韓正功+王建平+邵芳

【摘 要】本文分析了傳統(tǒng)教學模式的弊端，重新從測繪課本身的培養(yǎng)目標出發(fā)，結(jié)合CDIO工程教育理念，引入虛擬仿真技術(shù)，提出基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式，并以本校機械專業(yè)試點，對教學手段、教學模式和考評體系三方面進行探索與實踐。實踐證明，CDIO理念下基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式更有利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和工程能力，有利于提高教學質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】CDIO ? ?機械制圖測繪 ? ?虛擬仿真 ? ? 考評體系 ? ?“虛—實”結(jié)合實踐教學模式

機械制圖測繪課是機械類專業(yè)必修的基礎(chǔ)性實踐教學環(huán)節(jié)，它是本科生在學習完《機械制圖》理論課程后首次進行的設計訓練。為了進一步鞏固學生制圖基礎(chǔ)知識，提高學生識讀、繪制機械圖紙能力，這一環(huán)節(jié)必不可少。近幾年來，受到CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，構(gòu)思—設計—實施—運作）工程教育思想及理念的影響，如何更好地培養(yǎng)學生綜合運用所學的理論知識來解決實際問題的能力、培養(yǎng)高素質(zhì)應用型工程技術(shù)人才，已成為高校教育教學改革的重要內(nèi)容。

1 機械制圖測繪課程教學現(xiàn)狀及存在問題

1.1教學手段有機整合度不夠

傳統(tǒng)的機械制圖測繪的教學手段是“黑板加粉筆”，它的最大缺點是課堂信息量少，不直觀，讓學生在短時間內(nèi)對測繪對象的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以充分理解及構(gòu)想，導致學生積極性降低。隨著計算機及多媒體技術(shù)的普及，情況雖然有所改善，但部分教師一味依賴多媒體課件教學，導致學生注意力都集中在動畫效果上，對本身就略顯枯燥的教學內(nèi)容失去耐心，影響教學效果。

1.2教學模式柔性及靈活性不夠

傳統(tǒng)的機械制圖測繪教學模式是以教師為中心，采用“填鴨式”、滿堂灌的教學方法，根據(jù)教師要求，學生按部就班地進行手工繪圖，若繪圖時出錯，可能會需要不斷返工，工作量大;在本來測繪時間就緊張的情況下，會導致學生為了追求繪圖速度，只是機械地模仿畫圖，忽視了對零件設計、工藝結(jié)構(gòu)、尺寸標注合理性等方面知識的理解和綜合運用。

1.3考評體系多樣性及科學性不夠

傳統(tǒng)的機械制圖測繪的考評體系是以學生最終上交圖紙的準確性及規(guī)范性定量給分評價。這種評價形式單一，缺少多樣化，忽略了學生在教學過程中的主體作用?！耙患埗ǔ煽儭钡脑u價形式，會導致評價的片面性和偶然性，這在相當程度上扼殺了對學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)以及忽視了學生的個性發(fā)展。

如何有效整合教學手段，設計創(chuàng)新教學模式，改革完善考評體系，都是擺在教學一線的高等教育者面前亟待解決的問題。

2 CDIO理念下“虛—實”結(jié)合的實踐教學模式

2.1CDIO工程教育理念

CDIO工程教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，它是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，按照構(gòu)思、設計、實施、運作的過程，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO的核心是一體化教育，把學生要培養(yǎng)的能力和需提升的素質(zhì)貫穿于大學學習的各方面，突破了傳統(tǒng)的教育理念和模式。CDIO模式比較符合現(xiàn)代應用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的一般規(guī)律，為我國工科教育的改革提供了一個很好的理論依據(jù)。如何將CDIO理論更好地滲透進某一具體課程是任課教師長期探索的方向。

2.2基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式

“虛—實”結(jié)合實踐教學模式是利用虛擬仿真技術(shù)來輔助實際模型的測繪過程。筆者在實際實施過程中考慮學生能力及軟件易學好用的特點，所采用的虛擬仿真技術(shù)是利用SolidWorks三維仿真系統(tǒng)來輔助對實際機件模型的測繪，實現(xiàn)測繪結(jié)果由二維工程圖向三維幾何實體模型的轉(zhuǎn)變，注重培養(yǎng)學生的實踐能力以及對新技術(shù)的了解與應用。

基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式是以學生為主體，以教師為主導，以實踐為依托，以虛擬為手段。學生在項目實踐過程中，利用虛擬仿真技術(shù)來輔助理解和把握測繪要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思想和方法，教師注重的不是最終的結(jié)果，而是學生完成項目的整個過程，如圖1所示。

圖1 CDIO理念下基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式

2.3CDIO理念下的項目設計

借鑒CDIO理念中三級項目教學的思想，構(gòu)建出課內(nèi)實踐與課外實踐相結(jié)合的項目教學體系，旨在以系列化的項目教學為載體，培養(yǎng)出高素質(zhì)應用型工程技術(shù)人才。

CDIO理念下，教師對項目的設計需要遵循以下幾個原則：①科學性，項目須有利于開發(fā)學生的學習潛能，注意控制師生所花費的時間、精力在適度范圍內(nèi)，以防負擔過重;②系統(tǒng)性，項目要整合課程內(nèi)容，覆蓋相對廣泛的知識面，同時關(guān)聯(lián)教師培養(yǎng)與設施設備條件等，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神;③可實踐性，依據(jù)學生的實際知識水平設計難易程度適當?shù)捻椖?，調(diào)動其積極性;④層次性，項目既涉及學生當前掌握的內(nèi)容，同時又包含部分可自主學習探索的內(nèi)容，有一定的挑戰(zhàn)性;⑤自主性，項目要以學生的直接經(jīng)驗或體驗為基礎(chǔ)來開發(fā)和實施，鼓勵學生的自主選擇和主動探究。

2.4CDIO理念下基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式實施

根據(jù)本校實際，機械制圖測繪課是緊隨《機械制圖》及《計算機繪圖基礎(chǔ)》課程教學之后的實踐性教學環(huán)節(jié)，時間為一周，筆者把機械設計制造及其自動化專業(yè)的一個班級（50人）作為試點實施。

教師事先篩選出簡單易懂的裝配體，比如設計、測繪、組裝和表達軸系傳動，設計和表達齒輪油泵（各組參數(shù)不同），設計和表達一級減速器（圓柱齒輪減速器、錐齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器等），并編寫好《機械制圖測繪CDIO項目指導書》。教師在第一次測繪課將學生集中起來，提出該課程的要求，下發(fā)《項目指導書》，其內(nèi)容包括以下幾方面：①項目任務：自愿結(jié)組，分組拆卸、測繪、分析和研究已有裝配體模型，進行各零部件及裝配體的三維CAD模型創(chuàng)作，總結(jié)成果并創(chuàng)新設計;②項目目標：能夠正確使用常用測繪工具;掌握零部件的測繪方法與步驟;會簡單利用三維仿真軟件SolidWorks參數(shù)化建模并生成工程圖;③被測對象的說明：用途、性能、工作原理、結(jié)構(gòu)、裝配示意圖與零件明細表等。endprint

本文以一級圓柱齒輪減速器為例說明CDIO理念下基于項目的“虛—實”結(jié)合實踐教學模式實施過程。

2.4.1構(gòu)思階段

教師首先為每組同學下發(fā)圓柱齒輪減速器模型，在講解該工程實例的同時，引導學生回憶前面所學習的制圖理論知識，特別是機件表達和零件圖、裝配圖部分的內(nèi)容。在課內(nèi)，利用多媒體課件與視頻結(jié)合，展示減速器的工作原理、零件結(jié)構(gòu)等;在課外，組織同學們實地參觀減速器制造企業(yè)，由企業(yè)指導教師為學生介紹減速器的相關(guān)知識。通過理論與實際、抽象與具體、學校教師與企業(yè)教師多方位結(jié)合，讓學生建立感性認識的同時上升為理性認識，最后變成學生所獲得的經(jīng)驗知識。

2.4.2設計階段

為了給學生創(chuàng)造良好的測繪環(huán)境，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)測繪模式，充分利用學校的CAD/CAM實驗室，學生在前期已具備二維CAD（如AutoCAD）與三維CAD（如SolidWorks，只會部分基本操作）繪圖能力的基礎(chǔ)上，通過教師的引導和答疑，自主討論學習SolidWorks復雜零件的建模、零件庫與特征庫、裝配體和工程圖等部分內(nèi)容。教師嘗試讓學生用計算機繪圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖，目的在于鍛煉學生的自主學習、自我約束能力，注重培養(yǎng)學生的個人職業(yè)技能和職業(yè)道德。在三維仿真工具的選擇上，使用Solidworks作為繪圖工具，主要考慮到以下幾方面：①易學好懂，操作簡便。學生通過鼠標點擊、拖曳等簡單操作便可完成機械零件繪制，還支持右鍵菜單功能和復制、粘貼功能;②繪制規(guī)范，檢測全面?？筛鶕?jù)設計者的需求繪制出嚴格、規(guī)范的零件，并在繪圖的各個階段進行檢測，減低設計的失誤率;③裝配設計，生成圖紙。它們?yōu)檐浖奶厣δ?，能在軟件環(huán)境下裝配出新的機械元件，還能由三維模型直接生成工程圖。

2.4.3實施階段

學生借助SolidWorks工具，對減速器進行零部件的三維建模實體造型。除了減速器的部分零件（如箱蓋、箱體及透蓋等）需要學生自己建模之外，機械的常用標準件和常用件（如螺栓、墊圈、滾動軸承、鍵及齒輪等）可利用軟件自帶的零件庫與特征庫，直接拖拽使用或進行零件參數(shù)化設計，實現(xiàn)一次建模、多次使用，通過給定新參數(shù)，不斷得到新的零件模型。在整個實施過程中，零部件及裝配體的造型及設計都是基于SolidWorks平臺，這樣減少了傳統(tǒng)手畫圖紙的枯燥味，幫助學生建立對機械系統(tǒng)的學習興趣，還將學習的理論知識與機械行業(yè)的生產(chǎn)設計制造實際聯(lián)系在一起，在提高該課程教學質(zhì)量的同時，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力與工程應用能力，全面、系統(tǒng)地提高了學生的數(shù)字化設計能力。

2.4.4運作階段

此階段，教師結(jié)合課程合理安排時間給學生進行減速器零部件的測繪、減速器的裝配、計算機仿真模擬并生成工程圖紙。首先，按5人一組的原則自由分組，各組學生在拆卸零件后，利用游標卡尺、千分尺、鋼尺、外卡、內(nèi)卡等工具對減速器進行零部件的測繪，考驗學生對常用測繪工具的使用及動手能力、融會貫通所學知識的本領(lǐng)。其次，利用計算機進行減速箱零件的實體造型與裝配體實體造型。學生在組裝裝配體的過程中，可對裝配體各零件間進行干涉檢測與間隙檢測，以“測繪—建?！獧z測—修改”模式提高其測繪速度與質(zhì)量。最后，學生將符合要求的減速器的零部件與裝配體模型利用SolidWorks工程圖紙功能直接生成二維圖紙，與教師討論零件圖及裝配圖的表達方案，并標注尺寸、序號，填寫明細欄與標題欄等，進一步完善圖紙其他內(nèi)容，或者先將SolidWorks工程圖轉(zhuǎn)換成AutoCAD的DWG格式圖，再進行裝配圖相關(guān)內(nèi)容的完善和填補。“條條大路通羅馬”，通過這樣，既培養(yǎng)了學生的動手能力、團隊協(xié)作精神、交流溝通能力，又培了養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，進而培養(yǎng)了學生的工程意識和工程素養(yǎng)。待各項工作完成后，撰寫項目報告，制作PPT，分組進行匯報。

2.5課程管理與考評

機械制圖測繪課的教學目的就是讓學生綜合運用理論知識和工具解決實際問題的能力及團隊協(xié)作能力，教會他們一種思維方式。在整個CDIO項目的實施過程中，教師一定要加強對項目的督促和指導，突出學生主體地位，掌控整個教學進程，對學生在基礎(chǔ)理論知識、工程技術(shù)能力以及綜合素質(zhì)等方面進行全面綜合考核。

在傳統(tǒng)測繪課程考核的基礎(chǔ)上，加以改進，變單純的圖紙質(zhì)量考核為多元考核體系。具體來說，一是將目標型評價轉(zhuǎn)變?yōu)樾纬尚驮u價，注重學生在學習生活中的點滴表現(xiàn);二是評價主體的多樣化，充分調(diào)動學生主觀能動性，引導學生自我評價、小組互評、其他科任教師評價（答辯匯報時），使對學生的評價更加科學合理、客觀、公正，測繪成績考核評價體系及權(quán)重如表1所示，自該評價體系運行以來，收到了良好效果。

表1 機械制圖測繪成績考核評價體系及權(quán)重

3 結(jié)束語

本文探討了以機械制圖測繪課程為平臺，虛擬仿真為技術(shù)手段，貫徹工程教育理念，實施“學中做、做中學”和“基于項目”的基本策略，積極探索CDIO教學，建立“以學生為主體、教師為主導、學生間互助協(xié)作”的模式，有利于激發(fā)學生的學習興趣，全面培養(yǎng)其綜合分析問題和解決問題的能力，提高教學質(zhì)量。積極探索基于CDIO理念的課程教學模式，能為培養(yǎng)理工類院校的高素質(zhì)應用型工程技術(shù)人才奠定堅實基礎(chǔ)。

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