“计算机三维设计基础”课程教学改革探究

陈德平 李萌崛 陈营 魏燕红 廖婷婷

摘要：“计算机三维设计基础”是材料成型控制工程专业以及其他工科专业学生的必修课程。文章探讨了“计算机三维设计基础”课程的教学方法、教学模式和评价机制改革，旨在使操作技能与专业理论知识相结合，切实提高学生解决实际工程技术问题的能力。实践结果表明，对该课程教学进行改革不仅可以提高学生的学习积极性，还能提高他们灵活应用软件的能力、模具设计能力和制图能力。

关键词：工科专业;教学改革;计算机三维设计基础;UG

中图法分类号：TP391文献标识码：A

Research on teaching reform of “computer 3D design fundamentals” course

CHEN Deping，LIMengjue，CHENYing，WEIYanhong，LIAOTingting

（School of Materials and Environmental Engineering，Chengdu Technological University，Chengdu 611730，China）

Abstract：“Computer 3D design fundamentals” is a compulsory course for students majoring inmaterial forming control engineering and other engineering majors. This paper discusses the teachingmethod， teaching mode and evaluation mechanism reform of the “computer 3D design fundamentals”course，aiming to combine operational skills with professional theoretical knowledge and effectivelyimprove students' ability to solve practical engineering technical problems. The practical results showthat the reform of the course teaching can not only improve the students' learning enthusiasm andability to apply software flexibly， but also improve their mold design ability and drawing ability.

Key words： engineering majors， teaching reform， computer 3D design fundamentals， UG

“計算机三维设计基础”是一门工科院校机械及材料相关专业的一门理论与实践紧密结合的专业必修课程。机械专业和材料专业学生通过学习该课程，可初步解决机械设计中简单的工程问题。传统教学方式主要为“填鸭式”，很大程度上挫伤了学生的学习积极性。对传统教学方式进行改革迫在眉睫，利用“线上+线下”的教学方式，学生可以自主选择学习时间、空间和方式，提升学习积极性和课程学习参与度。对教学方式进行改革，可回归教育的本源，真正做到以学生为主体，激发其学习兴趣，这是我校材料成型和控制专业教学改革的核心。本文主要对我校“计算机三维设计基础”课程改革进行了研究和阐述，提出“线上+线下”混合式教学方法和实施举措。

1存在的问题

在“计算机三维设计基础”课程教学中，主要是对材料加工专业学生的工程素养进行培养，对理论基础和实践要求相对较高，在教学过程中面临的问题及挑战如下。

1.1理论基础知识薄弱

“计算机三维设计基础”课程既能够培养学生的空间思维能力和想象力，也能够将设计思想直观展现于三维坐标系中。在“计算机三维设计基础”课程教学中，要求学生必须掌握机械制图、机械设计等基础知识，能够熟练实现图形表达、视图投影，最终通过计算机辅助完成三维设计。机械及材料相关专业学生在机械制图和机械设计方面的基础知识依然存在薄弱点，设计过程中缺乏工程思维，难以通过机械结构实现其功能化。

1.2课堂教学形式单一

“计算机三维设计基础”是模具设计和制造专业的核心课程，主要依靠计算机三维设计软件对模具结构进行设计。由于该课程涉及烦琐的计算机建模过程，教学方式和过程也比较单一和枯燥，若教师在教学中依然沿用传统教学方法和教学手段（如通过播放演示建模过程后学生进行模仿操作），则学生难以自主思考和发现问题，难以调动其学习积极性，不利于提升他们的学生学习水平。

1.3评价机制不合理

“计算机三维设计基础”课程对学生的工程素养要求较高，实践性较强，教学内容安排、教学进度把控以及考核方式、学生评价体系、学生的学习能力和接受能力都将影响该课程的教学效果。在教学目标制定上，过分强调知识点的掌握，忽视了培养学生的创新力和想象力;在教学形态上，过分重视教师对课堂的控制，忽视了学生学习的主体性;在教学手段上，教学形式单一、固化，信息化和智能化程度不高;在考评体系上，过分重视学生的出勤和作业完成情况，忽视了实践方面的考评。这都是影响“计算机三维设计基础”课程教学效果的不利因素。

2改革措施

“计算机三维设计基础”课程以三维造型软件（包括 UG，3DMAX，CATIA，Pro/E 等）为载体，采用 UG 软件进行三维造型教学。其中，UG 软件提供可视化界面和参数化设计方式，具有强大的三维造型功能，是实现二维图像向三维立体实体升级的重要手段[1]。针对本校材料成型和控制工程专业的培养目标，为满足国家和企业对先进设计和制造技术人才的需求，“计算机三维设计基础”课程教学改革应由传授简单的操作技巧向培养学生工程实践能力转变。教学改革思路：将传统“计算机三维设计基础”课程和机械制图、模具结构设计结合起来，以此为基础将计算机三维设计的方法渗透到教学过程中。培养学生灵活使用 UG 软件的同时，巩固机械制图的学习，为后期模具结构的学习打下坚实基础，为培养具有专业创造能力和创新能力的综合素质人才打下基础[2～3]。

2.1优化教学内容

“计算机三维设计基础”课程的主要知识点为草图绘制、实体特征建立、曲面造型、零件装配、工程图图档生成等。其早期课程内容在草图绘制和实体特征建立板块占比较高，学生将耗费大量的精力去学习并练习草图的绘制。传统课程教学安排不能够适应未来的企业设计和生产实践需求。企业在 UG，3DMAX，CATIA，Pro/E 等平台上进行机械设计和构图的过程中，更加偏向于曲面造型、3D 图档装配和工程图档生成，部分内容在课程安排中相对较少。

在“计算机三维设计基础”课程教学改革中，将结合企业的设计案例，强化曲面造型、3D 图档拆分及装配、工程图档生成等内容教学，增加曲面、网格曲面、扫略、弯曲曲面、装配与组件、组件添加及删除、组件控制及尺寸驱动、装配树建立及管理、2D 图档的生成及尺寸标注等内容。与此同时，将部分设计案例作为学生的实践作业，引导他们自主完成曲面造型及图档生成，最终完成整个设计工作。

2.2采用“线上+线下”混合式教学模式

根据学生对“计算机三维设计基础”课程的学习主动性、积极性不高等问题，“计算机三维设计基础”课程采取“线上+线下”混合式教学方式，充分调动他们的学习兴趣。线上教学方面，“线上+线下”混合式教学模式采用生产加工在线视频、机械及模具工况在线视频、真实设计案例及虚拟仿真等辅助手段;线下教学方面，“线上+线下”混合式教学模式涵盖机械设计、机械制图等内容。

“线上+线下”混合式教学模式不仅能够实现在线教学，而且有利于学生自主学习。课前，学生利用教师上传至网络平台上的各种录课视频、动画、软件和多媒体课件进行预习，明确学习目标并反馈难点;在机房上课时，教师针对教学重点和学生反馈的难点进行实操和讲解，并指导学生独立完成该堂课的操作任务，布置相关练习题加强学生的训练;课程结束以后，教师针对课堂教学中和练习中出现的问题进行归纳总结，再上传相关课程视频及动画至网络平台。通过“线上+线下”混合式教学，大幅度提高了学生的学习热情，在机房上课的参与度显著提高，教学效果显著提升。同时，在教学中应用信息化手段，将出勤率、抽查答题与堂课知识点和技能点相结合，课堂互动性、参与性大幅提升。“线上+线下”混合式教学模式如图1所示。

2.3采用模块化的案例教学模式

将计算机三维造型软件授课部分分成草图、特征建模、装配图、工程图四大模块，将每一个模块进行案例教学，讲解案例时以理论知识为依托，目的是让学生熟悉计算机三维造型软件中的工具使用方法。例如，在教学的过程中，通过特征建模绘制组合體，应用 UG 三维造型软件中各个特征工具将基本体进行叠加或打孔，教师可将建好的三维组合体通过旋转、平移等方法展示不同的视角给学生看，使他们充分理解机械制图中各基本体之间的共面、相关和相切关系，同时熟练掌握并灵活使用三维特征命令的操作方法。

在教学的过程中，教师还可以利用三维造型软件建立的实体模型来展示剖切和实体切割等，将抽象的剖视图知识直观化，使学生对其进行深入理解。在学习工程图的过程中，通过各种软件工具命令建模组合体，并且导出工程图，使学生掌握工程图的导出方法，同时帮助其理解工程图的投影关系[4]。在学习装配图的过程中，学生需要学习三维造型软件的使用方法并对零件进行装配，教师首先在特征建模部分对创建的各种模具实体零件进行实时装配，让学生可以直观的理解模具结构零件之间应该如何装配，也可以将模具结构拆卸、剖开，让学生理解模具的工作原理、各模具零件之间的装配关系。基于此，不仅提升了学生学习三维造型软件的热情，充分提升了“计算机三维设计基础”课程的教学质量和效果，还能帮助他们解决模具装配学习中的难题。

2.4采用多指标评价机制

在“计算机三维设计基础”课程教学改革中采用随堂实践考核的办法，让教师随时了解学生的状态。改革前，成绩考核包括出勤率、作业完成情况及期末上机测验。教师一般通过期末上机测验和作业完成情况对学生的成绩进行评判，从而给出分数，缺点是不能随时考查学生的学习情况，以及时调整课程。改革后，评价机制增加过程考核，即平时成绩（出勤率、作业完成情况、回答问题）占40%，过程考核（学生在课堂上完成指定的项目任务，教师根据学生完成的熟练程度进行计分）占30%，期末考试（期末实操考试）占30%。在考评环节改革中设置过程考核，实时考查学生的学习情况，对其实践能力进行考评。该改革措施体现了学生在学习中的主体地位，将有利提升他们的实践能力[5]。表1为改革后的“计算机三维设计基础”课程评价机制。

3结语

通过对“计算机三维设计基础”课程教学进行改革，学生的学习热情、主动性得以提升。将 UG 软件实体建模、工程图和装配图的学习与机械制图和模具理论知识相结合，不仅激发了学生学习“计算机三维设计基础”课程的热情，还能明显提高他们的工程设计意识，为今后学习模具结构等知识打下坚实的基础。

参考文献：

[1]陈兆荣.基于 UG 参数化的产品优化设计[ J].煤炭技术，2012，31（6）：19?20.

[2]慕光宇，潘澜澜，蔡卫国，等.以学生为中心的“三维实体建模与设计”课程教学改革与实践[J].黑龙江科学，2020，11（17）：10?11+15.

[3]孙佳楠，吕永锋，范建蓓.面向高职模具专业的产品造型设计课程教学改革[J].教育教学论坛，2015（21）：232?233

[4]李锐，汪小芳.基于 UG 软件的机械制图教学改革[J].湖南农机，2008（7）：26?27.

[5]马梦蝶，尤拥宾.UG 课程考核方法改革的探讨[J].山东工业技术，2017（17）：227+293.

作者简介：

陈德平（1986—），硕士，讲师，研究方向：材料加工工程。