于志新

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

案例法教學(xué)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程上的應(yīng)用

于志新

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

在三維設(shè)計(jì)軟件課程教學(xué)中應(yīng)用與工程實(shí)際接軌的案例教學(xué)方法，以發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)為例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)邊設(shè)計(jì)邊繪制。極大地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，符合創(chuàng)新教育理念。

教學(xué)改革；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；案例法

當(dāng)前部分大學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣不高，對(duì)知識(shí)的掌握也不夠精準(zhǔn)，已引起高等教育工作者的普遍擔(dān)憂。由此，眾多教學(xué)改革方案紛紛出爐，歸根結(jié)底其目的在于化枯燥講授為生動(dòng)運(yùn)用，將學(xué)生的興趣吸引回課堂[1]。此外，還要正確運(yùn)用考核方式，以便既綜合檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，又能將所學(xué)知識(shí)成功應(yīng)用到未來(lái)的實(shí)際工作中，這才是教育改革的正確途徑。

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)長(zhǎng)期致力于本科教育改革，本研究即來(lái)源于對(duì)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生授課時(shí)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

一、三維制圖的作用

大學(xué)教育是為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的，培養(yǎng)目標(biāo)要瞄準(zhǔn)學(xué)生為適應(yīng)未來(lái)崗位所需的技能。機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生走出校門(mén)后，多數(shù)要從事機(jī)械制造或機(jī)械設(shè)計(jì)工作，其中機(jī)械產(chǎn)品由設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為成品的過(guò)程必須通過(guò)工程圖來(lái)完成，這就要求學(xué)生必須具備較扎實(shí)的工程制圖基本功，才能勝任自己的崗位。加之如今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)已全面甩掉圖板，廣泛應(yīng)用二維和三維CAD繪圖進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這更為企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了深刻變化，大大減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，明顯提高了經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中遇到的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題，三維CAD軟件的優(yōu)勢(shì)就顯露出來(lái)，它能將一些在工程圖學(xué)中難于表達(dá)的相貫、截交線及曲面輪廓方便地表達(dá)出來(lái)，成為越來(lái)越多院校在機(jī)械類專業(yè)教學(xué)體系中設(shè)置的必修課程[2]。

如何將傳統(tǒng)的工程制圖知識(shí)與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合，是機(jī)械工程專業(yè)課程培養(yǎng)體系著重考慮的問(wèn)題。

二、教法改進(jìn)

相同的知識(shí)領(lǐng)域和技能在應(yīng)用不同的教法情況下，學(xué)生領(lǐng)會(huì)的程度就會(huì)有差異，時(shí)代要求教育工作者要潛心研究教育理論、研討教學(xué)方法，以適應(yīng)不同的學(xué)生和課程。

1.傳統(tǒng)教學(xué)方式。傳統(tǒng)教學(xué)法是長(zhǎng)期教學(xué)的總結(jié)成果，對(duì)于我國(guó)師生比嚴(yán)重偏低的現(xiàn)狀是必要的，然而對(duì)于一些技能性較強(qiáng)的課程則不適用。譬如軟件應(yīng)用課程，教師若在講臺(tái)上講授軟件的起源和用法，而后逐條講述各功能模塊內(nèi)的命令，形式呆板且內(nèi)容枯燥，結(jié)果只有部分學(xué)生能記得幾個(gè)模塊中包含哪幾個(gè)命令，至于命令的應(yīng)用到了實(shí)際運(yùn)用時(shí)記得的已經(jīng)所剩無(wú)幾。由此可以看出以往逐條講授命令的傳統(tǒng)教學(xué)方式此時(shí)已無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，只能徒勞浪費(fèi)課時(shí)，反而起到事倍功半的效果而已。

意識(shí)到傳統(tǒng)講授方式并不是萬(wàn)能的之后，一些教育工作者早已開(kāi)始通過(guò)自身工作經(jīng)驗(yàn)，不斷總結(jié)自己的教學(xué)體會(huì)，嘗試新教法，逐漸發(fā)現(xiàn)了一些行之有效的法門(mén)，案例教學(xué)就是其中的一種。

2.案例教學(xué)方法。軟件應(yīng)用類課程的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，需要以實(shí)際操作來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的掌握水平，這樣才能更好地落實(shí)培養(yǎng)方案、保障學(xué)習(xí)效果[3]。學(xué)生在校學(xué)習(xí)，已具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，教師若以工程實(shí)際為引導(dǎo)，即會(huì)取得良好的效果。鑒于此，在計(jì)算機(jī)輔助及應(yīng)用課程中我們應(yīng)廣泛采用案例法教學(xué)模式。

案例教學(xué)要求選擇工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛的項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目來(lái)源使學(xué)生認(rèn)識(shí)到課堂講授的即是將來(lái)工作能夠用到的技能，學(xué)生的專注度愈發(fā)增強(qiáng)，教學(xué)效果應(yīng)付迅速好轉(zhuǎn)[4]?？己艘惨詫?shí)際案例為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，很容易就能測(cè)得學(xué)生的掌握水平。針對(duì)當(dāng)前機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)——多以大規(guī)模加工汽車零部件為主，面向機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及應(yīng)用》課程，以CATIA軟件的CAD和CAM模塊為主要講授內(nèi)容。在本課程的教學(xué)計(jì)劃中，以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的裝配為主線，設(shè)置以連桿和活塞的三維造型設(shè)計(jì)為案例，著重講授零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程圖和運(yùn)動(dòng)仿真模塊的應(yīng)用。

三、實(shí)施過(guò)程

考慮到軟件應(yīng)用課程的特點(diǎn)，首先改變傳統(tǒng)課堂教師主動(dòng)的講授模式，取而代之的是在機(jī)房師生的互動(dòng)教學(xué)方式，這樣便于學(xué)生及時(shí)消化理解操作原理和繪制方法，遇到操作難題即可當(dāng)堂解決。

1.教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)過(guò)程中，緊緊扣住工程實(shí)際應(yīng)用這條線，首先簡(jiǎn)要描述汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，使學(xué)生了解相關(guān)術(shù)語(yǔ)，掌握曲軸、連桿、活塞等基本零件的作用及工作特點(diǎn)，對(duì)整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生一定的興趣和感性認(rèn)識(shí)，再對(duì)其進(jìn)行零件繪制、裝配及運(yùn)動(dòng)仿真，非常形象生動(dòng)地學(xué)習(xí)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和繪制流程。以一款488發(fā)動(dòng)機(jī)為例[5]，設(shè)置其主要參數(shù)為活塞行程S=92mm，曲軸主軸頸與連桿軸頸分別為56和42mm等，選擇連桿作為案例1，在零件設(shè)計(jì)模塊完成連桿的實(shí)體造型，將文件名保存為rod.Part。對(duì)于案例2——活塞零件，以與缸徑配合的外徑為基準(zhǔn)尺寸，結(jié)合活塞銷座孔與連桿小頭相互配合等條件進(jìn)行繪制，繪制過(guò)程中使學(xué)生重溫活塞與氣缸的間隙配合及銷座孔與連桿小頭需要用過(guò)盈配合的原理，同時(shí)學(xué)生也領(lǐng)會(huì)了零件加工與表面粗糙度之間的關(guān)系，繪制完成后，將零件賦予相應(yīng)的鋁合金材料以具備相應(yīng)機(jī)械性能，文件則另存為piston備用。

新建裝配體Engine.Product，調(diào)入已繪制的連桿和活塞至合理位置，以此為基礎(chǔ)，在裝配模塊新建曲活塞銷、活塞環(huán)等零件。督促學(xué)生應(yīng)用同樣方法，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的原理和規(guī)則在課后完成曲軸、箱體等零件的繪制，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生重溫機(jī)械設(shè)計(jì)中箱體的注意事項(xiàng)。應(yīng)用命令固定箱體，合理裝配后期繪制的零件。

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，即可進(jìn)入DMU Kinetics模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真。新建一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，按照發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理在I缸設(shè)置箱體軸承座孔與曲軸間、曲軸與連桿間的轉(zhuǎn)動(dòng)副，繼續(xù)設(shè)置連桿與活塞在小頭活塞銷孔處進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同理，依次對(duì)其余三缸進(jìn)行設(shè)置，即完成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真的運(yùn)動(dòng)副設(shè)置。

然后進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)傳感器來(lái)獲得活塞的運(yùn)動(dòng)速度、加速度，曲柄與連桿間的夾角變化以及各連接軸徑處的受力等狀態(tài)值，分析結(jié)果可用于運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的技術(shù)改進(jìn)，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否正確等方面的工作。

分別以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模式觀察機(jī)構(gòu)，清晰掌握機(jī)構(gòu)的工作原理和結(jié)構(gòu)。進(jìn)入工程圖模塊轉(zhuǎn)化生成零件及裝配體的二維工程圖，進(jìn)一步驗(yàn)證了理論上的投影關(guān)系，使得以往那些令人頭痛的復(fù)雜零件投影問(wèn)題得以解決。指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合運(yùn)動(dòng)件工作原理，進(jìn)一步掌握運(yùn)動(dòng)配合和機(jī)械加工原理，對(duì)圖紙進(jìn)行合理標(biāo)注，同時(shí)養(yǎng)成合格規(guī)范繪圖的好習(xí)慣。

2.課堂擴(kuò)展。隨著我國(guó)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和地方基礎(chǔ)教育水平的提高，當(dāng)前大學(xué)生普遍表現(xiàn)為見(jiàn)識(shí)寬廣，在課堂上顯得思維活躍，互動(dòng)教學(xué)過(guò)程中解決問(wèn)題的思路大不相同。由此，在操作過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤就千變?nèi)f化，導(dǎo)致好多時(shí)間在為學(xué)生糾錯(cuò)，這就要求教師知識(shí)面要廣，對(duì)各類錯(cuò)誤應(yīng)對(duì)自如才能獲得學(xué)生的信任。

授課過(guò)程中結(jié)合工廠加工的實(shí)際問(wèn)題，提醒學(xué)生回憶在工程訓(xùn)練和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中曾經(jīng)做過(guò)或考查的項(xiàng)目，聯(lián)想相關(guān)的減速、變速及差速機(jī)構(gòu)，闡述并解決機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中諸多疑難，不自覺(jué)地將學(xué)生引入到機(jī)械加工環(huán)境中，與教師形成交互式的教學(xué)氛圍，雙方都受益匪淺。

課后為學(xué)生布置相近作業(yè)，按組分配給學(xué)生不同運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。學(xué)生信心滿滿地鉆研，總結(jié)在課下所遇的諸多疑點(diǎn)和難點(diǎn)，及時(shí)與教師反饋溝通，極大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，迅速提高了學(xué)生的操作水平。

四、教學(xué)體會(huì)

本輪教學(xué)結(jié)束后，師生都體會(huì)到了解決實(shí)際工程問(wèn)題的樂(lè)趣。期末考核過(guò)程中，部分同學(xué)積極轉(zhuǎn)換思路，繪制步驟與教師講授有了較大改進(jìn)，說(shuō)明創(chuàng)新教育在他們身上起到了作用、達(dá)到了初步目的，在求職應(yīng)聘期間也表現(xiàn)出胸有成竹的氣質(zhì)。

同時(shí)在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，教師也深深體會(huì)到距離成功實(shí)施還有一定差距，很多工作不夠細(xì)致合理，需要逐步改進(jìn)一些具體內(nèi)容。

1.案例內(nèi)容要更新。教學(xué)改革是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，應(yīng)緊抓時(shí)代脈搏，根據(jù)學(xué)生掌握程度及時(shí)擴(kuò)展授課內(nèi)容甚至更新案例，以開(kāi)拓學(xué)生視野和激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

2.題庫(kù)覆蓋面要廣。在驗(yàn)收終端，除了已授內(nèi)容，也要在考試內(nèi)容及具體環(huán)節(jié)中做足文章；除了變更參數(shù)，在具體結(jié)構(gòu)形式、類似機(jī)構(gòu)方面也要適當(dāng)擴(kuò)展，并逐年擴(kuò)充題庫(kù)題量，以充分考核學(xué)生的掌握水平和創(chuàng)新能力。

3.教師要公正嚴(yán)謹(jǐn)。教師除了在課堂上講授切實(shí)有用的知識(shí)之外，更要盡心督促，考試過(guò)程中更要公平地對(duì)待每一名學(xué)生，才會(huì)有效提高學(xué)生的積極性，使教學(xué)環(huán)節(jié)趨于完美。

[1]婁延常.大學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)-湖北省大學(xué)生學(xué)情調(diào)查的啟示[J].復(fù)旦教育論壇，2004，（2）.

[2]屈文濤，任濤，康曉清.工科學(xué)生制圖能力培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，27（6）.

[3]張德江.論教談學(xué)話育人[M].北京：高等教育出版社，2010.

[4]張潤(rùn)蓮，張向利，葉進(jìn).案例教學(xué)法及其運(yùn)用[J].桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24（4）.

[5]于志新.CATⅠA實(shí)例應(yīng)用教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0065-02

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)“提升本科教育教學(xué)質(zhì)量”教學(xué)改革項(xiàng)目（14-14）。

于志新（1975-），男，吉林梅河口人，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)與科研。