微课在CAD类课程教学中的应用研究

田辉 王栋 王玲 张秀丽 兰明明

摘要：针对目前CAD类课程教学存在的问题，尝试在河南农业大学机电类本科生中利用微课结合网络平台开展教学，以“SolidWorks三维设计”课程为例，从微课资源建设、课堂实施、教学效果等三个方面展开研究并应用于实际教学中。实践证明：基于微课教学模式的教学方案，切实增强了学生实践开发能力，大大提升了学生自主学习能力和创新协作意识，也为其他学科课程教学改革提供参考依据。

关键词：CAD;微课;教学模式;教学改革

目前，随着智能手机、电脑的广泛应用，“互联网+移动学习”的方式正在被越来越多的人们接受，而微课正是适应了这种需要，学生在课余、课间及闲暇等碎片时间段，可以快速通过互联网进行短时间的免费学习，也可以把学习过程中遇到的问题及要求在线反馈给老师，通过在线交流互动提高学习效果。

一、CAD类课程教学现状

CAD类课程一般是工科类专业的专业选修课，传统的二维CAD要求机械设计人员必须有较强的二维空间的想象、表达能力，常采用Auto CAD、CAXA等绘图软件进行二维工程图绘制。而三维CAD技术是数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，采用三维模型进行产品设计，能虚拟仿真实际产品的构形及生产加工过程，且采用参数化驱动零部件尺寸，设计的产品易于修改、方便管理。这也是目前高校课程采用最多的方式。河南农业大学“Solid Works三维设计”课程在2010年较早开设，结合多年教学实践，发现传统教学中存在着如下问题。

一是教学内容以命令讲述为主，缺乏产品整体设计思想的培养。改革之前，河南农业大学的CAD课程教学模式是在理论课堂上教师先通过多媒体课件讲解知识点，然后打开软件进行各类命令的操作演示，最后讲解几个简单的实例来进行软件的具体操作，这也是大部分软件类课程之前一直沿用的教学方法。教师往往注重软件命令的使用而忽视软件是为了产品设计而设计。

二是教学模式单一，缺乏互动和创新。目前，CAD类课程的教学模式是教师先讲授、演示命令，然后学生操作。由于命令复杂，许多学生容易忘记，其学习兴趣度下降。教师是整个过程的主角，学生只被动地接受知识，没有被充分调动起主动性，教学效果并不理想，课后学生和老师之间又缺乏有效的沟通途径，无法使学生学以致用，无法触发学生的创新动力。

三是忽略应用，缺乏专业融合。目前的教学方法是教师仅关注自己课程知识点的讲授，不关注课程在整个专业体系中的作用及本课程前后知识的串联与结合。这造成很多学生学会软件以后，不用或者不知道用在什么地方，忽略了课程的实践应用，缺乏专业知识的系统融合。

二、CAD类课程微课资源建设

确定以河南农业大学开设的CAD类课程“Solid Works三维设计”为微课课程案例，检验CAD类微课的应用效果，研究的过程中对教学过程进行系统的观察、记录和分析，以便及时发现问题，适时调整研究进程，完善研究方案，并为以后其他课程微课的设计和实施提供参考。

结合河南农业大学实际课程情况，微课前期的分析着力点在课程教学现状方面;微课知识体系的分析主要是课程内容核心知识点的确定;视频分析主要是素材选择、脚本编写、录制方式选择以及QQ、微信、超星学习通的网络平台构建;微资源分析主要是微课的类别及导入;微课学习活动分析主要有微课教学模式的课堂实施以及保障措施;最后是对微课学习效果的评价总结和推广。

（一）教学内容核心知识点划分

该课程是河南农业大学机电类专业大三选修课程，占2个学分，共32学时，分为16学时的课堂理论教学和16学时的上机实操训练。本课程学时少任务多，在保证课程知识体系完整的基础上，更着重“知识的系统性”，结合工程制图、机械设计、先进机械制造技术等课程所学理论，要使学生做到设计制造仿真而非简单的画图;应按照机械产品设计的需求，组织讲解最常用的命令，注重实践应用;运用真实机械零部件的设计过程，把设计、绘图、生产加工等各个环节串联起来，使学生建立一个基于三维技术的机械设计制造知识体系。对教学内容加以取舍，去粗取精，同时，吸收行业的最新研究成果来科学合理地构建教学内容，以期学生学有所用，学以致用。

齿轮减速器是广泛应用于机械行业的机械装置，它包含多种零件，其主要结构类型包括轴类、轮盘类、箱体类、标准件和常用件等。这也是河南农业大学学生在机械课程设计中选择的部件。在教学内容的案例精选上，围绕齿轮减速器实际产品设计为整个教学和课程建设的主线。教学内容会分为八个模塊，采用思维导图的形式建立课程核心知识地图。

（二）微课视频制作

1、微课视频教学的设计原则。微课视频内容的设计要符合实际教学规律和学生的需要，要符合多媒体设计的原则以及教学设计的理论与方法，且设计微课时应关注以下几个问题。

（1）制作微课的出发点要明确：微课视频制作要从教学问题、目标及实际教学应用出发来构建学习资源，应综合考虑使用的对象、目的及时机等。在使用微课教学时，要有明确的教学目的，可通过教师口授传达，也可在微课开头或者中间添加屏幕文字说明，以使学生明确课程学习内容，激发学习者对相关知识点的关注。

（2）选题要贴切：微课的选题一定要贴切，选题范围可以是教学中的重点、难点或易混淆的知识点。特别是在CAD类课程中，微课中的相关知识点一定要关联、有顺序，不能混乱无章。微课内容可以是视频讲解，也可以是视频文字共存的方式，设计者根据需要合理选用。

（3）教学引导合理得当：视频课程在开始之前要简洁明了地引出主题，快速抓住学习者的注意力，通过小案例或开门见山式导入，一般时间控制在10秒左右，中间内容要丰富、剪裁得当，既要保证完成教学目标，又不能拖沓冗长。视频最后要及时对知识点进行总结，并有针对性地提出新的问题。

（4）巧妙合理地使用媒体设备：无论微课在教学课堂上的使用方式，还是微课呈现出的画面，都要精心设计，合理恰当地运用媒体设备，避免画面呆板无趣。

2、微课视频制作。不同的内容选择不同的录制方式。CAD类课程的微课制作主要是通过教师的示范、演示来展现教学内容，一般需要直观、动态地呈现软件操作过程，常采用录屏软件录制微课视频。这样的录制方式能够清晰展示出每个知识点的操作步骤及操作重难点。实验操作方面，一般采用摄像技术拍摄微视频，要拍摄教师的肢体动作和对各种实验工具的操作（手部动作），清晰直观地展现动作和操作。理论教学部分可以去录播室进行录制，画面质量比较高，缺点是后期制作视频时不方便修改。

以实际产品设计为主线，系统性地录制知识点微课视频。如，3D打印模块中先是录制零件的设计过程，生成STL可打印格式，可以录制微课“零件设计阶段”视频。导入3D打印的切片软件中进行切片操作，生成G代码导入SD卡这段，可以录制微课“零件切片”视频。然后是3D打印机的使用操作，可以录制微课“3D打印机的使用操作”视频。最后，把打印后的零件装配成一个实物模型的制作，可以录制微课“实物模型的制作”视频。每个视频不超过10分钟。

本课程按照知识认知规律，把知识点分为基础练习模块、提高升级模块、综合设计、创新实践模块、学习拓展资源等五个模块，每个模块有25个左右的典型练习案例，共录制120个实训案例的微操作视频，以供学生在线自主学习。

三、微课的实施与效果

（一）微课课堂教学模式实施

根据河南农业大学人才培养目标，结合“Solid Works三维设计”课程的教学特点，以微课和超星学习通教学平台、QQ平台等信息技术为依托，设计微课翻转课堂教学模式。教学模式明确地把教学过程划分为课前准备、课堂教学和课后巩固三个阶段，明确了三个阶段的教学活动和师生任务分工。

根据科学记忆方法“3时间+3场景”的训练方式，在基于微课的翻转课堂教学模式下，学生对知识的掌握循序渐进，实现了3次知识的内化。如表1所示，学生课前通过超星学习通、QQ群等网络平台自主学习微课视频，不再仅仅依赖教师课堂上讲授知识，通过自主学习实现第1次知识的内化。课堂上，教师更多是根据课前学生的问题反馈去引导学生自主探究以及对学生进行个性化辅导，一步步引领学生真正掌握所学，这将促使学生对知识进行第2次内化。课后，学生通过独立完成老师布置的拓展实践任务实现对知识的第3次内化。

（二）教学效果

为了评价学生是否满意微课翻转课堂的教学设计模式，从提高实践技能、激发学习兴趣、讨论交流、有助于课程学习和作业难度等五个方面，对2016级3个班的104名学生进行了问卷调查，从“问卷网”上编辑调查表并发布到学生QQ群中，具体结果如表2所示。从表2可以看出，学生普遍认为教学视频有助于课程学习、微课教学有助于提高实践技能、作业难度适中、能激发学生学习兴趣、讨论交流比较有效。

在对机械设计制造及其自动化专业2015级4个班的CAD课程实施了微课教学试点。与2014级4个班未实施翻转课堂教学的期末考试成绩相比，2015级学生全部一次性通过考试，优秀率提高了10个百分点，并且借助本课程的装配体课程设计，其中的部分优秀作品直接参加全国三维数字化创新设计竞赛并获奖。部分同学把自己的竞赛作品写成论文并发表，部分同学的创新设计作品申请了国家实用新型专利。

四、結论

针对“Solid Works三维设计”的课程教学融入微课教学模式，不仅有助于学生对知识点的掌握，通过互动交流、讨论及问题解答，让学生实现了3次知识的内化、充分锻炼了其知识实践应用能力，实践证明：基于微课教学模式的教学方案，切实增强了学生实践动手能力，大大提升了学生自主学习能力和创新协作意识，也为其他学科的教学改革提供参考依据。

参考文献：

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[2]曹建国，颜家振，李宁，基于主动实践的工科专业课程设计教学探索[J].高等教育发展研究，2014（1）.

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[4]王记彩，余健，翻转课堂在高职机械CAD/CAE软件（Proe）课程中的实践应用研究[J].太原城市职业技术学院学报，2015（10）.