基于工学结合的计算机辅助设计课程改革实践研究

陈嘉琳

[摘           要]  分析了职业院校机械设计计算机辅助设计的教学现状，以工学结合模式实施计算机辅助设计的课程改革，详细规划教学进程，以及制定相应的知识目标和技能目标，给出具体教学设计范例，对职业院校机械类课程改革具有指导意义。

[关    键   词]  计算机辅助设计;机械设计;工学结合;课程改革

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）16-0210-02

三维设计技术广泛应用于机械设计、产品设计、工业制造等领域， 设计人员能生动地表现设计意图，简化了复杂三维模型的创建，可使用虚拟手法模拟完成产品部件间的装配与干涉验证，将整个设计过程可视化，提高设计质量，加速了从概念设计到产品制造整个流程。计算机辅助设计（Computer Aided Design， CAD）是机械类专业重要的专业课程。课程重点培养学生的识图能力、空间思维能力、建模能力和创新意识，突出技能应用和岗位要求。笔者通过对职业学校在校生的教学反馈，分析了课程的教学现状与存在的问题;通过对毕业生与企业的访谈，掌握了企业对学生计算机辅助的机械设计能力的需求程度;结合专业特色、专业要求和学生的实际情况，以就业为导向，以培养职业岗位能力为目标，提出“工学结合”模式的理念开展计算机辅助设计的课程改革。

一、课程教学现状的分析

（一）阶段式的课程设置

有些中职学校的机械类专业把机械制图、机械零部件测绘与计算机辅助设计等开设为独立的课程。学生专业知识入门首先学习机械制图，然后再学习计算机辅助设计来完成计算机绘制零件图、建模、仿真等。经过实践发现，学生的制图专业知识很扎实，但因两门课程相距时间长，学生对绘图知识的遗忘率很高，当使用计算机建模时，往往出现读不懂零件图和技术要求等现象，需要任课老师重新讲解和引导识读零件图。这样不仅增加了教学课时和教师的工作量，而且教学效果不甚理想，降低了课堂的学习效率。

（二）结合式的课程设置

目前有部分学校进行了课改，尝试将机械制图和计算机辅助绘图进行课程整合，形成了一门全新的课程。课程更强调系统性与实用性，使学生充分掌握制图的理论知识以及CAD技术应用。但教学中发现有些学生过于依赖计算机进行绘图，导致手绘能力差，工件测绘技能欠缺，对图纸上的技术要求不理解。同时因过度依赖计算机的三维技术，以致出现空间思维建立不起来、识图能力跟不上等问题。

二、计算机辅助设计课程建设的实施

（一）明确教学目标

经过教学实践和调研，结合现代机械制造发展状况，依据行业和专业的特点，按工作过程逻辑组织教学，安排灵活多样的教学形式，将理论知识学习和实践工作结合在一起。明确基于“工学结合”的计算机辅助设计课程教学目标为：学生在掌握机械制图基本理论和知识的基础上，全面了解一个机械产品所涉及的结构、强度、制造、装配以及表达等多方面的专业知识，熟练运用CAD技术，具备测绘机械零部件技能，通过CAD技术进行建模、装配、运动仿真、输出零件图与装配图，完成整个机械产品开发设计过程中的CAD工作，并培养学生的创新意识和团队协作精神。

（二）规划教学进程

机械制图是机械类学生入门的专业基础课，安排于第一学期进行学习。在随后的计算机辅助设计课程中融入机械零部件测绘模块，深化学生的专业知识联系和应用能力。目前CAD技术可选择的三维设计软件很多，如Autodesk Inventor、Solidworks、Pro-Engineer及CATIA等，可根据学校的配置与专业的需要选择使用。笔者根据教学实践，选用Autodesk Inventor2019，并以具有代表性的机械产品来开展课程改革。本课程研究选用的教学载体是减速器。减速器是一种封闭在箱体内的由齿轮、蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置，装在原动机和工作机之间用来改变轴的转速和转矩，以适应工作机的需要，广泛应用在工业中。减速器包含了轴类零件、箱体类零件、齿轮、键、销与轴承等，涵盖的零件种类比较全面。而且其结构紧凑、传动效率高、使用维护方便，因此选作为课程的测绘与建模教学载体。具体把课程划分为以下模块，见表1。

（三）设计教学内容

计算机辅助设计课程教学进程规划完成之后，应对各教学模块进行设计，详细规划任务实施流程，使之达到“工学结合”的知识目标和技能目标，从而在总体上实现课程的教学目标。教学内容要体现出“工学结合”的理念，让学生能学中做、做中学以巩固所学知识，进而提高技能，重点培养岗位技能。在学习任务的设计中要注重融入制图与测绘的知识与技能，并把其和教学载体减速器的结构与工作原理相结合，规划出每个任务实施流程中如何让学生达到对应的知识和技能目标。在课堂教学过程中，学生是主体，教师通过引导控制教学过程，观察学生完成任务的情况，进行有针对性的指导。现以计算机辅助设计课程中的模块五“测绘与CAD：减速器零件的三维建模与输出零件图”中“传动轴”建模的教学内容设计为例，说明教学设计流程及教学目标，见表2。

（四）课程考核

课程改革前沿用的考核方法是：平时成绩占分50%，期末考试占分50%。期末考试为上机操作，按试卷给出的工程图纸完成相应的实体建模等。这种考核模式单一，很难全面反映学生的综合能力。课程改革后是以教学载体的测绘和三维建模仿真作为考核主导，教师在学生完成任务过程中，对学生的知识与技能应用能力进行评分，能真实清晰地反映学生的综合水平，同时激励学生每一堂课认真完成学习任务，在此过程中教师的教学能力不断提高。

三、总结

实践证明，基于工学结合的计算机辅助设计课程整个学习过程中，通过计算机三维设计能直观、生动地表现出设计意图，有更广阔的设计表现空间，有利于培養学生的学习兴趣，增强学生的学习动力，提高学生的自主学习能力，培养创新能力，建立良好的沟通能力与团队合作精神。展望未来，任重道远，只有将现代CAD技术与制图和测绘教学内容进行有机的结合，深入改革计算机辅助设计课程教学，才能使教学跟上时代的发展，使培养出来的学生既掌握制图与测绘必备的理论知识和扎实的基本技能，又能掌握最前沿的科学技术，实现培养满足机械行业发展需求的优秀应用型技能人才的目标。

参考文献：

[1]杨海.从CAD技术发展的趋势谈机械制图教学改革[J].电子世界，2012（5）.

[2]张超.计算机辅助设计在机械设计教学中应用的探究[J].课程教育研究，2013（14）.

[3]唐英.机械设计教学中计算机辅助设计应用探讨[J].求知导刊，2015（19）.

编辑 郭小琴