基于三维CAD的《机械设计基础》课程教学改革探索

秦 云，张文荣，陈宝怡

(河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000)



基于三维CAD的《机械设计基础》课程教学改革探索

秦 云，张文荣，陈宝怡

(河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000)

基于三维CAD的《机械设计基础》课程通过ProE软件的应用将三维CAD技术与机械设计基础课程相结合，以真实的机器为载体，将多种机构和零部件的零散知识有机地联系在一起，并通过ProE软件参数化的造型展示出不同的三维模型，对学生认知起到强化作用。本文从课程设计思路、项目开发、教学实施等几个方面对《机械设计基础》与三维CAD相结合的项目化课程进行了剖析和探讨，为高职《机械设计基础》课程教学改革提供参考。

机械设计基础；三维CAD；项目教学

《机械设计基础》课程是高职机械类专业的核心课程之一，该课程知识涉及面广，实用性强，也是学生今后在工作单位从事制造、装配、检测和维护机械设备等工作所必需具备的基本知识。我们通过与天地(唐山)矿业科技有限公司的校企合作，依托企业资源，和现场专家共同开发该课程，将牛头刨床、插床和减速器等机器设备融入课程项目，并通过ProE软件的应用将三维CAD技术与机械设计基础课程相结合，对课程内容进行了重组与整合，实现了该课程教学模式向能力本位的转换。

一、课程目标的确定

本专业工作领域多为产品加工、机械设备的装配、调试、检测、维护和维修，以及简单机构和工装零部件的设计等，这些工作首先需要认识机械零部件及各种运动机构，在此基础上根据零件结构及特性调配组装，对于机械设计方面的技能，像零件承载能力计算、校核等，在工作中逐渐被计算机辅助设计软件所替代，因此我们将课程定位为“以机械传动和零部件分析及其参数化的三维造型设计为主，以设计计算为辅”，注重学生对机器的认识和对实际问题的分析和解决能力的培养。

二、课程整体设计思路

本课程以服务社会，对接岗位技能为目标，课程设计以能力培养为核心环节，将能力培养目标任务化、项目化，任务设置尽量以达到教学目标为基本原则，同时选择合适的载体承载教学目标。因此，本课程按照由简单至复杂的认知过程，依托机器实物载入教学项目，让学生在真实的情境中去学和做，学生通过具体任务的完成可以逐步认识和建立产品质量意识、安全意识、经济意识和社会意识，并认识到完成工程任务中非技术因素(意志品质、团队精神)的重要性。这样，课程的设计不但使学生达到既定的知识、技能的培养目标，也有助于学生工程实践能力的培养。所以，为了让学生尽快进入职业角色，我们构建以实践为导向、项目引领、任务驱动课程教学模式。

三、课程项目开发与设计

从课程整体内容来看，本课程既有系统的机械设计基础理论知识、又有较强三维CAD实践技能。在机械设计中主要研究机械传动和通用机械零部件设计，在三维CAD课程中不仅可以研究各类机械零部件建模的方法，而且还能进行相关的分析、运动仿真。那么如何将这两门课程有机的融合到一起，是我们在项目设计时重点考虑的内容。因此，根据本课程培养目标的要求及我院现有条件，利用和天地(唐山)矿业科技有限公司的校企合作，课程组成员根据现场职业岗位需求，反复推敲、不断比较，最终根据本课程所包含的教学内容制定出3个通用性好、操作性强、趣味性高、难易适中的教学项目，并依托牛头刨床、插床和减速器3台完整的典型机器，将多种机构和零部件的零散知识有机地联系在一起，通过ProE软件参数化的造型展示出不同的三维模型。在3个项目的基础上设置了15个学习情境，制定了36个学习任务，具体内容安排见表1，其中项目一和项目二为并行项目，每个工作任务紧密联系，共同服务于整个项目，当任务逐一完成时，工作项目也就得以完成。

四、课程教学组织与实施

在教学过程中，学生依据任务单进行学习，每个学习内容都是以“学生工作任务单”的方式接受，按照任务单的指导要求，学生分小组完成工作任务，每4～6人为一组，学生在工作过程中学习操作技能和必需的理论知识，学生是行动的主体，教师是学习过程的组织者和协调人，起到答疑解惑的作用。学生以任务书为指导完成工作任务，并按检查评价办法进行自我评价和互相评价，然后教师按照“检查评估评价表”的内容对学生工作过程进行过程考核和量化考核。课程具体实施环节如下：

(一)任务布置，建立感性的认识

机械设计内容比较抽象，因此在实施任务前应先使学生建立感性的认识，布置任务时首先展示三维CAD的效果图，通过视觉刺激来激发学生的求知欲，再进一步到实训车间拆装机械零部件，观察认识其结构和作用，促使学生在探究中学习，锻炼学生的动手能力和实际操作能力，通过实践的感性认识，奠定理论学习的基础，有助于专业知识的更好掌握。

(二)通过资讯获得任务知识点

学生接受任务后，带着实践的认知和任务的问题去接受教师的课堂理论讲授，进而能更有效的获取完成任务相关的知识点。比如在“传动轴结构的设计计算及三维CAD造型设计”任务中，如果直接讲阶梯轴的结构设计和参数计算，学生们会感到很枯燥，可能会出现上课注意力不集中等现象，如果有了第一个环节的认知情况，明白了轴上零件的装配顺序、轴及轴上零件需要定位与固定等，很快就会分析该轴系结构的特点，他们的学习兴趣和积极性被调动起来后，会很快地投入到完成任务的自主学习中去。

(三)根据任务要求制定计划

当学生们获得任务相关知识点后，以小组为单位制定完成本次任务的实施计划，并通过组内成员充分讨论与论证后确定可行方案。

(四)按计划进行任务实施

由于本课程融合了机械设计基础和三维CAD的内容，所以在本环节中学生们除了需要完成设计相关的任务外，还需要完成该设计的三维造型，所以本环节的工作量比较大，同时还会出现许多不可预知的问题，因此教师要控制好进度，并及时指导学生们分析问题、解决问题，监控学生们按规定时间完成任务。

(五)检查展示

学生们按照老师提供的评分标准，对自己完成的任务进行自检、互检，检查完毕以小组为单位进行任务成果的汇报展示。

(六)评估反馈

根据汇报展示结果及任务实施过程中学生们的综合表现，教师对学生们完成任务情况进行点评，并对其进行综合能力评估。对于学有余力的同学，启发他们课后运用CAD技术构造一些课堂内未作演示的机构模型，这样既启发学生的学习本课程的兴趣，又能保持正常的课程进度。

教学过程中，每个步骤所采用的教学方法，因情况、因学习项目、因需完成的任务的具体情况而定。现以任务3-3-2传动齿轮的设计计算及三维CAD造型说明课程具体实施环节，见图1教学过程组织与实施。

图1 任务3-3-2教学过程组织与实施

五、总结

这几年课改后，我们经常组织和指导学生参加比赛，在参加的全国三维数字化创新设计大赛和河北省电子信息技能大赛计算机辅助设计项目中，我们多次取得省级一等奖和二等奖的好成绩，并有多名学生获得“河北省电子信息行业技术能手”的称号，取得的这些成绩，见证了我们课改的历程，也给予了我们继续前进的动力和奋斗的目标，同时，我们深深的体会到培养与训练学生的工程实践能力是高职重要任务。可见，本次课程的改革，是适应社会需求的，不仅促进了课程理论与实践的结合，提高了学生的学习兴趣，而且培养了学生分析问题、解决问题的能力，充分调动了学生求知的主动性，培养了学生的团队精神和职业能力。

[1]马雪洁，王云飞.基于项目导向与任务驱动的高职《机械设计基础》课程设计[J].职业教育研究，2013.5：87-89

[2]戴士弘.职业教育课程教学改革[M].清华大学出版社，2007.

[3]龚厚仙.基于项目驱动的《机械设计基础》课程改革[J].职业技术教育，2011(17)：31-33.

[4]顾蓉蓉.项目教学和现场教学在机械设计基础教学中的应用[J].机械工程与自动化，2011(12)：180-182.

Mechanical Design Basis Curriculum Teaching Reform Based on the Three Dimensional CAD

Qin Yun，ZHANG Wen-rong，CHEN bao-yi

(Hebei Energy College of Vocation and Technology, Tangshan 063000, China)

"Mechanical Design Basis" course, which is based on the three dimensional CAD, is combined with three-dimensional CAD technology by using ProE software, with real machine as the carrier, getting the scattered knowledge about a variety of mechanical structures and parts together organically, and showing different three-dimensional models through the parameterized modeling of ProE software, reinforcing the students' cognition effects. This paper, from the course design, project development, teaching implementation, examination and evaluation, and so on, has carried on the analysis and discussion of "Mechanical Design Basis" combined with three-dimensional CAD course project, providing a reference for "Mechanical Design Basis" course teaching reform.

Mechanical Design Basis; three-dimensional CAD; project teaching

2016-0

秦云(1980- )，女，大学，河北能源职业技术学院机电工程系副教授，研究方向：机械工程。

G712

A

1671-3974(2016)03-0086-04