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摘 要：Solid works 三维设计在社会、企业中的应用越来越广泛，此课程的目的是培养学生掌握当今行业常用的一些三维设计方法与知识，具备基本的职业素养和技能。传统课堂讲授法已经不能适应快速发展的机械制造行业对人才的新需求，为了提高本校此课程的教学水平和学生的三维设计能力，进行了以三维设计软件命令应用深入研究为核心的教学改革与实践，通过对课程内容与目标、考核方式、竞赛情况等方面进行分析，都有较为明显的提升。
关键词：Solid works 三维设计；命令应用；教学改革
本文引用格式：李小敏，谌文，张日红 . 命令应用为核心的《Solid works 三维设计与应用》课程改革与实践 [J]. 教育现代化 ,2021,8(41):83-86.
The Curriculum Reform and Practice of Solid Works 3D Design and Applicationwith Command Application as the CoreLI Xiaomin, CHEn Wen, ZHang Rihong(College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhongkai University of agriculture and Engineering, guangzhou guangdong)
Abstract: Solid Works 3D design is more and more widely used in society and enterprises. The purpose of this course is to train students to master some 3D design methods and knowledge commonly used in today's industry, and have basic professional quality and skills. The traditional classroom teaching method has been unable to adapt to the rapid development of machinery manufacturing industry for the new demand for talents. in order to improve the teaching level of this course and students' three-dimensional design ability, the teaching reform and practice centered on the in-depth study of the application of three- dimensional design software command are carried out. Through the analysis of the course content and objectives, assessment methods, competition situation and other aspects, there are more obvious improvements.
Keywords: Solid Works 3D design; command application; reform in education
一 引言
众所周知，机械设计与制造占据智能制造的重要位置。一方面，机械制造业是国民经济的基础产业，为整个国民经济提供技术装备，它也是工业中的一个重要组成部分，它的发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。另一方面，机械制造业直接影响到全民经济水平的发展，也影响到国民生活水平的发展和国家国防力量的发展。因此，大多数国家都将机械制造业的发展放在重要的位置，而随着机械产品国际市场竞争的加剧，很多大公司都将高新技术注入机械产品的开发设计中，以此作为竞争取胜的重要手段。尤其是近年西方发达国家纷纷提出工业 4.0、智能制造、工业互联网等新型概念与范式； 数字化、智能化机械制造业成为国际重要国家争取占领的重要制高点；我国更是提出了智能制造 2025 计划，将智能制造置于国家战略。
在机械制造业智能化实施过程中，数字化建模与绘图成为顺利实现智能制造的关键环节。因此，对于以制造业为立国根本的国家，基于相关工业设计软件的机械设计与应用是其重要基础。数字化三维设计相关软件出现后，工程师设计效率得到大幅提升；行业之间的交流变得更加简便和高效，这极大地促进了机械制造业的发展，为智能制造的具体落地提供了关键基础。
如今，掌握一门三维设计软件的应用，已经是机械制造行业、机械制造相关专业应用本科学生必备的专业基本技能之一。从制造业需求来讲，尽管目前三维设计软件诸多，但是由于 Solid works 优越的性能和友好的操作界面，在机械制造型企业中的得到十分广泛的应用。因此，不少企业的招聘条件中明确要求“熟练掌握 Solid works 等三维设计软件”。
从应用本科教学层面来讲，《Solid works 三维设计与应用》这门课程作为机械电子工程、机械设计制造及自动化专业的专业课程就是帮助学生学习使用 Solid works 进行制图和建模，让学生学会从二维平面图到三维立体模型的相互转化，同时也让学生对新方法、新技术、新装备具有较强的适应能力，具备机械电子工程、机械设计制造及自动化专业人才的基本素养，提高学生自身进入社会后的竞争力 [1-4]。综合上述因素，如何高效讲解并让学生快速掌握 Solid works 的基本技能， 对学生后续课程学习以及相关就业发展具有重要作用，对于我国的智能制造计划具有积极意义。
目前，关于三维建模相关课程改革取得长足进步，提出诸如案例教学、翻转课堂等新颖模式。然而经过研究表明 [5-6]，针对应用型机械相关专业本科教学时间压缩、需要结合实际应用的大背景下，传统的三维软件讲授式教学方法，已经显现出诸多不适应， 与相关应用脱节等不足，且已无法满足当今时代发展对机械相关专业的具体需求。因此，针对传统的讲授式教学存在的问题以就业实际需求为导向，以《Solid works 三维设计与应用》课程为基础，对相关教学模式、教学方法、考核模式与课下实践等环节进行合理的优化与改进，使学生在吸收知识的同时把课程实践和现实设计需求相结合，引导学生学习到社会中真正需要的专业能力和专业思维，提高学生的学习兴趣和积极性；让学生真正参与到课堂之中，同时通过实际工程设计、学科竞赛的促进作用，提高学生的思考能力和解决问题的能力，让学生具有更高的专业素养。
二 传统教学方式和存在的问题
该课程的传统教学方式存在较多的弊端，主要包括课程教学内容、教学方式、考核方式等方面， 下面具体进行分析阐述。
（一） 教学依附于教材，注重理论，缺乏实践
传统的教学方式是先重点讲述各个操作命令的名称、作用，然后再进行示范操作，通过示范式的教学过程让学生熟悉和掌握各种命令。虽然这种教学模式有利于学生理解每个命令的含义，但是由于一节课讲授的命令较多，学生在跟随老师操作的时候没有出现任何问题，可以实现基本的功能，但是如果不能反复大量的练习，就很容易会遗忘。同时， 即使学生对命令都谙熟于心，但由于缺乏具体的案例实践，学生不能很好地将各个命令结合到一起， 进而导致在真正设计产品时造成无从下手的困境， 这样的学习便是机械的、低水平的。
（二） 过于注重建模，忽略工艺技术
在传统的教学中，由于教学课时的不足与教学内容的繁多，导致没有足够的课时指导学生完成后续的重要工作，对 Solid works 的讲解与示范往往是建模完成后就停止教学，然而在实际工作中，把三维模型转换为工程图并做好工程图的工艺标注是十分重要的一环。这往往导致学生最终无法绘制出一张完整的设计图纸，无法彻底完成制造设计的前期准备工作。
（三） 不注重兴趣培养，学生被动学习
俗话说：“兴趣是最好的老师”，Solid works 作为一个应用软件更是如此 [7-8]。传统的教学中往往是老师在台上独讲，学生在台下干听，两者之间没有良好的互动，学生的学习积极性也在枯燥而单一的课堂中逐渐被磨灭，进而产生厌倦心理，从而导致学生慢慢开始对课程产生失去兴趣，盲目追求知识及格，为考试而学，被动地、机械式地按照老师的要求完成相应的作业、课堂练习，严重违背了教育本质规律。
（四） 考核不合理，无法形成过程考核
课程考核是检验学生学习效果的有效方式。然而在传统的教学上，考核方式过于单一，考核任务往往来自于教材，学生按图模仿建模。这样的考核使学生更加注重建模模仿，而忽视了建模过程中的建模需求分析和设计思路，这样的考核不利于培养学生独立思考、设计的能力，最终培养出来的学生只会按部就班、依葫芦画瓢，不符合社会所需要的创新型人才需求，失去了就业竞争力。
总之，该课程的传统教学内容过于依赖教材， 教学内容和方法不能紧跟行业的需求，学生的学习积极性不高，考核方式也不能很好地与企业需求接轨，通过对该课程的教学内容、教学方法、考核方式等方面的改进，提高学生对该课程的学习积极性， 以便于更好地适应社会和企业的需求。
三 课程改革方案
针对传统教学存在的以上不足，对该课程进行改革创新。
（一） 课程设计
目前该课程的教学不再依附于教材，而是以具体应用为导向，由易到难采用以软件命令为关键节点，并以具体实物设计案例为导向，让学生在建模的过程中学习各个知识点，通过实践、活动学习，让学生在经过发现—分析—解决问题的过程中展示自己的聪明才智、独立个性和创造性成果。如图 1 所示，该课程分为三个阶段：三维模型教学、二维工程图教学、综合案例教学。
其中三维模型教学阶段主要针对某个命令进行软件层面上的深入讲解应用。学生往往对于一个命令的可设置项目和参数改变后的效果不了解， 以该点作为教学改革的突破口，深入讲解命令的作用以及应用，这不仅能强化教学效果也更能让学生集中注意力，改善学生“学”的过程。二维工程图教学中， 重点讲解三维模型转化为二维工程图的基本命令及技巧，使学生能自主完成模型的转化操作。在综合案例教学中，课前给出具体的要求，先让学生独立自主思
考，再在课堂上对学生不理解的内容进行讲解分析， 让学生把课堂的教学内容完整复习呈现，同时将相关工艺技术的要求加入到综合案例中，最终使学生把知识吸收内化，完成符合实际制造业要求的案例。课程设计中提前给出上课的项目案例及课程内容，是为了让学生提前思考建模流程，培养学生的自主思考能力。在上课前给出一部分时间让学生全方位了解本节课所涉及到的命令及应用，中间留出大段时间让学生自主尝试完成项目案例的建模操作， 最后安排一段时间给学生自由发挥，运用本节所教的内容进行组合应用，让学生实践创新，充分理解课堂的教学内容，提高课堂效率。
教学内容如表 1 所示，实际教学中的具体课程学时分配按照课程大纲和知识的难度来进行分配， 总体难度由易到难，教学梯度平稳，尽量减小学生的学习梯度，并使学生得到全方面的锻炼，能够让学生在学习完该课程后具备独立完成案例项目的能力，并能够在毕业之后进入企业胜任基本的建模设计任务，具备基本的职业素养。
通过典型的三维模型教学，加强学生对于建模的兴趣和认识，使学生以现实需求的角度学习三维建模，强化对于知识的认知。同时增加老师与学生的互动，加强学生对工艺的理解。为此，本课程的上课地点从普通教室改为多媒体计算机机房，让学生能够得到及时的实践和反馈，并且每一节课都留有一定的自主实践时间，学生有不清楚、不了解的知识点，可以当场询问老师，老师也可以当场解答，这大大增强了学生与老师之间的教学互动，也极大地提高了课堂效果和学习的效率。由表 1 可以看出，课程后期有一段时间集中讲解工艺的标注，在这个阶段可以穿插很多当今企业常用的工艺，使学生进一步加深对制造工艺的认知，帮助学生与社会工作接轨，包括设计思路、制图注意事项等，力求与实际结合，让学生觉得学习这门课程是实用的，意义重大的。
（二） 课程目标及考核
课程目标分为基础和提升两个层面。首先，基础目标为检验学生采用三维设计软件建立二维和三维机械结构与模型，以及将三维建模应用、融会贯通其他涉及三维建模课程的掌握情况。其次，拓展目标为以最大可能提升和拓展学生在三维建模方面的能力， 提高学生的学习积极性和兴趣，使学生以更优秀的状态进入社会。
为实现上述两个层面的目标，在基本三维设计命令讲解、实践与练习之外，设计如下几个层面的内容以实现上述目标。第一，在课堂讲解中引入其他课程相关的机械结构为课程讲解案例或者练习课题。由于本课程主要面向机械机电工程专业，因此在具体的实施过程中引入机器人相关的三维模型为教学案例，诸如机器人执行末端、传统装置等。
第二，课堂中以学科竞赛作为切入点，鼓励学生以赛促学为目标，激发学生的学习兴趣。首先向学生介绍一些含金量较高的建模比赛，让学生学会分辨，掌握不同规模、不同等级大赛的要求和需要具备的基本技能；然后再展示不同级别比赛中的优秀作品，激发学生对本课程学习的兴趣，引导和鼓励学生积极参与建模比赛。第三，结合该专业现实工、农业生产相关装备具体与应用场景，在课堂中讲解具体需求，引导学生积极思考， 设计相关机械结构与控制过程。然后，将机械相关的二维图纸与三维建模部分，通过课程教授与学习的三维软件完成相关建模与仿真实验。再次，在课堂中进行分组讨论与优化。最后，按照评分高低讲解，其中优秀案例。
课程考核采用大作业的形式，要求学生独立完成一个产品的二维、三维建模并对其进行视频讲解。本课程考核会给每个学生多个设计任务，任务中包含制造的工艺技术，要求学生根据自己的兴趣选择相应的任务，在完成任务基本要求的基础上，录制建模过程、讲解建模设计的思路，这弥补了传统课程考核方式的弊端，让学生重在建模设计过程，加深对三维设计和应用的理解，同时也使学生的学习水平能真正地反馈给教师，方便教师及时改进教学策略。
我校学生参加三维数字化创新设计大赛经历较久，往届学生由于三维设计能力较弱、兴趣浓度不高等原因，在大赛中获奖人数并不多。经过课程教学改革后，近三年我校三维数字化创新设计大赛参与人数和得奖人数均呈上升趋势，如图 2 所示。
由此可见，课程改革对大赛的参与率和获奖率有较为明显的提高，对学生的三维设计能力和学习兴趣有一定的促进作用，提升了我校的比赛氛围以及知名度，具有一定的积极作用。
五 教学总结
通过对教学改革成果分析，教学着重点的改变能带来更大的教学成效。以学生为中心、集中精力对课程的关键点做深入的教学讲解，能为学生带来更大的学习动力。对于实用性较强的课程应该更加注重实践，教学、实践、思考才能让学生真正理解和掌握课程内容。在《Solid works 三维设计与应用》课程中，以三维设计软件命令应用深入为核心，实践教学结合的教学模式效果明显，该模式弥补了传统讲授式教学模式的不足，实现了以学生为中心， 以应用为目标核心的教学方式的改变。该教学模式在课堂中加入教学实践能极大地提高课堂质量和教学成效。本次教学模式改革可为其他相关课程作为参考，提升本科课程教学质量。
参考文献
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