机械类三维建模课程的课外工匠班的教学模式研究

摘 要：三维建模在工业中、大学生的学习中以及职业技能竞赛中都有着相当的重要性。基于三维建模的课外工匠班的教学模式是一种独立于行政班的教学模式，重构教学目标，制作教学资源，将学生按水平分成不同小组，利用课后时间以自学为主，老师定期进行辅导，并对不同学生提供个性化辅导和帮助，并建立完善的考核方法，最后成立工作室服务社会。学生在学习成绩、技能竞赛中都获得了不错的成绩，在工作室中也完成了不少的企业项目。此教学模式效果显著，可为其他课程的教学提供借鉴和启发，为职业学校的高质量发展提供有力支持。

关键词：三维建模 课外工匠班 教学模式研究

随着三维建模技术的广泛应用，掌握三维建模能力已经成为高职院校机械类专业学生的基本技能之一。有以“岗课赛证”机制下研究三维建模课程的[1]，有基于成果导向研究三维建模课程改革的[2]，有面向应用创新能力进行课程改革的[3]，还有基于CDIO课程体系的教学改革的[4]。本课题组将开设课外工匠班入手，将三维建模课程与提升学生职业能力，以及对标技能竞赛相结合，摸索出一条独特的教学模式。

1 三维建模的重要性

1.1 三维建模在工业中的应用

随着科技的发展，三维建模在工业中的应用越来越广泛，在产品设计和开发、制造和加工、产品可视化和展示、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）、售后服务和维修等方面都有着越来越重要的应用。

1.2 三维建模对大学生的作用

1.2.1 增强空间想象力

在虚拟的三维环境中进行设计和操作，从而帮助他们培养空间想象能力。

1.2.2 加强设计能力

通过三维建模，学生可以更加直观地呈现设计思路和结果。

1.2.3 提供实验平台

学生可以在建模软件中模拟机械部件或系统的运行过程，测试其性能和参数，并进行优化设计。

1.2.4 增加学习兴趣

以动画的形式展示机械零件的运动和工作过程，增加学习的趣味性和可视化效果。

总之，通过三维建模技术，对学生的学习具有积极的促进作用，有助于他们更好地掌握机械设计原理和技术，提高专业水平和职业能力。

1.3 三维建模在职业技能竞赛中的重要性

职业院校与普通高校的一大区别在于，职业院校强调职业技能的掌握，而衡量职业技能的一个重要途径就是参加职业技能大赛，因此职业技能大赛在职业院校的教育水平评价体系中有着独特的地位。目前主要的技能竞赛有世界技能大赛、全国职业院校技能大赛等，其中多个赛项都与三维建模有关，包括：CAD机械设计、数字化设计与制造、工业数字孪生、“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛等。

在这些技能竞赛中，都需要利用三维软件设计、制作各种三维模型，有的还需要进行装配、出二维工程图、进行动画演示、图片渲染、进行应力分析等。各个竞赛对三维软件的操作要求各有不同，但基本的三维建模要求是相同的。

2 成立课外工匠班的作用

2.1 是对课程的有益补充

本校只在少数专业开设有三维建模课程，大部分专业并没有开设。因此开设三维建模的课外工匠班，利用课余时间组织学生进行学习，是对课程的有益补充，同时为今后大规模开设相关课程提供一定经验。

2.2 为技能竞赛选拔好选手

职业院校大一学生的知识和技能都有所欠缺，大三学生则忙于写论文找工作，所以大二学生成为职业技能竞赛的主要选拔对象。而学校中少数专业开展的三维建模课程都在大二或者大三，对于选拔学生参加技能竞赛并没有太多的作用。在大一就成立三维建模课外工匠班，招收对此有兴趣的学生进行学习，能增加学生的学习时间，从而选拔出优秀的苗子，在技能竞赛中取得好成绩。

2.3 避免职业技能大赛的通病

举行职业技能大赛的最初目的是提升学校的教学效果，提高学生的职业技能。然而，在现实过程中，学校往往只挑选几个学生进行突击式训练，忽视了广大学生的需求。这种情况的出现既是学校追求速成效果的结果，也是因为竞赛项目的难度超出了许多学生的接受能力，无法简单引入课程体系。

为了解决这一问题，课程团队决定建立课后工匠班，让学生根据自己的兴趣自愿学习，同时将与技能建赛相关的三维建模内容细分，让学生能够选择适合自己学习兴趣和能力的层次进行学习。根据学生的学习成绩，颁发不同水平的工匠证书，以激发他们的学习兴趣。这样既能选拔竞赛苗子，提高竞赛成绩，也能更好地服务广大学生，满足不同层次学生的需求，提升他们的职业技能。

2.4 避免行政工匠班的弊病

过去，学校曾经实施过行政工匠班，通过一段时间的考查，从各班级挑选优秀的学生组成工匠班。但是，这种方式有着非常明显的弊病，那就是原本各班级的优秀学生被抽调出去了，剩下的学生在学习能力、学习积极性、学习习惯上都有着明显的不足。不仅如此，剩下的学生会感觉自己被“淘汰”，学习积极性会受到明显影响，从而导致整个班级的学习氛围下降，进而间接影响整个学校的学风。

3 课外工匠班的实施

3.1 明确教学目标

教学目标的设定是教学的前提。课程团队通过企业调查、技能竞赛赛题研究、参考相关课程等方式，分析归纳相关数据。然后修改人才培养计划、职业岗位要求、职业能力需求、课程设置等内容。选取或改造企业实例、技能竞赛赛题，作为教学案例加入课程中，丰富教学内容，提升教学效果，满足岗位需求，培养职业能力，让教学与企业需求相符。

实际操作中，将教学内容分为五部分：1、三维软件草图的绘制，要求学生掌握二维草图的绘制。2、三维软件基本的建模方法，要求学生掌握拉伸、切割、旋转等基本建模命令，通过典型机械零件的建模实例来激发学生的学习兴趣。3、装配体的基本操作，要求学生掌握各种约束命令，组装成不同的典型装备体。4、二维工程图的生成，让学生将三维模型生成工程图，同时进行标注，能更好地提高学生的识读工程图和建模的能力，对机械零件各个部分的作用有了更清晰的认识。5、图片、动画渲染等，让学生对自己做的模型进行渲染，达到企业宣传产品的图片、动画效果，提升学生的兴趣，增强其成就感。教师可以根据实际情况，为不同阶段的学生设置教学目标的设置不同，适当改变课程内容所占课时比例，从而调整重点教学内容。

3.2 制作教学资源

由于学生主要利用课余时间自学为主，可能没有较长的学习时间，而以碎片化的短时间为主，所以如何保证教学效果的同时又要保证学生自主学习的积极性就是一个难点。最好的办法就是选择合适的项目，并针对每一个项目制作合适的图片、PPT、动画、微课视频等格式。

在实际操作中，由老师挑选合适的项目载体，经讨论后确定需要制作的资源格式、内容，老师和一部分骨干学生共同参与制作。让骨干学生参与进来，不但能减轻老师的负担，还能让学生在参与制作资源的过程中加深对知识与技能的理解，同时发现自己的不足之处，迫使他们通过学习以弥补缺点，进而形成一个良性循环。

3.3 课后工匠班的组成和运作

从学生大一开始，通过辅导员宣传、发放宣传资料等方法进行广泛动员，让学生充分了解并鼓励加入。

课后工匠班是利用课后业余时间，以兴趣为先导、自学为主，因此不限制学生的班级、年级、专业，学生可以根据自己的实际情况选择学习不同的内容和难度，学生也随时可以加入或者退出，采取完全自由的方式。因此，课后工匠班并不适合采用统一时间、统一地点的集中授课。

在实际操作中，课后工匠班的老师由一名主教师和多名辅助教师组成，主教师负责整体的教学指导和管理工作，辅助教师负责协助主教师进行具体的教学工作。同时，招募一些高年级的学生作为助教。在组织形式上主要采用课后小组为单位，将学生按照水平分为不同的组，教师或助教学生任组长，协调组内学生的学习和讨论工作，组内定期组织学习和讨论，并对不同学生提供个性化辅导和帮助。同时辅以半个月一次的集中讨论，主要让各组介绍自己的学习情况、心得体会等，老师对不同组进行点评，表扬学习进步的组和成员，鼓励落后的学生，并适度对不同组的学员根据学习进度进行调换。老师偶尔从课题、企业的需求中选择一些合适的内容发布实践活动，让学生参与到实际的应用中，一来可以提高学生的积极性，二来可以丰富对学生的评价手段。

3.4 建立完善课程考核方法

传统课程的考核通过试卷的形式进行，这种方法不符合课后工匠班的特点，需要针对学生的实际情况，选择合适的考核形式。

在实际操作中，采取评价+实操两种方式进行评价。

评价是通过学生完成的作品和项目，由老师评价、同组互评和学生自评相结合的方式。对于在平时学习过程中突出的学生，特别是单独或者辅助老师完整了某些项目的学生，老师可以根据其平时表现直接给予分数，不参加实操考试。

对于一些平时不怎么活跃，老师或者助教学生不清楚实际学习效果的学生，就采用实操的考核方式。实操是教师根据教学内容提供某个机械零件图纸，让学生使用软件进行三维建模等操作，以此来评价学生的软件操作熟练程度与绘制机械零件的能力。最后，根据学生的学习成绩和表现，颁发相应的工匠证书，激发学生的学习兴趣和动力。

3.5 成立工作室，服务社会

通过调查了解，团队老师发现很多小型企业由于成本的限制，并没有专门的三维建模设计师，但企业本身对三维设计、出工程图、制作机械运转视频、逆向建模等方面都有着一定的需求，加上国家鼓励大学生创新创业，课程团队决定设立机械设计工作室，解决一部分企业在上述方面的困难。

机械设计工作室以团队教师为指导，课后工匠班学生为主体，通过网络平台进行宣传，提供绘图、设计、建模等相关服务。当接到企业的任务需求后，工作室的管理员将需求分发给相应的学生团队，先由学生团队进行设计，再由教师进行把关，确认符合企业要求后，再将成果交给企业，并收取一定的设计费用。

4 教学效果

4.1 增加学习兴趣

课后工匠班的学生们有机会接触到不同领域的知识和技能，并且通过实践项目的开展，加深他们对所学的知识和技能的掌握和理解。通过完成企业任务的成就感和设计费激励的正向反馈，极大地激发了学生的学习兴趣，让他们更加主动、自觉地学习新知识、钻研新技能，为将来的工作打下坚实的基础。

4.2 知识技能扎实

课后工匠班的学生在做毕业设计时，在二维工程图、三维建模方面都普遍强于其他同学，表明他们在这方面扎实的基本功。

4.3 自学能力提升

在毕业实习的过程中，工匠班的学生不仅在学校教授的知识和技能方面普遍表现出色，也在新知识的接受、自主学习等方面表现更加优异，得到了企业的普遍认可和赞赏。这一方面证明了对学生知识和技能培养的成效，另一方面也体现了对学生自学能力培养的效果，这对他们今后的职业生涯更加重要。

4.4 竞赛成绩优异

课后工匠班为多个职业技能竞赛培养了一批优秀的技能竞赛选手。比如，在CAD机械设计技能大赛中，课外工匠班的多个学生获得了省赛一二三等奖。在“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛中，也有多个课外工匠班的学生获得了国赛一二三等奖。学生的出色表现为学校增光添彩。

4.5 教师水平提升

在教师参与课后工匠班的过程中，不断了解行业的最新动态，参与相应学习进修，申报了相关的课题，发表了相关的论文。这不仅让教师个人的能力和教学水平有了明显的提高，还为教学改革提供了经验和思路。

4.6 服务企业成果显著

在机械设计工作室成立的一年多时间中，共完成企业任务100余项，内容包括零部件测绘、CAD绘图、三维建模、增材制造、动画制作等方面，共收到设计费十五万元，除了一小部分用于维护工匠班正常运转、购买设备外，其余都发放给参与任务的学生。

例如，有个农产品企业找到机械设计工作室，需要设计一款能拾取橘子的机械抓手。工作室老师与学生通过多次详细地沟通，确定产品的设计要求、性能、材料、加工工艺等内容，建模设计了样品，交由厂家试生产。在厂家生产、验证并反馈问题后，老师与学生一起改进设计，再由学生进行建模。如此反复多次，最终成功地设计出了这款橘子抓夹。同学们、老师都深受鼓舞，也获得了一笔可观的设计费。

在这一年多时间内，工作室和四家企业建立了稳定的合作关系，为他们每家企业都解决了不少于5项技术难题，甚至有老师带领学生曾亲赴浙江企业现场为他们测量产品、建模并提供技术指导。在经过企业同意的前提下，工作室老师从参与的这些项目中选取了三十多个做成教学案例，供后续的教学使用，极大地充实教学资源库。

机械设计工作室的成立，让学生参与到各个实际项目中，并且做完一个项目，立刻就能收到设计费，这种直接快速的正向反馈机制，远比半年一次的期末考试和一年一次的技能竞赛来得频繁、直接，这极大地激发了学生的学习兴趣。学生们经常为了克服一个项目的难点，自觉地请教老师，或者上网学习，真正达到了学生自学，老师一旁指点的理想状态。同时，为这么多企业工厂解决了生产过程中的各种问题，也能提高这些企业的生产效率，为社会创造价值，同时还符合国家大力推广大学生创新创业的政策。

5 结语

基于三维建模的课外工匠班的教学模式，利用课余时间让有兴趣的学生自主学习，提升学习效果，提高学生的职业能力，同时成立机械设计工作室让学生参与到企业的项目中，不但提升了他们的能力，激发了学习积极性，还服务企业为社会创造财富。但是，此模式在运转过程中还有很多的不足之处，需要在实践中不断改进提高。

基金项目：湖南省教育厅科学研究课题：基于技能竞赛的《CAD机械设计》课外工匠班教学模式的探索与实践（项目编号：22C1411）。

参考文献：

[1]杨梓嘉.“岗课赛证”综合育人机制下三维建模基础课程的教学改革探索[J].柳州职业技术学院学报，2023，23（3）：89-94.

[2]张丽婷.基于成果导向的“三维建模与仿真”课程教学改革探究[J].模具制造，2023，23（10）：49-51.

[3]李林.面向应用创新能力培养的三维建模课程改革实践[J].科教导刊（电子版），2023（21）：18-20，24.

[4]张宇晴，李小英，张金颖.基于CDIO课程体系的三维建模课程改革研究[J].大学教育，2018（5）：80-82.