需求导向和能力本位理念的项目教学探索——以无锡太湖学院“三维数字化设计”课程为例

陈炎冬，邓 斌，李文霞，张亚勤

（无锡太湖学院智能装备学院，江苏无锡214064）

0 引言

“三维数字化设计”课程是一门应用型本科机械类专业非常重要的专业技能型课程，同时在整个课程体系中起到承上启下的桥梁作用，既可以综合运用前面所学的理论知识，又可以为实习、实训、毕业设计甚至为就业提供非常实用的技能储备。项目化教学法，是通过教师提出具体的任务，然后进行任务分解，教师组织学生或学生自主组建团队或项目组，共同根据任务完成该项目任务的教学活动。在教学过程中，可以着重培养职业岗位能力，根据各专业岗位的实际工作需要，进而进行相应的教学设计。通过项目教学法可以使得学生主动参与到真正的机械设计过程中来，而不是简单机械式的学习命令，可以更有效地提高学生的学习兴趣和职业能力。能力本位和需求导向的理念［1-3］已经在国内外有很多成功的实践，以美国、加拿大为代表，产生于二次大战后。其核心是从职业岗位的需要出发，确定能力目标。而本文提出“三维数字化设计”课程的教学改革，也是基于该理念而进行的项目化教学设计。

1 “三维数字化设计”课程的传统教学与项目化教学的区别

首先，教学方法不同。传统的教学方法是由任课教师逐一讲解或者演示软件的命令。学生是被动地听，如果稍微不留神就容易错过老师演示的难点。而项目化教学法，则是任课教师首先了解学生对于计算机辅助设计知识的掌握情况，然后根据三维数字化设计的授课内容提出项目任务，和学生一起根据项目任务学习相关的理论知识和命令的具体使用方法，最后完成学习的项目任务。注重“讲”“学”“练”交叉进行。

其次，互动更灵活。传统的教学方法上，由教师讲授命令，学生听，显得很枯燥。学生容易开小差，发现问题也不能及时地请教老师，收不到良好的教学效果。项目化教学法则可以让学生和老师及时地沟通和交流，及时地发现问题，有目的地引导，正确快速地完成项目任务。老师不是全程的讲而是更多的互动和一对一的交流时间，使学生和老师的距离更加的近。

最后，强调实践过程。传统教学方法中对于学生来说实践环节只是偶尔参与或者观摩式实践教学，更多的是听、看、记，实践意识淡薄，导致学生对此环节知识点的记忆并不是很深刻，而且最关键的是课堂基本上不讲解企业的案例，都是为命令而设计案例。项目化教学法，是以需求导向来设计案例，案例更加接近企业的实际需求；学生则需要根据项目任务去思考、去找寻完成任务的方法和步骤，同时安排学生一定时间的实践操作。这样，让学生带着目的和任务去听课和学习，有了想法马上可以亲手实践，使得大部分学生更快更好地掌握复杂的命令。如此，教学相长，老师和学生都有较高的成就感，可以收到意想不到的教学效果。由此可见，项目化教学法的核心是“任务驱动，教学相长”。当任课教师在给学生提出项目任务时，提出相关的问题，以引起学生的好奇心和激发其兴趣。在整个项目任务的完成过程中，让学生有明确的任务目标，教师担当项目实施中的引导者和教学服务者的角色。如此一来，教师和学生都共同围绕着同一个目标，共同发现问题、解决问题，一起学习一起收获，“教的有所得，学的有所得”，这是双赢的结果。

综合来说，未来本课程将是线下和线上混合模式进行实践，线上配以各个项目的教学视频（如中国慕课、超星公司的学习通等平台），供学生课前预习和课后复习，经过实践证明可以明显提升学生的学习时间，也是提升教学效果的关键环节，以后将在线上环节展开更多的教学改革。另外线下为综合的项目教学，应全程在机房或翻转教室，并配有辅助教学管理软件（如极域）的教学环境下实施教学过程，这样可以为学生在上机实践的过程中体验实时完成任务的成就感和得到团队合作精神的锻炼。

2 项目教学法在“三维数字化设计”课程中的实践

2.1 “三维数字化设计”课程内容设计

随着“三维数字化设计”技术的不断更新、完善和市场需求的不断变化［4］，还有“新工科”概念［5-7］的提出，“三维数字化设计”的教学内容也需要不断地更新。首先以课程功能全面的德国西门子公司的UG NX软件来实施教学，主要目标是让学生掌握机械零件的三维数字化草图设计、建模设计、部件装配、零件和装配的工程图设计以及机构运动仿真等知识，也是企业各种职位对于学生的能力要求，如图1所示。

图1 “三维数字化设计”课程的知识模块或企业对学生的能力要求

由于“三维数字化设计”课程的课时一般较少但内容很多，因此不可能像传统教学一样单调地讲解软件里每个相关命令，而不管是UG 软件还是其他三维软件（Solidworks、CATIA、Inventor等）的命令数量都非常庞大，不可能面面俱到，因此不能只强调学生记住命令的用法，而对于软件命令如何去解决实际问题的内容很少，导致学生学的知识与企业需求脱机严重，进了企业还要自学或培训。因此，可以将UG 软件的必学知识模块穿插在每个具体的工程项目里，进行项目化组织教学内容。同时，各个项目之间在难度方面逐渐增加，从而可以让学生在不知不觉中，逐步掌握零件的设计与加工技术，有利于教学效果的提高。下面以一级圆柱齿轮减速器为例介绍“三维数字化设计”的项目设计思路（见图2）。

至于选学内容，可根据各不同学校的专业特色，从机构的运动仿真、零件的有限元分析、逆向设计方法、3D 打印等选择合适的1～2 个内容进行教学，其余需要的时候自学，或在线上设置自学模块但不做考核。

2.2 “三维数字化设计”课程项目化教学实施过程

下面以零件轴为例，项目任务要求：（1）绘制轴的三维模型；（2）制作工程图并标注尺寸，案例图例如图3所示。

2.2.1 任务发布

任务发布形式：①课前在线上学习平台发布参考图纸和要求（供预习用）；②在课堂开始时进行任务讲解和分配。

2.2.2 项目涉及相关知识点提示

提示过程可以画之前讲，也可以在学生画的过程中提示。

2.2.3 项目演示过程

项目操作过程的演示：可以提前录制，在现场讲解，也可以一边讲解一边录制，然后课后发给学生可以反复观看学习，防止学生只在课堂听一遍没记住而导致知识点不能掌握的情况。

2.2.4 学生上机练习

图2 一级圆柱齿轮减速器项目设计思路

图3 轴的零件

学生练习时机不是死的，需要结合设计的知识点穿插进行，比如本案例的建模过程和工程图设计过程应该分开，即：①老师建模演示完，学生开始练习；②老师演示工程图过程，学生再进行练习工程图部分。

为了更清晰地反映“三维数字化设计”课程项目教学的实施过程，将课程的线上线下混合教学的过程进行了总结并绘制了如下流程图，如图4所示。

通过以上例子可以发现，首先知识点是机械专业知识的有机组合，不是简单的知识点相加，几个知识点组合是根据实际应用环境设置，更有利于学生学以致用。同时，让教师先提出项目任务，和学生一起根据项目任务学习相关的理论知识和UG 命令的具体使用方法。在这个共同完成的过程中，学生在操作过程中遇到问题老师可以及时地得到解答，不会把问题带出教室，或者让问题累积。与此同时，学生可以更及时更直接地发现自己的不足，这样的学习效率比传统的教学进步更快更明显。由于学生课堂时间内直接参与实践，大大地吸引了学生的注意力和参与度，学生通过独立完成项目非常有成就感。特别需要指出的是，在整个项目实施过程中引导学生主动去线上平台提前预习知识点、任务要求和课后反复观看演示视频，是保证软件学习质量的关键。

2.3 在项目式教学中培养学生的综合素质

2.3.1 培养学生团结协作的能力

把班级同学分成若干个小组，每个小组大约3～4名同学，每组选出一名同学为组长。各组组内成员为了团队目标而相互协作，从而可锻炼组内同学与人沟通、合作的能力。这种团结协作精神是现代企业精神的重要组成部分，是促进企业凝聚力、竞争力不断增强的精神力量。

2.3.2 培养学生的自信

每次接受一个工作任务后，组内每个成员都要发挥各自的聪明才智，一起来分析每个任务，寻求最好最快的解决方案。每当他们圆满完成某一工作任务后，每位同学心里都会有一定的成就感，大大增强了学生的自信心。

2.3.3 培养学生的企业化项目实践能力

安排课外大作业主要采用企业化的思路来进行。在老师的指导下，通过8周时间的课外大作业锻炼，可以培养学生自主完成一个创意项目的初步能力，即实施一个完整的项目，从产品调研、制定方案讨论并改进方案、描绘蓝图、初步实施、讨论改进细节、详细设计、最终完成作品原型，然后制作作品说明书以PPT形式来表达作品，同时为提升作品的表现力制作相关动画视频等。

3 结语

以能力本位、需求导向的项目教学模式，把学习的主动权还给学生，把主动获取知识的过程交给学生，让学生在看、动、做、画、想的过程中自我发现知识、感悟知识、获取知识，使情感、价值观得到提升，能力得到提高，学得轻松、愉快。老师是整个课堂教学的导演，又是和学生一样的演员，学生和老师之间零距离合作完成接近企业实际的项目，使学生能够更加自主地学习，提升学习兴趣和成就感。

图4 “三维数字化设计”课程项目教学的实施过程