SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：利用现代工具解决复杂工程问题的能力已经被作为一个主要的毕业要求写入工程教育专业认证的通用标准，为此，开展本科生计算机三维设计能力培养模式的研究并付诸实践是必要的。基于OBE的理念，从系统性的角度出发构建了“系统完整，基专鼎撑”，贯穿于大学四年培养全过程的三维设计能力全方位培养课程体系；落实以产出为导向的目标，凝练了“因用而学、为用而教、授人以渔、通用为妙”的教学内容；实践了课程置换、MOOC教学等多种教学新模式。以AtuoCAD、SolidWorks等软件作为支撑，在学生不同的学习阶段，从三维设计理念——三维设计技术——三维设计能力入手，有针对性地安排不同的教学内容和实践环节，循序渐进地实现了提高三维设计能力的培养目标。
关键词：三维设计能力；工程教育认证；全过程；培养模式
本文引用格式：董雅宏.以工程教育认证为背景车辆工程专业三维设计能力培养体系的研究与实践[J].教育现代化，2019，6（22）：84-87.
Research and Practice of Three-dimensional Design Ability Training System for Vehicle Engineering Majors Based on Engineering Education Accreditation
DONG Ya-hong
(School of Mechano-electronic Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou Gansu,China)
Abstract:The ability to use modern tools to solve complex engineering problems has been written to the general standard of engineering education professional certification as a major graduation requirement.Therefore,it is necessary to carry out the research and practice of the training model of computer 3D design ability for undergraduates.Based on the concept of OBE,from a systematic point of view,we build a“system complete and base special support”,which runs through the all-round training course system of the three-dimensional design ability of the whole process of training in the four years of the University.Content;practice of curriculum replacement,MOOC teaching and other new teaching models.With the software of AtuoCAD and SolidWorks as the support,in the students'different learning stages,from the three-dimensional design concept,three-dimensional design technology,three-dimensional design ability,different teaching contents and practical links are arranged pertinent,and the training goal of improving the three-dimensional design ability is realized step by step.
Keywords:three-dimensional design ability;engineering education accreditation;whole process;training mode
智能制造的基础是网络化和数字化，它是“中国制造2025”的核心内容。目前。产品传统的二维设计与制造方式已经被三维设计技术和制造迅速取代。这一发展趋势既引发了我国制造业的革命性变革,也给机械类专业人才解决复杂工程问题能力培养工作提出了更高的要求[1-3]。
按照工程教育专业认证三大理念，针对我校车辆工程国家级特色专业的自身特点，从“培养应用型工程师”的培养目标出发、按照“四年不断线”的思路，以机械类本科生为培养对象，对教学计划、教学大纲、教学手段和评价方法等方面进行了全面改革，为提高学生的三维设计能力进行了有益的探索。
一 车辆工程专业三维设计能力全过程培养体系的构建
（一）三维设计能力的内涵
工程教育认证标准（2017年11月修订）[4]专门在毕业要求的3.5款设定了使用现代工具的能力，即能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。参照文献[3]和文献[4]的相关理念，由此我们将车辆工程专业三维设计能力定义为使用现代工具解决车辆工程领域复杂工程问题的能力，其内涵包括以下几方面：
一是掌握三维设计的技术。即选SolidWorks等软件平台，熟练使用相关的工程软件进行三维模型的创建和虚拟装配仿真检验，能熟练进行机构运动仿真和对结构进行强度分析等。
二是树立三维设计的理念。即基于尺寸驱动的草图设计、包含加工信息的特征创建、实现制造仿真的零件建模、自顶向下的虚拟装配和提高设计效率的设计重用。创建零件模型的过程不仅是造型过程，也是制造仿真过程，要考虑零件的功能要求、加工工艺合理性、经济性等多方面因素。
三是培养三维设计的能力。即利用已掌握的三维设计技术和理念，对车辆工程领域的具体复杂工程问题，完成模型创建、机构运动仿真、结构强度设计，并进行工程应用可行性分析。
（二）三维设计能力培养体系的构建
学生的三维设计能力的培养，不是简单地增加几门软件操作课程就能实现，而是必须深入研究三维设计能力内涵的前提下，从教师素质、教学手段、教学内容和实践环节等方面统一部署，构建相对系统完整的培养体系。
根据我院车辆工程专业学生的基础、教学条件等实际情况，基于OBE的理念，从系统性的角度出发，构建了“系统完整，基专鼎撑”的课程体系和贯穿于大学四年培养全过程的三维设计能力全过程、全方位培养体系见图1。
（三）三维设计能力培养教学内容的凝练
培养体系建立后，首先要在教学大纲中明确课程之间的开设先后顺序、教学内容的衔接、和教学学时的分配等，才能使学生的三维数字化设计能力的培养落到实处。
经过反复研究，考虑到计算机三维设计课程体系中各课程的层次性,将课程分成基础阶段、提高阶段、进阶阶段、运用阶段4个层次，贯穿学生整个四年的学习中。课程体系中四个层次的教学由浅入深，融入国家标准、行业标准，由理论逐步向实践过渡。车辆工程专业三维设计能力培养相关课程的内容与要求见表1。
二 车辆工程专业全过程三维设计能力培养体系实践
（一）培养模式的实践
三维设计方法是从三维建模入手，根据软件的参数化功能与其他软件相链接，能够对这一设计过程实现更为直接的体现。为了使学生掌握三维设计方法，我们对车辆工程专业学生从三维设计理念——三维设计技术——三维设计能力的全过程培养模式进行了探索与实践。
（1）铺垫厚实设计基础，树立三维设计理念为了提高学生的综合素质及创造力,必须掌握先进的设计手段,感受三维设计的魅力,牢固专业志向。为此，通过画法几何与机械制图、计算机辅助三维设计原理与应用、机械测绘实践等课程，帮助学生循序渐进掌握平面图形与三维实体之间的关系。尤其要重点培养将不同的图形表达方法和手段进行融合，为三维设计能力技术的培养和应用奠定基础。逐步开阔学生的思路，使学生从中学会思考，体会设计的乐趣，树立三维设计的理念。
（2）开展扎实的设计实践，掌握三维设计技术机械设计课程设计和动车组车辆设计大作业等车辆专业学生必有的设计实践环节，学生通常是完成减速器和轮对等经典产品的设计。在以往的二维设计中，学生的认识始终停留在图纸上，只能使学生掌握一般机械设计方法，难以最大限度地提高学生的实际设计能力。将三维设计融入机械设计课程设计和动车组车辆设计大作业等设计实践环节后，学生通过零件建模、虚拟装配、运动仿真和结构设计的实践，进一步熟练掌握三维设计技术的同时，体验了三维设计强大的参数化功能，增强学生的成就感，极大的激发了学生学习的主动性和设计兴趣。而且使学生从感性和理性上更加深入地理解设计内涵，更好地增强学生的想象力。同时还在三维实体生成二维零件图等实践环节过程中，深刻领会了三维设计与工程图之间的关系。
（3）拓展选题的研究宽度，培养三维设计能力毕业设计和学科知识竞赛是对学生所学知识的应用及能力的综合训练过程。三维设计的融入不仅为学生拓宽了选题的广度和宽度,而且也为学生根据择业去向做好前期准备提供了学习与训练的机会。
充分利用我院车辆工程专业“就业好、签约早”的优势，采用“双向选择”设计题目、校企导师联合指导等多种方式鼓励学生选择将来就业企业的实际工程类设计题目，或将来攻读硕士学位相关方向的研究类设计课题。上述措施使毕业设计题目所涉及的知识面更宽,综合性更强,因此学生在设计过程中,综合能力得到了极大的训练和提高，为更快地适应工作要求打下了坚实的基础。由于将毕业设计直接转换成了生产力,受到了企业的好评。
为了培养学生的创新意识，更好地挖掘学生的潜能，我们与企业合作，举办计算机制图技能大赛、三维辅助设计竞赛等多种形式和多种层次的三维设计学科能力竞赛。设计课题可由企业提供，也可由学生自行拟定，教师给予技术上的指导；还可以参与部分企业的机械设备设计任务。由于为学生留下了广阔的思考空间，使学生的创造能力得到更充分的发挥。这样的活动充分调动了学生自主学习的积极性和主动性，丰富了学生的课外科技活动，不仅服务了企业，也为我校学生参加省级和国家级三维数字化建模大赛打下了基础，受到学生们的广泛欢迎。
（二）教学方式的实践
（1）要提高三维设计能力，首先提高三维设计软件熟练程度。
随着计算技术的发展，目前的设计软件功能越来越强大，可以说“只有你想不到，没有它做不到”，但同时也引发了学时少，内容多，讲授取舍难的矛盾，经过课题组多年的教学实践，从落实以产出为导向的目标出发，凝练了“因用而学、为用而教、授人以渔、通用为妙”的教学思路。如在Solidworks教学过程中，软件里的草图绘制命令很多，我们不去一一介绍每个命令，只详细讲解经过我们长期实践总结出的“一尺一规、一灯一剪刀”的常用绘制和剪裁命令，而且在讲解“一灯”，即转换实体引用时，通过多个实例讲透该命令是草图绘制和约束添加相结合的命令，同时也是关联设计理念完美的体现。
（2）要提高三维设计能力，必须深刻理解三维设计理念。
为了讲透三维设计理念，我们总结出了“简例现行，归纳其中，演绎实用”的教学方法。如在草图设计时，通过演示皮带中心线（由两段圆弧和两段直线组成），归纳出草图设计的秘诀是：选平面（先已有、后默认、次插入）→定顺序（先已知、后中间、再连接）→绘草图（绘形状、定位置、设大小）。不仅巧妙的把三字经引入到了课程教学便于记忆，激发了学生的学习兴趣，而且为学生进行更为复杂的草图设计提供了指路明灯。
（3）要提高三维设计能力，必须开发多种多样的教学模式。
本课程的内容较多，实践性较强，课堂学时有限，很难只通过课内教学就掌握各种辅助设计手段和方法。为此，针对目前大学生笔记本电脑普及程度高的特点开展了随堂演练的课堂教学模式；开展翻转课堂、对分课堂等多种形式的教学方式，增加与学生的互动交流；充分利用网络教学平台，自建了计算机三维设计网络课程，收集大量的图像、视频、动画等资源，设置了教学通知、辅导答疑、在线批改作业、教学动画、教学视频等功能；自建了计算机三维设计线上课程和国内优质资源共享课资源，按照MOOC形式进行课程建设，将“碎片化”的知识录制成影像在校园网上按学期开课，使得学生可以随时随地学习。
总之，培养学生的三维设计能力，必须优化课程体系、精简教学大纲、凝练教学内容、丰富灵活多样的教学模式，因材施教。
（三）考核方式的实践
目前，期末闭卷或开卷理论考试是高校大部分课程评价办法，其缺点是重理论、轻实践，很难真实评价出学生的实践能力。针对本课程的特点，我们搜集动车组车辆等相关工程问题建立案例库来进行考核。按照课程所实现的毕业要求设置试题的类型、难易程度和考核的实际能力。另外，课程的评价成绩分成平时实践成绩、期末理论知识成绩和期末上机实践成绩三大部分，包括作业、课堂讨论、案例分析和课堂软件实践等多种形式等。这样既减轻了学生期末考试的负担，又调动了学生平时学习的积极性，切实提高学生的三维设计的应用能力。
为了激发学生的学习积极性，我们在多门课程中开展了课程置换，学生参加课程期末考试，试卷成绩达到规定分数后获得本课程学分的同时，获得《机械三维CAD工程师》证书。
为了体现“以产出为导向”的理念，与相关企业合作，将企业实用三维设计的内容作为专业课三维设计能力培养的目标，学生获得课程学分的同时，获得了企业优先签约的资格。
三结束语
工程教育认证要求“以产出为导向，以学生为中心，持续改进”，其中用所有学生学习成果达成度的评价作为课程建设有效性评价的主要依据。基于专业认证标准，课题组对车辆工程计算机三维设计全过程培养的相关课程的教学内容、教学方式和考核机制进行了探索与实践。研究结果表明，本次改革更有利于学生对逐级理解和掌握相关课程的内容，很好的提高学生利用现代工具解决车辆工程利于复杂工程问题的能力，激发了学生的创新意识，很大程度上提高了学生就业的竞争力。
参考文献
[1]汪炳叔.以工程教育认证为导向的材料成形CAD/CAE/CAM课程教学改革探索[J].高等建筑教育,2016,25(2):40-43.
[2]工程教育认证标准(2017版).http://meea.cmes.org/article?id=3．
[3]董晓英.三维设计能力培养模式的研究与实践[J].江苏理工学院学报,2007,13(6):57-60.
[4]赵惠清,安瑛,冯连勋.机械专业本科生全程三维设计能力培养模式[J].工程图学学报,2004,25(3).
[5]杨敏,陈炎冬.以提升学生整体能力为目标的CAD/CAM/CAE课程体系改革[J].科教文汇,2016(33):54-55.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/9192.html
