朱梅玉，文 學(xué)，劉志輝，朱科軍，何玉珠

（邵陽學(xué)院 機(jī)械與能源工程學(xué)院，湖南 邵陽 422000）

在工業(yè)4.0 戰(zhàn)略背景下，數(shù)字化、信息化及智能化技術(shù)逐漸滲透并促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級，機(jī)械圖形類知識及技能，在工業(yè)4.0 背景下的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域越來越重要。機(jī)械與能源工程學(xué)院開設(shè)理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)械CAD/CAE技術(shù)課程，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生各類科研能力及學(xué)科競賽項(xiàng)目的參與率，強(qiáng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)及圖形類課程質(zhì)量，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供合格的高級工程應(yīng)用型人才。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

自機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)課程開設(shè)以來，雖然在教學(xué)過程中不斷改革，但受教學(xué)資源缺乏、教學(xué)模式老套及課程考核形式單一的影響，學(xué)生課程參與積極性不高，教師與學(xué)生的課程完成度和配合度低；學(xué)生的項(xiàng)目、競賽及畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；課程對學(xué)生技能素質(zhì)方面沒有形成高強(qiáng)度支撐。目前主要存在如下問題。

（1）授課教師的工程實(shí)踐及學(xué)科競賽經(jīng)驗(yàn)少，多以書本講解和簡易模型操作為主，學(xué)生有效融入課程時(shí)間少，參與課題積極性差，難以激發(fā)學(xué)生的工程意識。

（2）課程設(shè)計(jì)和內(nèi)容脫離機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展，更沒有與機(jī)械相應(yīng)學(xué)科競賽緊密結(jié)合，教學(xué)資源落后限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（3）實(shí)踐課程仍然采用“授課+練習(xí)”模式，實(shí)踐效果較少。受課時(shí)數(shù)量限制，課程設(shè)計(jì)存在重理論、輕實(shí)踐的問題，教學(xué)仍以“填鴨式”為主，學(xué)生的實(shí)踐與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力沒有得到提升。

（4）課程學(xué)分少，學(xué)生不通過的壓力小，教師與學(xué)生重視程度低，考核形式缺乏過程性和實(shí)踐性，限制了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

上述問題影響了課程教學(xué)的順利實(shí)施，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，實(shí)踐能力得不到提升，更無法滿足工程教育中課程目標(biāo)和人才目標(biāo)的達(dá)成，所以，開展機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)課程的教學(xué)模式改革勢在必行。

2 課程改革創(chuàng)新與探索

2.1 創(chuàng)新理念與思路

在立德樹人前提下，以學(xué)生為中心，堅(jiān)持培養(yǎng)機(jī)械工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，以機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)課程的課堂教學(xué)改革為突破口，創(chuàng)新教學(xué)思維，從課程體系、師資實(shí)踐能力、教學(xué)方法及考核評價(jià)方面著于改革，施行“競賽項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”課堂。

機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)課程是獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，教學(xué)模式應(yīng)更注重以練為中心，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識、思維與實(shí)踐能力的協(xié)作訓(xùn)練；在競賽項(xiàng)目式的教學(xué)方法中采取探究創(chuàng)新、分組演練、項(xiàng)目驅(qū)動，強(qiáng)調(diào)了以學(xué)生為中心；對實(shí)踐性強(qiáng)的課程更側(cè)重于過程能力培養(yǎng)，基于項(xiàng)目的全過程評價(jià)是學(xué)生轉(zhuǎn)變自我學(xué)習(xí)的導(dǎo)向；在師資團(tuán)隊(duì)方面，在扮演“導(dǎo)師”同時(shí)還應(yīng)變成“問題者”，讓學(xué)生的被動學(xué)習(xí)變成主動創(chuàng)新學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)從教師、學(xué)生與課程間的有效賦能，提升課堂質(zhì)量，提高學(xué)生的工程能力。

2.2 創(chuàng)新方法與途徑

通過調(diào)研課程與學(xué)科競賽的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)越來越多課程將學(xué)科競賽與課程相融合，并取得了一定成效[1-3]。但由于課程性質(zhì)不同，在施行效果存在較大差別[4-6]。機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)的核心是設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)技能，其最大優(yōu)勢就是能夠最快地把創(chuàng)意創(chuàng)新作品變成現(xiàn)實(shí)，并轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品；相應(yīng)技術(shù)和技能的形成，將助力于提升學(xué)生在“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”科技學(xué)術(shù)競賽、機(jī)創(chuàng)大賽、機(jī)器人大賽、智能制造挑戰(zhàn)賽、成圖大賽及機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽等A 類學(xué)科競賽的參與度與存在感，同時(shí)提升學(xué)生的工程能力和綜合素質(zhì)。為此，本課程改革思路以學(xué)科競賽為驅(qū)動，結(jié)合課程教學(xué)現(xiàn)狀及改革思路，分別在課程內(nèi)容、教師課程能力、課程教學(xué)及課程考核方面實(shí)施。

2.2.1 梳理關(guān)聯(lián)競賽重點(diǎn)，重構(gòu)課程內(nèi)容

通過梳理機(jī)械類學(xué)生可參與的學(xué)科競賽項(xiàng)目，得到了學(xué)生可參與的競賽項(xiàng)目，見表1。在競賽項(xiàng)目的部分賽道中，有創(chuàng)新類及工匠類、科技發(fā)明制作類、實(shí)物制作、慧魚、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)字化建模及裝備設(shè)計(jì)等，這些都是基于數(shù)字化模型設(shè)計(jì)的需求，然后展開以三維模型為基礎(chǔ)靜力學(xué)、運(yùn)動仿真及制作工程圖紙等能力要求。為此，結(jié)合競賽項(xiàng)目技能與能力需求、機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)培養(yǎng)目標(biāo)，按照循序漸進(jìn)原則，將內(nèi)容設(shè)置成二維數(shù)字化繪圖、三維數(shù)字化建模、虛擬仿真與有限元分析以及基于三維模型的工程圖制作4 個(gè)模塊，分4期完成，每期課程1周1次，歷時(shí)8周，延長了學(xué)生對課程的潛意識學(xué)習(xí)時(shí)長；課程邏輯依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想，整合了學(xué)科競賽內(nèi)容，使每期課程目標(biāo)明確，內(nèi)容豐富且具有引導(dǎo)性，極大地提升了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)興趣，好奇欲轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)動力，提升了課堂和課外對課程涉及軟件的操作運(yùn)用。各期課程內(nèi)容見表1。

表1 各期課程內(nèi)容重構(gòu)Tab.1 Reconfiguration of course content in each period

2.2.2 校企共建課程組，提高教師實(shí)踐能力

針對課程教師實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)少等問題，在學(xué)院與地方高科技企業(yè)的合作平臺下，以圖形類作業(yè)為主線，由企業(yè)工程師與高校教師搭建校企課程組，并實(shí)施階段性“企業(yè)員工進(jìn)校園、專任教師進(jìn)企業(yè)”的教師實(shí)踐能力培養(yǎng)；同時(shí)讓課程組教師以“參與+組織”形式參與到各類學(xué)科競賽項(xiàng)目中，以實(shí)現(xiàn)老師及學(xué)生在學(xué)科競賽中“傳幫帶”；使其在企業(yè)及學(xué)科競賽項(xiàng)目中歷練教師，豐富教師工程與學(xué)科競賽經(jīng)驗(yàn)，提高教師在圖形類教學(xué)方面的能力。

2.2.3 強(qiáng)化課程實(shí)踐操作，豐富教學(xué)模式

課程采取了以“學(xué)科項(xiàng)目驅(qū)動”模式下的“課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)及課后練習(xí)”方式，見表2。在各學(xué)期課程安排中，以歷屆競賽題目為主線，將班級按5 人1 組分成若干項(xiàng)目小組，并分別賦予不同的競賽項(xiàng)目；課堂教學(xué)時(shí)，通過項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員的“翻轉(zhuǎn)課堂+教師講解+學(xué)生討論”完成課堂教學(xué)；讓項(xiàng)目形式延伸課堂，讓課堂不再局限于課堂的90 min 教學(xué)；讓學(xué)生以競賽項(xiàng)目為驅(qū)動，在項(xiàng)目中學(xué)習(xí)和鍛煉；將該課程與學(xué)院相應(yīng)學(xué)科競賽組織協(xié)會建立協(xié)同機(jī)制，成績優(yōu)秀者團(tuán)隊(duì)可報(bào)名參加學(xué)科競賽，并在院賽及校賽具有優(yōu)先資格，從而活躍課堂，加深指令理解和運(yùn)用，提升學(xué)習(xí)效果。

表2 教學(xué)改革方法比較Tab.2 Comparison of teaching reform methods

2.2.4 注重過程形成產(chǎn)出，改革考核形式

考慮該課程的實(shí)操性，采取了以項(xiàng)目的過程考核+小型實(shí)例的期末考核形式，其期末總成績（100%）=過程成績（70%）+期末考核（30%）。過程成績（70%）=考勤（10%）+項(xiàng)目成績（60%）。項(xiàng)目考核成績則在階段性項(xiàng)目結(jié)束后，由教師組織班級成員進(jìn)行答辯，答辯得出項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)分，再由各組組長根據(jù)每個(gè)人在團(tuán)隊(duì)中的貢獻(xiàn)給到個(gè)人分值，從而實(shí)現(xiàn)從過程中鍛煉，以作品形成激勵(lì)。

3 課程改革初步成效

經(jīng)過幾年的課程教學(xué)實(shí)施和統(tǒng)計(jì)，學(xué)生對該門課程的認(rèn)識不再停留在“課程”的思維，而將其轉(zhuǎn)變成一種技能的訓(xùn)練，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性增強(qiáng)，課前預(yù)習(xí)率、課堂參與度、課后再次練習(xí)率及期末上機(jī)考試成績等方面都有較大程度的提升。改革前后課程相應(yīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 改革前后課程教學(xué)數(shù)據(jù)Tab.3 Curriculum teaching data before and after reform

在課程教學(xué)數(shù)據(jù)提升同時(shí)，使得學(xué)生掌握了該課程所涉及的操作技能，并在應(yīng)用領(lǐng)域中得到了體現(xiàn)和提升。

（1）本專業(yè)學(xué)生參加基于“互聯(lián)網(wǎng)+”“機(jī)創(chuàng)”“節(jié)能減排”“工程實(shí)踐與創(chuàng)新”“成圖”等高水平大賽的人數(shù)逐年增加，共計(jì)獲獎超過100人次，省級獎勵(lì)超過40人次。

（2）本科學(xué)生參與教師科研團(tuán)隊(duì)的人數(shù)增加，能在科研團(tuán)隊(duì)中負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計(jì)及虛擬仿真等任務(wù)。

（3）學(xué)生在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中都會以“三維建模+工程圖轉(zhuǎn)化”方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)課程設(shè)計(jì)中的圖形繪制，且得到較為規(guī)范的工程圖紙，完成質(zhì)量提高。

4 結(jié)語

機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)課程是理實(shí)結(jié)合紐帶，是學(xué)生技能素質(zhì)快速提升的重要平臺和渠道。為此，本文以學(xué)科競賽為驅(qū)動，在校企合作平臺下，通過建立課程組歷練教師，梳理基于學(xué)科競賽的授課內(nèi)容；施行階梯式的課程學(xué)習(xí)安排，并在教學(xué)過程中實(shí)施以“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)作業(yè)”模式下的“課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)及課后練習(xí)”方式，建立課程成績與學(xué)院相應(yīng)學(xué)科競賽資格協(xié)同機(jī)制，驅(qū)動學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)積極性；并在考核過程中加大過程性考核評價(jià)，切實(shí)提升了學(xué)生對機(jī)械CAD/CAE 技術(shù)課程的興趣，助力了學(xué)生對教師項(xiàng)目、學(xué)科競賽及畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成質(zhì)量，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，取得了較好的效果，具有一定推廣價(jià)值。