陳炎冬，鄧 斌，李文霞，張亞勤

（無錫太湖學(xué)院智能裝備學(xué)院，江蘇無錫214064）

0 引言

“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程是一門應(yīng)用型本科機(jī)械類專業(yè)非常重要的專業(yè)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(yùn)用前面所學(xué)的理論知識，又可以為實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)甚至為就業(yè)提供非常實(shí)用的技能儲備。項(xiàng)目化教學(xué)法，是通過教師提出具體的任務(wù)，然后進(jìn)行任務(wù)分解，教師組織學(xué)生或?qū)W生自主組建團(tuán)隊(duì)或項(xiàng)目組，共同根據(jù)任務(wù)完成該項(xiàng)目任務(wù)的教學(xué)活動。在教學(xué)過程中，可以著重培養(yǎng)職業(yè)崗位能力，根據(jù)各專業(yè)崗位的實(shí)際工作需要，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。通過項(xiàng)目教學(xué)法可以使得學(xué)生主動參與到真正的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中來，而不是簡單機(jī)械式的學(xué)習(xí)命令，可以更有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和職業(yè)能力。能力本位和需求導(dǎo)向的理念［1-3］已經(jīng)在國內(nèi)外有很多成功的實(shí)踐，以美國、加拿大為代表，產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。其核心是從職業(yè)崗位的需要出發(fā)，確定能力目標(biāo)。而本文提出“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革，也是基于該理念而進(jìn)行的項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 “三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)與項(xiàng)目化教學(xué)的區(qū)別

首先，教學(xué)方法不同。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是由任課教師逐一講解或者演示軟件的命令。學(xué)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(diǎn)。而項(xiàng)目化教學(xué)法，則是任課教師首先了解學(xué)生對于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)知識的掌握情況，然后根據(jù)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的授課內(nèi)容提出項(xiàng)目任務(wù)，和學(xué)生一起根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識和命令的具體使用方法，最后完成學(xué)習(xí)的項(xiàng)目任務(wù)。注重“講”“學(xué)”“練”交叉進(jìn)行。

其次，互動更靈活。傳統(tǒng)的教學(xué)方法上，由教師講授命令，學(xué)生聽，顯得很枯燥。學(xué)生容易開小差，發(fā)現(xiàn)問題也不能及時地請教老師，收不到良好的教學(xué)效果。項(xiàng)目化教學(xué)法則可以讓學(xué)生和老師及時地溝通和交流，及時地發(fā)現(xiàn)問題，有目的地引導(dǎo)，正確快速地完成項(xiàng)目任務(wù)。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(xué)生和老師的距離更加的近。

最后，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐過程。傳統(tǒng)教學(xué)方法中對于學(xué)生來說實(shí)踐環(huán)節(jié)只是偶爾參與或者觀摩式實(shí)踐教學(xué)，更多的是聽、看、記，實(shí)踐意識淡薄，導(dǎo)致學(xué)生對此環(huán)節(jié)知識點(diǎn)的記憶并不是很深刻，而且最關(guān)鍵的是課堂基本上不講解企業(yè)的案例，都是為命令而設(shè)計(jì)案例。項(xiàng)目化教學(xué)法，是以需求導(dǎo)向來設(shè)計(jì)案例，案例更加接近企業(yè)的實(shí)際需求；學(xué)生則需要根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)去思考、去找尋完成任務(wù)的方法和步驟，同時安排學(xué)生一定時間的實(shí)踐操作。這樣，讓學(xué)生帶著目的和任務(wù)去聽課和學(xué)習(xí)，有了想法馬上可以親手實(shí)踐，使得大部分學(xué)生更快更好地掌握復(fù)雜的命令。如此，教學(xué)相長，老師和學(xué)生都有較高的成就感，可以收到意想不到的教學(xué)效果。由此可見，項(xiàng)目化教學(xué)法的核心是“任務(wù)驅(qū)動，教學(xué)相長”。當(dāng)任課教師在給學(xué)生提出項(xiàng)目任務(wù)時，提出相關(guān)的問題，以引起學(xué)生的好奇心和激發(fā)其興趣。在整個項(xiàng)目任務(wù)的完成過程中，讓學(xué)生有明確的任務(wù)目標(biāo)，教師擔(dān)當(dāng)項(xiàng)目實(shí)施中的引導(dǎo)者和教學(xué)服務(wù)者的角色。如此一來，教師和學(xué)生都共同圍繞著同一個目標(biāo)，共同發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，一起學(xué)習(xí)一起收獲，“教的有所得，學(xué)的有所得”，這是雙贏的結(jié)果。

綜合來說，未來本課程將是線下和線上混合模式進(jìn)行實(shí)踐，線上配以各個項(xiàng)目的教學(xué)視頻（如中國慕課、超星公司的學(xué)習(xí)通等平臺），供學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，經(jīng)過實(shí)踐證明可以明顯提升學(xué)生的學(xué)習(xí)時間，也是提升教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以后將在線上環(huán)節(jié)展開更多的教學(xué)改革。另外線下為綜合的項(xiàng)目教學(xué)，應(yīng)全程在機(jī)房或翻轉(zhuǎn)教室，并配有輔助教學(xué)管理軟件（如極域）的教學(xué)環(huán)境下實(shí)施教學(xué)過程，這樣可以為學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐的過程中體驗(yàn)實(shí)時完成任務(wù)的成就感和得到團(tuán)隊(duì)合作精神的鍛煉。

2 項(xiàng)目教學(xué)法在“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程中的實(shí)踐

2.1 “三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

隨著“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”技術(shù)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(shù)字化設(shè)計(jì)”的教學(xué)內(nèi)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(shí)施教學(xué)，主要目標(biāo)是讓學(xué)生掌握機(jī)械零件的三維數(shù)字化草圖設(shè)計(jì)、建模設(shè)計(jì)、部件裝配、零件和裝配的工程圖設(shè)計(jì)以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真等知識，也是企業(yè)各種職位對于學(xué)生的能力要求，如圖1所示。

圖1 “三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程的知識模塊或企業(yè)對學(xué)生的能力要求

由于“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程的課時一般較少但內(nèi)容很多，因此不可能像傳統(tǒng)教學(xué)一樣單調(diào)地講解軟件里每個相關(guān)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(shù)量都非常龐大，不可能面面俱到，因此不能只強(qiáng)調(diào)學(xué)生記住命令的用法，而對于軟件命令如何去解決實(shí)際問題的內(nèi)容很少，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)的知識與企業(yè)需求脫機(jī)嚴(yán)重，進(jìn)了企業(yè)還要自學(xué)或培訓(xùn)。因此，可以將UG 軟件的必學(xué)知識模塊穿插在每個具體的工程項(xiàng)目里，進(jìn)行項(xiàng)目化組織教學(xué)內(nèi)容。同時，各個項(xiàng)目之間在難度方面逐漸增加，從而可以讓學(xué)生在不知不覺中，逐步掌握零件的設(shè)計(jì)與加工技術(shù)，有利于教學(xué)效果的提高。下面以一級圓柱齒輪減速器為例介紹“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”的項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路（見圖2）。

至于選學(xué)內(nèi)容，可根據(jù)各不同學(xué)校的專業(yè)特色，從機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真、零件的有限元分析、逆向設(shè)計(jì)方法、3D 打印等選擇合適的1～2 個內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，其余需要的時候自學(xué)，或在線上設(shè)置自學(xué)模塊但不做考核。

2.2 “三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施過程

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

2.2.1 任務(wù)發(fā)布

任務(wù)發(fā)布形式：①課前在線上學(xué)習(xí)平臺發(fā)布參考圖紙和要求（供預(yù)習(xí)用）；②在課堂開始時進(jìn)行任務(wù)講解和分配。

2.2.2 項(xiàng)目涉及相關(guān)知識點(diǎn)提示

提示過程可以畫之前講，也可以在學(xué)生畫的過程中提示。

2.2.3 項(xiàng)目演示過程

項(xiàng)目操作過程的演示：可以提前錄制，在現(xiàn)場講解，也可以一邊講解一邊錄制，然后課后發(fā)給學(xué)生可以反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，防止學(xué)生只在課堂聽一遍沒記住而導(dǎo)致知識點(diǎn)不能掌握的情況。

2.2.4 學(xué)生上機(jī)練習(xí)

圖2 一級圓柱齒輪減速器項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路

圖3 軸的零件

學(xué)生練習(xí)時機(jī)不是死的，需要結(jié)合設(shè)計(jì)的知識點(diǎn)穿插進(jìn)行，比如本案例的建模過程和工程圖設(shè)計(jì)過程應(yīng)該分開，即：①老師建模演示完，學(xué)生開始練習(xí)；②老師演示工程圖過程，學(xué)生再進(jìn)行練習(xí)工程圖部分。

為了更清晰地反映“三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過程，將課程的線上線下混合教學(xué)的過程進(jìn)行了總結(jié)并繪制了如下流程圖，如圖4所示。

通過以上例子可以發(fā)現(xiàn)，首先知識點(diǎn)是機(jī)械專業(yè)知識的有機(jī)組合，不是簡單的知識點(diǎn)相加，幾個知識點(diǎn)組合是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境設(shè)置，更有利于學(xué)生學(xué)以致用。同時，讓教師先提出項(xiàng)目任務(wù)，和學(xué)生一起根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)學(xué)習(xí)相關(guān)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(xué)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(xué)生可以更及時更直接地發(fā)現(xiàn)自己的不足，這樣的學(xué)習(xí)效率比傳統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)步更快更明顯。由于學(xué)生課堂時間內(nèi)直接參與實(shí)踐，大大地吸引了學(xué)生的注意力和參與度，學(xué)生通過獨(dú)立完成項(xiàng)目非常有成就感。特別需要指出的是，在整個項(xiàng)目實(shí)施過程中引導(dǎo)學(xué)生主動去線上平臺提前預(yù)習(xí)知識點(diǎn)、任務(wù)要求和課后反復(fù)觀看演示視頻，是保證軟件學(xué)習(xí)質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.3 在項(xiàng)目式教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)

2.3.1 培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力

把班級同學(xué)分成若干個小組，每個小組大約3～4名同學(xué)，每組選出一名同學(xué)為組長。各組組內(nèi)成員為了團(tuán)隊(duì)目標(biāo)而相互協(xié)作，從而可鍛煉組內(nèi)同學(xué)與人溝通、合作的能力。這種團(tuán)結(jié)協(xié)作精神是現(xiàn)代企業(yè)精神的重要組成部分，是促進(jìn)企業(yè)凝聚力、競爭力不斷增強(qiáng)的精神力量。

2.3.2 培養(yǎng)學(xué)生的自信

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

2.3.3 培養(yǎng)學(xué)生的企業(yè)化項(xiàng)目實(shí)踐能力

安排課外大作業(yè)主要采用企業(yè)化的思路來進(jìn)行。在老師的指導(dǎo)下，通過8周時間的課外大作業(yè)鍛煉，可以培養(yǎng)學(xué)生自主完成一個創(chuàng)意項(xiàng)目的初步能力，即實(shí)施一個完整的項(xiàng)目，從產(chǎn)品調(diào)研、制定方案討論并改進(jìn)方案、描繪藍(lán)圖、初步實(shí)施、討論改進(jìn)細(xì)節(jié)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、最終完成作品原型，然后制作作品說明書以PPT形式來表達(dá)作品，同時為提升作品的表現(xiàn)力制作相關(guān)動畫視頻等。

3 結(jié)語

以能力本位、需求導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)模式，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)還給學(xué)生，把主動獲取知識的過程交給學(xué)生，讓學(xué)生在看、動、做、畫、想的過程中自我發(fā)現(xiàn)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(xué)得輕松、愉快。老師是整個課堂教學(xué)的導(dǎo)演，又是和學(xué)生一樣的演員，學(xué)生和老師之間零距離合作完成接近企業(yè)實(shí)際的項(xiàng)目，使學(xué)生能夠更加自主地學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)興趣和成就感。

圖4 “三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過程