基于三维机械产品设计师培养的三维实体建模与设计教学改革与实践研究

摘要：为了满足企业用人单位对三维数字化机械产品建模与设计人才的大量需求，针对应用型本科院校的机械类专业学生的培养，以三维数字化机械产品设计员（师）就业为导向，对《三维实体建模与设计》这门专业课开展教学改革与实践研究。建立三维数字化机械产品设计的专业人才培养模式，对课程体系、教学内容以及考核方式等进行研究和改革。大力培养有三维数字化机械产品师工作意向学生的产品设计能力，适应我们国家对高技能型人才的培养需求。通过课堂教学实践证明，学生创新与动手能力得到提升，教学效果非常显著。

关键词：三维产品设计师；《三维实体建模与设计》；教学改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）25-0053-02

一、背景

Computer Aided Design技术（计算机辅助设计技术），简称CAD技术，已经从根本上改变了过去依靠手工绘制图纸，然后通过图纸来组织生产过程的技术管理模式，这不仅成为了企业用于提高产品质量的手段，更成为了加速产品更新换代，增强自身竞争力的必备措施。因此，三维CAD技术已成为机械专业学生必须掌握的基本技术之一。三维机械产品设计师作为一种新型机械行业职业就应运而生了。《三维实体建模与设计》课程是三维CAD技术课程教学的主要组成部分，该课程所涉及的相关知识较多，除了机械专业知识外，通常还要涉及到如工程材料、工程数学以及数据处理等相关学科知识，课程的重点应该是以培养学生的综合能力和创造力为目标，使学生能够掌握运用三维计算机辅助设计软件去进行实际设计问题的技能。然而，“现在很多本科院校在具体教学时存在教学内容陈旧、方法单一以及重理论轻实践等现象，学生反映不甚理想。注重实践环节，实现教学模式、教学方法、教学内容的改革，已经成为该课程改革的重点”。

二、教学改革与实践的内容

1.学生学习方式的引导。科技技术日新月异，切忌固步自封，一成不变。但是在引导学生在学习新技术的同时，也不能忽视专业基础知识的传授与学习，不能因为这是一门偏应用的课程而变成一门纯教软件操作的课程，应该让学生通过课程的学习知道软件只是设计所使用的工具和手段。掌握了软件使用，并不等于掌握了机械设计技术，也并不代表会进行机械产品设计，设计仍需依靠专业知识来支撑。学生是学习主体，无论教师如何教，都是为了使得学生能够更好地学习，是为了不教。必须注重培养学生独立思考并解决问题的能力，把学生从单纯地接受灌输的“被动人”，转变为成为通过引导而获得发展的“主动人”，鼓励学生创新，充分发挥其主观能动性和创造性。

2.学生学习能力的培养。三维CAD技术发展很快，授课时间又非常有限（只有32课时），不可能在这么短的时间内教授学生当前的所有知识。“授之于鱼，不如授之于渔。”学生们的接受能力也有高低，为了让学生都能学好，第一要务还是要激发学生的学习兴趣，这样学生才能在课后主动地去消化和学习知识，通过课余时间的学习来弥补课堂教学时间的不足，在将来也才有动力去不断自我充实和更新以适应专业的发展。如可以在第一堂课的时候不急于让学生进入专业知识的学习，而是可以组织学生观看采用Solidworks、UG等三维设计软件设计出的各种产品造型、虚拟动画装配、CAM模拟加工仿真加工以及CAE工程分析等等，还可以让学生观看一些高年级学生的作品，甚至是好的比赛作品或者科研作品，让学生明白好的设计可以在他们中产生，使学生对这门课程有一个初步的了解，在一开使就能产生浓厚的学习兴趣，并坚定学习和学好的信心。

3.课堂教学方式与考核方式的改革。三维实体建模与设计是机械类工程计算机教育系列课程之一，教学过程中不能只进行片面的、孤立的实体零件建模，还需要与机械原理、机械设计及机械制造等专业课程进行结合。还应该好好利用相关专业的课程设计进行实战演习，例如机械设计课程大作业减速器设计，以专业教学为依托，服务于专业教学。在课堂教学中引入大量的具体项目案例，以学生设计分析为主，教师引导为辅，使学生掌握课程相关知识的同时，能够进一步地增强本专业的实践动手能力，从而为学生就业打下良好的基础。此外，考核的方式也不应局限于试卷形式，完全可以采用国外流行的分组大作业的形式，以小组为单位提交设计作业，教师根据作业打分即可，形式多样，也可杜绝考试作弊。并可进一步引入三维CAD建模与设计的相关专业考证与学科竞赛形式来丰富考核学生综合掌握所学知识的程度。

4.二维制图课程和三维建模课程两者的融合。有鉴于三维CAD和二维制图的关系非常密切，开展三维实体建模与设计的教学改革与工程制图课程是难以分割的。很多学生往往二维制图课程没有学好，三维建模也学不好，或者三维建模学好，但是二维制图没有学好。但是，目前的机械设计却需要从业者能够读懂二维图，画出三维模型，或者根据三维实体模型，画出二维工程图。虽然，现在的三维软件大都可以方便生成二维图，但是由于制图课程没有学好，工程图也是不合格的。特别是目前大多数的院校将两门课程相对独立地开设，分处于两个不同的学期，这对学生的学习其实是不利的。如果能够将两门课程进行整合，合二为一，互相渗透，对学生进行手工绘图和计算机辅助绘图的多重融合授课和训练，综合运用于机械产品设计的各个教学环节，相信学生的制图能力、读图能力和设计能力将会得到很好的提升，达到事半功倍的效果。

三、教学改革与实践的目标

在三维实体建模与设计课堂教学改革基础上，与行业企业工程设计人员和兼职教师共同研究打造三维数字化机械产品设计师职业能力的培养，建立对机械设计专业以机械产品设计师（员）为就业导向的人才培养模式，探索以“工学结合”为行动导向的教学模式，开发基于工作过程的课程模式和课程。大力培养学生的产品设计能力与创新能力，并使之成为具有一定解决实际项目能力的、具有产品设计能力的和创造能力的应用型本科人才，使他们出了校门就能投入到机械产品设计工作和自主开发创业中。

四、教学改革与实践的实施方案

1.对地方高校的三维设计人才培养目标进行研究和需求调查，了解教育、管理、教学任务和改革发展的特点，对地方高校三维设计人才培养需求进行准确描述。

2.项目式教学课堂实践。在2011级机械设计制造及其自动化专业的三维实体建模与设计课程教学中引入案例与项目实例进行教学改革实践，将枯燥的命令融入到具体的项目实例中。教学中增加课堂讨论环节，让学生充分发表自己的见解，从而激发学生创新的火花。

3.二维制图与三维建模的整合实践，将两者有机结合，用三维建模基础中有关内容取代制图的相应部分，把三维建模与设计的有关内容插入二维制图的相应部分，使二维和三维可以相互转换，融为一体。

4.考核方式改革的实践。在整个课程教学过程中，教师讲解占整个教学环节课时的三分之一不到，以引导为主，学生需要花费大量的时间在实践环节以及课后自学上，课程成绩的考核可以采用分组大作业的形式：学生自由组合，组合人数1～4人，经过学期初的分组、学期中的方案提交、学期末的三维作品提交三个环节完成大作业。教师可以根据大作业的完成情况进行打分。引入相关专业考证与学科竞赛形式来丰富考核学生综合掌握所学知识的程度。

实践表明，课程的教学改革与实践是成功的。学生们通过课程的学习可以将机械设计的创意凭借软件得以实现，学习趣味性与积极性得到了大幅度提高。知识的学习不再是枯燥的吸收，而演变成了主动和创造性地参与。2013年学校在浙江省乃至全国各类机械设计创新大赛上的大丰收就是很好的证明，相信这也将为他们适应机械产品设计师的工作岗位打下良好的基础。

参考文献：

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基金项目：衢州学院校级课堂教学改革项目（KG201221）；衢州学院中青年学术骨干培养计划项目（XNZQN201203）。

作者简介：邓小雷（1981-），男，浙江衢州人，博士，衢州学院机械工程学院，讲师。