案例法教学在计算机辅助设计课程上的应用

摘要：在三维设计软件课程教学中应用与工程实际接轨的案例教学方法，以发动机曲柄连杆机构为例，引导学生应用所学知识边设计边绘制。极大地促进了学生的学习积极性，符合创新教育理念。

关键词：教学改革；计算机辅助设计；案例法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）28-0065-02

当前部分大学生对课程的学习兴趣不高，对知识的掌握也不够精准，已引起高等教育工作者的普遍担忧。由此，众多教学改革方案纷纷出炉，归根结底其目的在于化枯燥讲授为生动运用，将学生的兴趣吸引回课堂[1]。此外，还要正确运用考核方式，以便既综合检验学生的学习水平，又能将所学知识成功应用到未来的实际工作中，这才是教育改革的正确途径。

长春工业大学长期致力于本科教育改革，本研究即来源于对机械工程专业学生授课时的经验总结。

一、三维制图的作用

大学教育是为地方经济建设服务的，培养目标要瞄准学生为适应未来岗位所需的技能。机械工程专业学生走出校门后，多数要从事机械制造或机械设计工作，其中机械产品由设计转为成品的过程必须通过工程图来完成，这就要求学生必须具备较扎实的工程制图基本功，才能胜任自己的岗位。加之如今随着计算机技术的快速发展，制造业已全面甩掉图板，广泛应用二维和三维CAD绘图进行机械产品设计，这更为企业生产带来了深刻变化，大大减轻了人工劳动强度，明显提高了经济效益。针对现代机械设计中遇到的产品结构复杂问题，三维CAD软件的优势就显露出来，它能将一些在工程图学中难于表达的相贯、截交线及曲面轮廓方便地表达出来，成为越来越多院校在机械类专业教学体系中设置的必修课程[2]。

如何将传统的工程制图知识与现代的计算机辅助设计技术相结合，是机械工程专业课程培养体系着重考虑的问题。

二、教法改进

相同的知识领域和技能在应用不同的教法情况下，学生领会的程度就会有差异，时代要求教育工作者要潜心研究教育理论、研讨教学方法，以适应不同的学生和课程。

1.传统教学方式。传统教学法是长期教学的总结成果，对于我国师生比严重偏低的现状是必要的，然而对于一些技能性较强的课程则不适用。譬如软件应用课程，教师若在讲台上讲授软件的起源和用法，而后逐条讲述各功能模块内的命令，形式呆板且内容枯燥，结果只有部分学生能记得几个模块中包含哪几个命令，至于命令的应用到了实际运用时记得的已经所剩无几。由此可以看出以往逐条讲授命令的传统教学方式此时已无法调动学生的学习热情，只能徒劳浪费课时，反而起到事倍功半的效果而已。

意识到传统讲授方式并不是万能的之后，一些教育工作者早已开始通过自身工作经验，不断总结自己的教学体会，尝试新教法，逐渐发现了一些行之有效的法门，案例教学就是其中的一种。

2.案例教学方法。软件应用类课程的目的在于培养学生的应用能力，需要以实际操作来评价学生的掌握水平，这样才能更好地落实培养方案、保障学习效果[3]。学生在校学习，已具有较强的理论基础，教师若以工程实际为引导，即会取得良好的效果。鉴于此，在计算机辅助及应用课程中我们应广泛采用案例法教学模式。

案例教学要求选择工程实践中应用广泛的项目，强调项目来源使学生认识到课堂讲授的即是将来工作能够用到的技能，学生的专注度愈发增强，教学效果应付迅速好转[4]。考核也以实际案例为对象进行测试，很容易就能测得学生的掌握水平。针对当前机械行业的生产特点——多以大规模加工汽车零部件为主，面向机械工程专业学生开设《计算机辅助设计及应用》课程，以CATIA软件的CAD和CAM模块为主要讲授内容。在本课程的教学计划中，以汽车发动机曲柄连杆机构的装配为主线，设置以连杆和活塞的三维造型设计为案例，着重讲授零件设计、装配设计、工程图和运动仿真模块的应用。

三、实施过程

考虑到软件应用课程的特点，首先改变传统课堂教师主动的讲授模式，取而代之的是在机房师生的互动教学方式，这样便于学生及时消化理解操作原理和绘制方法，遇到操作难题即可当堂解决。

1.教学设计。教学过程中，紧紧扣住工程实际应用这条线，首先简要描述汽车发动机工作原理，使学生了解相关术语，掌握曲轴、连杆、活塞等基本零件的作用及工作特点，对整体产品结构也产生一定的兴趣和感性认识，再对其进行零件绘制、装配及运动仿真，非常形象生动地学习运转机构的设计和绘制流程。以一款488发动机为例[5]，设置其主要参数为活塞行程S=92mm，曲轴主轴颈与连杆轴颈分别为56和42mm等，选择连杆作为案例1，在零件设计模块完成连杆的实体造型，将文件名保存为rod.Part。对于案例2——活塞零件，以与缸径配合的外径为基准尺寸，结合活塞销座孔与连杆小头相互配合等条件进行绘制，绘制过程中使学生重温活塞与气缸的间隙配合及销座孔与连杆小头需要用过盈配合的原理，同时学生也领会了零件加工与表面粗糙度之间的关系，绘制完成后，将零件赋予相应的铝合金材料以具备相应机械性能，文件则另存为piston备用。

新建装配体Engine.Product，调入已绘制的连杆和活塞至合理位置，以此为基础，在装配模块新建曲活塞销、活塞环等零件。督促学生应用同样方法，依据机械设计的原理和规则在课后完成曲轴、箱体等零件的绘制，从而调动学生重温机械设计中箱体的注意事项。应用命令固定箱体，合理装配后期绘制的零件。

机构设计完成，即可进入DMU Kinetics模块进行机构仿真。新建一个运动机构，按照发动机工作原理在I缸设置箱体轴承座孔与曲轴间、曲轴与连杆间的转动副，继续设置连杆与活塞在小头活塞销孔处进行相对转动，进而推动活塞在气缸内进行直线往复运动。同理，依次对其余三缸进行设置，即完成曲柄连杆机构的仿真的运动副设置。

然后进行曲柄连杆机构的运动仿真，通过设置相应传感器来获得活塞的运动速度、加速度，曲柄与连杆间的夹角变化以及各连接轴径处的受力等状态值，分析结果可用于运转机构的技术改进，验证机构设计是否正确等方面的工作。endprint

分别以静态和动态模式观察机构，清晰掌握机构的工作原理和结构。进入工程图模块转化生成零件及装配体的二维工程图，进一步验证了理论上的投影关系，使得以往那些令人头痛的复杂零件投影问题得以解决。指导学生结合运动件工作原理，进一步掌握运动配合和机械加工原理，对图纸进行合理标注，同时养成合格规范绘图的好习惯。

2.课堂扩展。随着我国地区经济的快速发展和地方基础教育水平的提高，当前大学生普遍表现为见识宽广，在课堂上显得思维活跃，互动教学过程中解决问题的思路大不相同。由此，在操作过程中出现的错误就千变万化，导致好多时间在为学生纠错，这就要求教师知识面要广，对各类错误应对自如才能获得学生的信任。

授课过程中结合工厂加工的实际问题，提醒学生回忆在工程训练和生产实习中曾经做过或考查的项目，联想相关的减速、变速及差速机构，阐述并解决机构运转过程中诸多疑难，不自觉地将学生引入到机械加工环境中，与教师形成交互式的教学氛围，双方都受益匪浅。

课后为学生布置相近作业，按组分配给学生不同运动机构。学生信心满满地钻研，总结在课下所遇的诸多疑点和难点，及时与教师反馈沟通，极大限度地调动学生学习积极性，迅速提高了学生的操作水平。

四、教学体会

本轮教学结束后，师生都体会到了解决实际工程问题的乐趣。期末考核过程中，部分同学积极转换思路，绘制步骤与教师讲授有了较大改进，说明创新教育在他们身上起到了作用、达到了初步目的，在求职应聘期间也表现出胸有成竹的气质。

同时在教学实践过程中，教师也深深体会到距离成功实施还有一定差距，很多工作不够细致合理，需要逐步改进一些具体内容。

1.案例内容要更新。教学改革是一项挑战，应紧抓时代脉搏，根据学生掌握程度及时扩展授课内容甚至更新案例，以开拓学生视野和激发学习热情。

2.题库覆盖面要广。在验收终端，除了已授内容，也要在考试内容及具体环节中做足文章；除了变更参数，在具体结构形式、类似机构方面也要适当扩展，并逐年扩充题库题量，以充分考核学生的掌握水平和创新能力。

3.教师要公正严谨。教师除了在课堂上讲授切实有用的知识之外，更要尽心督促，考试过程中更要公平地对待每一名学生，才会有效提高学生的积极性，使教学环节趋于完美。

参考文献：

[1]娄延常.大学生学习兴趣与创新人才的培养-湖北省大学生学情调查的启示[J].复旦教育论坛，2004，（2）.

[2]屈文涛，任涛，康晓清.工科学生制图能力培养模式的研究与实践[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2010，27（6）.

[3]张德江.论教谈学话育人[M].北京：高等教育出版社，2010.

[4]张润莲，张向利，叶进.案例教学法及其运用[J].桂林电子工业学院学报，2004，24（4）.

[5]于志新.CATIA实例应用教程[M].北京：北京大学出版社，2013.

基金项目：长春工业大学“提升本科教育教学质量”教学改革项目（14-14）。

作者简介：于志新（1975-），男，吉林梅河口人，副教授，研究方向：机械设计教学与科研。endprint