自學為主，因此不限制學生的班級、年級、專業，學生可以根據自己的實際情況選擇學習不同的內容和難度，學生也隨時可以加入或者退出，采取完全自由的方式。因此，課后工匠班并不適合采用統一時間、統一地點的集中授課。

在實際操作中，課后工匠班的老師由一名主教師和多名輔助教師組成，主教師負責整體的教學指導和管理工作，輔助教師負責協助主教師進行具體的教學工作。同時，招募一些高年級的學生作為助教。在組織形式上主要采用課后小組為單位，將學生按照水平分為不同的組，教師或助教學生任組長，協調組內學生的學習和討論工作，組內定期組織學習和討論，并對不同學生提供個性化輔導和幫助。同時輔以半個月一次的集中討論，主要讓各組介紹自己的學習情況、心得體會等，老師對不同組進行點評，表揚學習進步的組和成員，鼓勵落后的學生，并適度對不同組的學員根據學習進度進行調換。老師偶爾從課題、企業的需求中選擇一些合適的內容發布實踐活動，讓學生參與到實際的應用中，一來可以提高學生的積極性，二來可以豐富對學生的評價手段。

3.4 建立完善課程考核方法

傳統課程的考核通過試卷的形式進行，這種方法不符合課后工匠班的特點，需要針對學生的實際情況，選擇合適的考核形式。

在實際操作中，采取評價+實操兩種方式進行評價。

評價是通過學生完成的作品和項目，由老師評價、同組互評和學生自評相結合的方式。對于在平時學習過程中突出的學生，特別是單獨或者輔助老師完整了某些項目的學生，老師可以根據其平時表現直接給予分數，不參加實操考試。

對于一些平時不怎么活躍，老師或者助教學生不清楚實際學習效果的學生，就采用實操的考核方式。實操是教師根據教學內容提供某個機械零件圖紙，讓學生使用軟件進行三維建模等操作，以此來評價學生的軟件操作熟練程度與繪制機械零件的能力。最后，根據學生的學習成績和表現，頒發相應的工匠證書，激發學生的學習興趣和動力。

3.5 成立工作室，服務社會

通過調查了解，團隊老師發現很多小型企業由于成本的限制，并沒有專門的三維建模設計師，但企業本身對三維設計、出工程圖、制作機械運轉視頻、逆向建模等方面都有著一定的需求，加上國家鼓勵大學生創新創業，課程團隊決定設立機械設計工作室，解決一部分企業在上述方面的困難。

機械設計工作室以團隊教師為指導，課后工匠班學生為主體，通過網絡平臺進行宣傳，提供繪圖、設計、建模等相關服務。當接到企業的任務需求后，工作室的管理員將需求分發給相應的學生團隊，先由學生團隊進行設計，再由教師進行把關，確認符合企業要求后，再將成果交給企業，并收取一定的設計費用。

4 教學效果

4.1 增加學習興趣

課后工匠班的學生們有機會接觸到不同領域的知識和技能，并且通過實踐項目的開展，加深他們對所學的知識和技能的掌握和理解。通過完成企業任務的成就感和設計費激勵的正向反饋，極大地激發了學生的學習興趣，讓他們更加主動、自覺地學習新知識、鉆研新技能，為將來的工作打下堅實的基礎。

4.2 知識技能扎實

課后工匠班的學生在做畢業設計時，在二維工程圖、三維建模方面都普遍強于其他同學，表明他們在這方面扎實的基本功。

4.3 自學能力提升

在畢業實習的過程中，工匠班的學生不僅在學校教授的知識和技能方面普遍表現出色，也在新知識的接受、自主學習等方面表現更加優異，得到了企業的普遍認可和贊賞。這一方面證明了對學生知識和技能培養的成效，另一方面也體現了對學生自學能力培養的效果，這對他們今后的職業生涯更加重要。

4.4 競賽成績優異

課后工匠班為多個職業技能競賽培養了一批優秀的技能競賽選手。比如，在CAD機械設計技能大賽中，課外工匠班的多個學生獲得了省賽一二三等獎。在“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽中，也有多個課外工匠班的學生獲得了國賽一二三等獎。學生的出色表現為學校增光添彩。

4.5 教師水平提升

在教師參與課后工匠班的過程中，不斷了解行業的最新動態，參與相應學習進修，申報了相關的課題，發表了相關的論文。這不僅讓教師個人的能力和教學水平有了明顯的提高，還為教學改革提供了經驗和思路。

4.6 服務企業成果顯著

在機械設計工作室成立的一年多時間中，共完成企業任務100余項，內容包括零部件測繪、CAD繪圖、三維建模、增材制造、動畫制作等方面，共收到設計費十五萬元，除了一小部分用于維護工匠班正常運轉、購買設備外，其余都發放給參與任務的學生。

例如，有個農產品企業找到機械設計工作室，需要設計一款能拾取橘子的機械抓手。工作室老師與學生通過多次詳細地溝通，確定產品的設計要求、性能、材料、加工工藝等內容，建模設計了樣品，交由廠家試生產。在廠家生產、驗證并反饋問題后，老師與學生一起改進設計，再由學生進行建模。如此反復多次，最終成功地設計出了這款橘子抓夾。同學們、老師都深受鼓舞，也獲得了一筆可觀的設計費。

在這一年多時間內，工作室和四家企業建立了穩定的合作關系，為他們每家企業都解決了不少于5項技術難題，甚至有老師帶領學生曾親赴浙江企業現場為他們測量產品、建模并提供技術指導。在經過企業同意的前提下，工作室老師從參與的這些項目中選取了三十多個做成教學案例，供后續的教學使用，極大地充實教學資源庫。

機械設計工作室的成立，讓學生參與到各個實際項目中，并且做完一個項目，立刻就能收到設計費，這種直接快速的正向反饋機制，遠比半年一次的期末考試和一年一次的技能競賽來得頻繁、直接，這極大地激發了學生的學習興趣。學生們經常為了克服一個項目的難點，自覺地請教老師，或者上網學習，真正達到了學生自學，老師一旁指點的理想狀態。同時，為這么多企業工廠解決了生產過程中的各種問題，也能提高這些企業的生產效率，為社會創造價值，同時還符合國家大力推廣大學生創新創業的政策。

5 結語

基于三維建模的課外工匠班的教學模式，利用課余時間讓有興趣的學生自主學習，提升學習效果，提高學生的職業能力，同時成立機械設計工作室讓學生參與到企業的項目中，不但提升了他們的能力，激發了學習積極性，還服務企業為社會創造財富。但是，此模式在運轉過程中還有很多的不足之處，需要在實踐中不斷改進提高。

基金項目：湖南省教育廳科學研究課題：基于技能競賽的《CAD機械設計》課外工匠班教學模式的探索與實踐（項目編號：22C1411）。

參考文獻：

[1]楊梓嘉.“崗課賽證”綜合育人機制下三維建模基礎課程的教學改革探索[J].柳州職業技術學院學報，2023，23（3）：89-94.

[2]張麗婷.基于成果導向的“三維建模與仿真”課程教學改革探究[J].模具制造，2023，23（10）：49-51.

[3]李林.面向應用創新能力培養的三維建模課程改革實踐[J].科教導刊（電子版），2023（21）：18-20，24.

[4]張宇晴，李小英，張金穎.基于CDIO課程體系的三維建模課程改革研究[J].大學教育，2018（5）：80-82.