典型实践教学事例介绍

三维数字建模课程的创新实践

机电工程系 陈松平

    实践教学是我系人才培养计划中不可缺少的重要环节。在我院“以有效教学见长” 办学理念服务于学校人才培养为总体目标的指导下，我系将《三维数字建模》课程定位于学生实践能力、工程素质和创新意识的应用与培养。在今年召开的两会中，国家大力更是提倡制造业的自主创新能力，把依托科技进行自主创新提的越来越高，因此，三维数字化技术在全国高校已得到迅速普及。我系在三维数字化技术的普及和推广做出了一些工作，简要介绍如下：

一、优化教学计划，调整课程结构

    我院以“立足市场需求”提出了“宽口径、厚基础、重能力、求个性”的人才培养模式，由此确立了“以学生为中心”的办学原则，切实为学生提供人性化的一流教育与服务。针对目前普通本科院校在培养应用型特别是三维数字化制造技术人才方面与市场需求存在很大的脱节和错位这一现象，我系多次开展教学计划修改研讨会，对相关CAD课程作了更合理的调整：

1.把原来的《机械CAD二维设计提高》课程改名为《机械CAD实习》，并安排在实践周集中进行，主要讲授入门简单的Solidworks软件，课时也由原来的18增加到34课时，学分也相应地由0.5学分改成1学分，这样可以在原有讲授建模、装配和工程图的基础上增加曲面造型、仿真和渲染等知识，相对系统地介绍软件的应用，以扩大学生的知识面和为准备“三维建模”设计以及参加比赛奠定必备的知识。

2.对《三维实体设计》课程教学安排作了合理的调整，从原来的第5学期开设提前到第3学期，不仅可以为后续课程打下基础，还为学生参加“三维数字建模”比赛、职业资格认证及适应市场需求的需要提供更为有利的条件。教学内容方面也由原来34课时内既要讲授Pro/Engineer软件和Solidworks软件，转变结合国家CAD等级考试三维数字建模师的要求单一地讲授Pro/Engineer软件，有效保证学生足够的学习时间，使后续在Pro/Engineer软件授课课时，学生已经具备了2种典型三维建模软件操作的能力，很容易进入或自学。

3.调整了《数控技术及应用》课程结构，由原来34学时的专业选修课调整为51学时的专业必修课，开设时间也由原来的第6学期提前到第4学期，这样学生在学完三维软件后，学习数控加工、数控自动编程，在《教学实践Ⅱ:数控加工实习》中就可以加工出自己设计的三维实体，实现“所见即所得”，体现了设计、制造及自动化的专业特色。

二、改革教学内容，改进教学方法

   “夯实理论基础、面向实际应用、强化实验实训、激励实践创新”的我系实践教学改革思路，在实践教学内容的改革方面，秉承着这一改革思路。在《机械CAD实习》课程中，由原来着重讲授平面作图软件AUTOCAD的提高，调整为讲授三维参数化软件Solidworks，而将AUTOCAD软件内容整合到《工程图学II》课程中，这样可以结合零件图、装配图和零件测绘大作业强化AUTOCAD软件的应用。在教学方法方面，三维软件大大提高了《工程图学I》、《工程图学II》和《数控技术及应用》、《教学实践Ⅱ:数控加工实习》等课程的授课效率。将3D技术引入教学，对讲授《工程图学》老师而言，把组合体或零件图用3D软件全方位展示（如图1），可以起到事半功倍的效果，大大提高了教学质量和效率。这样就可无需携带传统教具，因为传统教具具有不方便携带、演示时后排就座学生无法看清、表达形式单一和需要购买经费等缺点。对大一的学生而言，3D软件是一项新鲜的事物，在《工程图学》课程上运用3D技术能大大提高他们的学习激情与兴趣，同时也间接地激发学生对将来讲授的三维软件课程的兴趣，有部分学生提前开始自学了三维实体建模软件。在《数控技术及应用》和《教学实践Ⅱ:数控加工实习》课程中，利用南京斯沃三维数控仿真加工软件进行辅助教学（如图2），将数控编程的理论知识与数控机床的实际操作有机地结合在一起，边讲授边操作，使得讲过的知识及时应用于实践中，不但加深了学生对理论知识的理解，而且熟悉了数控机床的操作方法和步骤。提高了学生课堂学习积极性和课堂教学效果，很大程度上帮助学生了解和掌握数控加工的基本操作过程，为学生实际操作实习打下良好的认知基础。《三维实体设计》课程采用讲练结合的方法进行授课，结合往年的大赛作品和全国CAD等级考试要求，在课堂上练习及布置课外作业，课外作业不再是单一给图纸建模了，这样学生容易拷贝抄袭，取而代之的是布置一些能动的作业，诸如生活中常见生活用品的实体造型（如图3），根据造型的复杂程度和完成的情况给分数，同时为了避免他们从网络上下载，随机提问一些同学构造此实体的思路。从实施的情况看，此方法十分行之有效，这样即保证了同学独立完成作业，同时也满足了基础参差不齐的同学们。

图1 利用三维实体软件进行《工程图学》辅助教学

图2 数控仿真软件对FANUC Oi-M加工中心仿真面板

图3 不同的学生用三维实体软件完成的“手机”的课外作业

三、制订“四促”目标，提升专业能力

   技能比赛是一个促进学生学用结合，提高实际动手能力、开阔视野，把学生的创新意识、专业知识和工程能力在创新实践过程中得到很好融合的平台，通过比赛来提高学生认识问题、分析问题和解决问题的能力和综合素质能力，通过比赛来达到“以赛促教、以赛促训、以赛促用、以赛促新”的“四促”目标。为此我系先后配合福建工程图学学会组织和开展了一系列的三维数字建模大赛，诸如承办了2007年全国三维数字建模技能类决赛福建赛区的比赛，厦门区“CAXA杯”、“汇识杯”三维数字建模比赛和每年一次的学院三维数字建模比赛等，取得了2007第二届全国三维数字建大赛一等奖（如图4）和2009年全国三维数字化创新设计大赛二等奖（如图5）和一些省级、市级的优异成绩（详见附录）。通过比赛，师生都对三维技术有了新的认识，对教师而言，三维技术对教师提出了更高的要求，既要比较全面掌握这方面知识，又要对相关的课程有所了解，如《工程图学》、《数控技术及应用》、《塑料成型工艺与模具设计》、《材料力学》、《机械设计》和《机械原理》等。对学生来说，如何把学到的知识和实际相结合，发现问题如何迅速准确地分析问题、解决问题，如何利用创新意识、创新思维对作品进行改进和提升，这些都是参加比赛需要解决的问题，由此教师的课堂教学拉近了和专业培养目标的距离，学生的专业技能也缩短了和企业需求之间的距离，对创新型实用人才的培养发挥了很好的促进作用。

图4 2007第二届全国数字建模大赛一等奖获得者合影（左1：2004级机电系刘帆）

图5 参加2009全国三维数字创新设计大赛总决赛并获得二等奖

四、发挥协会优势，形成良性循环

    2007年12月我系由学工部批准成立了CAD爱好者协会，发展到现在已经有100多位会员。多年来，协会在普及和推广3D技术起到了重要的作用：1.聘请企业的工程师来做讲座，如图6所示福建晋江浔兴集团科技股份有限公司技术研发中心设备研发部陈瑞森工程师给同学们带来了一场《三维实体建模在实践中的运用》的讲座，2009年10月聘请了厦门汇识科技科技咨询有限公司陈东旭经理给同学们作了一场《AUTODESK产品及其应用》的讲座（如图7），大大开阔了同学们的视野。2.每周定期组织会员上课交流，以老带新，共同进步，形成良性循环。3.策划并成功组织了各类三维数字建模和计算机绘图赛事，如图8、图9和图10所示。在这样的环境下，如今在我系掀起了一股“学3D，用3D、我创造”的热潮，越来越多的学生、教师和院系领导自下而上、自上而下地自觉地加入推动和普及3D技术的行列中来，学生成立兴趣小组，准备参加2010年的全国三维数字化创新设计大赛。系主任也十分重视3D比赛，加大理工实训中心的实验室开放力度，不仅在政策和经费方面有所倾斜，而且结合市场需求，强调要把CAD比赛作为机电系的特色品牌来做。领导的重视、实验设备的保证加上学生的兴趣爱好有力地保证了学生掌握和运用三维数字化技术，使学生提前了解产品从开发制造生产的整个流程，为他们日后迅速适应工作岗位打下良好基础。

图6 福建晋江浔兴集团科技股份有限公司陈瑞森工程师的讲座

图7 厦门汇识科技咨询有限公司总经理陈东旭先生的讲座

图8 2007全国三维数字建模福建赛区决赛

图9 厦门区”CAXA”杯三维CAD数字建模比赛

图10 学院首届计算机绘图比赛

五、搭建校企平台，共造和谐氛围

    搭建校企合作平台，对学校来说既有利于专业建设和教学改革，使办学更贴近市场，使学生把学到的知识转化为实用技能，实现“以就业为导向”的目标。而信息化和三维数字化技术是帮助企业提升研发能力、提高产品研发效率、缩短研发周期、优化产品结构、降低产品成本、提高产品设计质量的技术关键。我系广开渠道和一些公司共建实习基地，2008年我系学生按照厦门金龙旅行车有限公司要求对公司各种整车进行三维数字化建模，在公司网站上展示给客户，给公司带来了利润，受到公司领导的好评。近期，我系又和福建省泰华交通设备有限公司合作（如图11），搭建校企合作平台，组织一批精干的学生来对公司的产品进行零部件测绘和三维实体建模，以完成公司网站的改版。学生通过到企业里实践，在学校学习和参加企业工作相结合，知识学习与技能操作相结合，使得学生将来很快适应岗位工作的需求，也有利于学生个性和特长的发展，择业空间增大。这样，企业、学校、学生三者无形之中营造了一种和谐发展的氛围。

图11 机电工程系与泰华交通设备有限公司举行实习基地挂牌仪式

    在互联网迅猛发展、计算机快速普及的时代，在自主创新和产业升级成为全社会共识的今天，3D技术已经渗入到了各行各业。我校尽管在这方面取了些成绩，但也存在了一些需要继续提高的地方：1.3D技术不再是简单地代表掌握一些三维软件的操作就够了，而它是串联机械设计制造及自动化和相关专业课程的主线索，它把《工程图学》、《机械设计》、《机械原理》、《机械制造工艺学》、《可编程控制器及应用》、《微机原理及应用》、《塑料成型与模具设计》、《数控技术及运用》等串在一起，因此对授课老师提出了很高的要求，如果需要工程分析，还需要具备有限元分析和《工程力学》的相关知识，目前我系这方面师资相对缺乏，需要相关知识的再培训，才可以授好课，更好地指导学生参加一些大赛。2.出台一系列规章制度，进一步完善和加大校内实习基地（理工楼实训中心）的开放力度是提高学生实践创新能力、开阔视野的保障。3.实习基地是校企合作的结晶，通过校企合作，学校也可有计划地选派部分专业教师到企业去锻炼，这样既有利于提高教师的实践技能和业务能力，也有利于企业的技术创新。