计算机辅助设计课程国际化教学改革研究

［摘 要］计算机辅助设计是工程学中一门基础的应用型课程，旨在培养机械制造行业人才解决工程实际问题的能力。课程组通过对比国内外相关课程在教学内容和教学方法上的差异，面向目前国家发展需要及行业实际需求，结合国内外优秀院校的教学方法，确定“提升学生实操能力、匹配行业需求、培养复合型人才”的教学目标。课程组对现有计算机辅助设计的教学内容和方式进行改革，将国内课程理论知识丰富的优点与国外突出培养实践能力的教学方式相结合，并将思政元素合理融入课程内容当中，形成完善的教学内容纲要，并提出教学方法的改革要向着理论知识与实际应用相结合的国际化方向发展，同时建立综合评价机制。通过实践，该课程教学改革取得了良好的成效。

［关键词］计算机辅助设计；国际化；教学改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）13-0024-05

随着我国经济社会的快速发展，社会各领域都通过不断转型升级来适应新时代的发展需求，特别是在计算机和互联网技术飞速发展的今天，机械制造行业的规模和实力不断发展壮大，对理工科专业人才的需求也日益增加[1-3]。鉴于计算机辅助设计能力培养的重要性，国内外许多高校的工科专业都开设了计算机辅助设计等相关课程。计算机辅助设计是工程学中一门基础的应用型课程[4]，旨在培养学生将工程技术问题转化为数学几何问题的能力，使学生能够掌握徒手绘图、仪器绘图和计算机绘图的基本技能，拓展学生的空间想象能力，培养学生的工程意识和严谨认真的工作作风[5-6]。在教学内容上，国外高校更注重实用性，注重与企业需求相结合，还有对学生实践能力的培养；国内高校则更注重对学生制图基础理论知识的讲授。因此，国内高校学生对制图基础理论知识的掌握更为扎实，而国外高校学生的优势则在于动手实操方面（见表1）。在教学方法与形式上，国外高校更注重与实践相结合，采用启发式、讨论式的方式进行授课；而国内高校多采用PPT进行课堂教学，再辅以线上视频资源，因而学生的理论功底更为扎实（见表2）。

针对上述问题，本文开展了面向国际化的计算机辅助设计课程改革研究，以提升学生的实操能力、匹配行业需求、培养复合型人才为目标，通过将课程教学和实际应用、思政案例相结合，采用线上线下相结合的教学方式，建立起一套综合评价体系，为国家培养综合性工程技术人才提供制度保障。

传统计算机辅助设计的授课流程主要为“讲授—作业—反馈”，在这个过程中，教师通过讲授的形式向学生传授基础知识以及计算机绘图软件相关知识。一方面，通过布置纸质作业培养学生的手工绘图及读图能力；另一方面，通过布置3D软件建模作业培养学生的计算机绘图以及空间想象能力，最终通过作业结果反馈学生对知识点的掌握情况[7-8]。然而，由于计算机辅助设计课程具有专业基础性强、课程内容量大、学习难度大等特点，因此，学生在学习过程中往往难以跟上教师的上课节奏。

一、现有课程的特点及现状

（一）课程主要特点及内容

1.专业基础性强

计算机辅助设计课程是工程学中的一门应用型基础课程，专业基础性强，不仅着重培养学生的读图、识图、绘图能力等专业基础能力，还培养学生的空间想象能力、构思能力、逻辑思维能力及解决问题能力，培养学生严谨的学习态度。

2.理论知识丰富

计算机辅助设计主要包含两方面内容：一是工程识图，二是工程制图。工程识图是通过二维平面图识读三维空间形体（从二维到三维），工程制图是将三维空间形体用二维平面图表达出来（从三维到二维）。在学习过程中，学生要学习包括制图、投影基础、立体投影、组合体、轴测图、机件的表达方法、标准件与常用件、零件图及装配图等知识。

3.学习能力要求较高

计算机辅助设计不仅考查学生的学习能力，还对学生的空间构图能力、手绘能力等提出了更高的要求。由于部分学生的空间构图能力、思维转换能力不足，该课程的学习难度较大。

（二）计算机辅助设计课程现状

针对该课程专业基础性强、课程内容量大、学习难度大等特点，国内部分高校的传统教学形式以课堂理论教学为主，以手动绘图作业为辅，教师需综合考虑学生的学习能力及接受程度。在学习过程中，部分教师更注重理论知识的讲授，学生被动地接收理论知识，难以参与到课堂当中。

部分高校的计算机辅助设计课程作业以手绘图为主，仅考查学生对书本知识的理解程度，且内容多为简单组合体，很难激发学生的学习热情和创新思维。上机课程作业仅是对书本上简单模型的构建，没有与生活、企业项目等实际内容结合起来。现有教学内容以理论知识传授为主，对实践能力的培养尚有欠缺。

计算机辅助设计课程中思想政治教育元素较少，且考核方式单一，难以全面考核学生的综合能力。目前部分高校的计算机辅助设计课程对学生的思想政治引领作用较差，难以实现立德树人的教育目标。普遍的考核方式为平时作业加上期中、期末考试，这种考核方式过于单一，无法全面评价学生的学习情况。部分学生往往通过考前突击应付考试，学习效果较差。

结合上述问题，目前国内部分高校的计算机辅助设计课程所培养的学生的特点可概括为：理论基础扎实，但实操能力有待提升。教师在教学过程中大多采用“讲授—作业—反馈”的教学模式，讲授的内容主要是基础理论知识，对学生实际动手能力的训练有待提升，学生无法深入了解各类机构、零件以及机械系统等知识。另外，思政元素的缺乏导致对学生思想政治素养的培养难以实现。

二、计算机辅助设计课程国际化建设与改革

计算机辅助设计课程并不是一门纯理论的课程，而是与实践联系非常紧密的课程。为了提升学生的工程实践能力，顺应国际化需求，应结合计算机辅助设计课程的特点，充分利用现代科技手段进行国际化建设与改革。要先确定课程的教学目标，重构基于计算机三维建模技术的国际化教学课程体系，以学生兴趣为导向建设面向对象的国际化教学模式，并设计完整的教学方案，形成一套综合评价体系（见图1）。

（一）教学目标确定

自《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》《国家职业教育改革实施方案》等文件下发以来，创新型、复合型、应用型人才逐步成为高等教育人才培养的主要方向[6]。计算机辅助设计课程作为工科专业学生必修的专业基础课，其传统的授课方式及内容已经无法满足国家对高等教育人才的培养要求，因此，实施计算机辅助设计课程改革势在必行。课程组针对目前国家和行业发展需要，确立了“提升学生实操能力、匹配行业需求、培养复合型人才”的教学目标。

（二）课程内容改革

为达到科学培养人才的目的，实施教学内容改革至关重要。计算机辅助设计的教学内容改革应基于国际化建设目标，以学生兴趣为导向。教学内容应在理论讲授的基础上，进一步提升对学生实操能力的培养，更加面向国际化需求，与实际应用相结合，并在其中融入思政元素，从而更好地顺应时代发展，满足国家需要和行业需求，培养具备扎实的专业基础知识、较强的动手能力及优良思想品质的复合型人才。因此，笔者提出对现有计算机辅助设计的教学内容进行改革，将思政元素融入课程内容，形成一套完整的教学内容纲要（见表3）。

课程内容改革要使课程内容既具备完整的知识体系，又主次分明，紧跟时代发展的步伐。当前，机械类产品的设计流程已经发生了转变，从原有的“设计—绘图—修改—加工”变为“构思—三维建模—仿真—生成工程图—加工”，这使得行业对机械类设计人员的要求从原来的具备较强的绘图能力变为具备较强的建模能力。

因此，当前计算机辅助设计的教学内容应该进行相应调整。首先，课程内容要与CAD、CAM、CAE等内容有机结合。在结合过程中，要以计算机辅助设计的教学内容为主线，将三维设计的内容穿插进各个章节之中，并将思政元素与授课内容相融合。三维设计软件选用SolidWorks设计软件，作为一款国际通用的设计软件，其被广泛应用于机械设计行业，具有包括CAD、MOLD、CAE、CAM在内的多种功能，可以满足教学需求。其次，通过具体案例实现思政与计算机辅助设计知识点的融合，使学生能在潜移默化中接受系统的思政教育。最后，在课程教学中引入社会主义核心价值观等思想政治教育内容，发挥专业课程的价值引领作用。

例如，在讲解第1章绘图基础时，原有的授课模式主要是通过板书或多媒体的方式向学生传授制图的基本知识。改革后，教师可以结合SolidWorks中的工程图模块进行讲授，在讲授过程中穿插一些软件的基本绘图命令等功能的介绍。同时，还可以向学生介绍CAD软件卡脖子的问题，增强学生的危机意识，培养学生的使命感，同时培养学生不畏困难、勇于挑战的精神品质。在这个过程中，学生的学习方式不再只是听教师讲解，而是可以参与到软件的操作当中 ，从而激发学生的学习积极性，并培养学生的建模能力和实操能力。

（三）教学方法改革

传统的计算机辅助设计课程授课模式主要是教师通过讲授让学生学习计算机辅助设计的相关理论知识。在该模式下，学生对制图的相关基础理论掌握得较为扎实，但是缺乏与实际工程或实践的结合，难以做到对学生的全面提升，实现全方位育人目标。部分教师在课堂中加入了工程案例，但仅仅是通过工程案例引出相应的知识点很难系统、深入地让学生理解知识点在实际工程中的应用，导致课程教学效果不理想。对于理工科专业的学生来讲，其不仅要全面掌握基础知识，还要将知识运用于实践当中，只有这样才能真正做到学以致用。因此，当下教学方法的改革应该向着理论知识与实际应用相结合的方向发展。

对于面对面的课堂授课，不仅要采用多媒体教学，而且要让学生参与到课堂当中，因此，课程需要在多媒体机房进行。首先，在上课期间，对于抽象的立体图，学生可以随时使用SolidWorks软件将其绘制出来，便于学生理解和掌握相应的知识点，这样不仅可以提升学生的课堂参与感，培养学生的建模思维和建模能力，更能激发学生对基础知识的兴趣，加深学生对知识点的印象，真正理解该知识的实际应用领域和运用方法，从而帮助学生将课堂上学到的知识真正运用到实际工程当中。其次，将国外高校的教学经验与实践应用的教学模式相结合，在注重对基础知识讲解的基础上，增加对计算机设计软件的操作及相关应用等内容，将更多的时间留给学生自由发挥。最后，引入项目实践，让学生参与到企业工程项目之中，自主设计建模，完成零部件和装配体的制造与加工，提高学生的学习热情和动手能力。

另外，随着“互联网+”时代的到来，精品开放课、慕课等优质教育资源不再稀缺，学生获取信息的渠道越来越丰富，同时学生主动获取知识的意愿和能力逐渐增强。所以在教学方式上，应该采用线上线下相结合的混合式教学，充分利用线上的课程资源，将传统线下授课模式和线上授课模式相结合，实现符合新时代教育需求的教学改革。

（四）考核方式改革

面向专业实际应用的要求，专业课程考核方式也需要进行调整和改革，因此，课程组建立了综合评价机制（见图2）。为避免期末考试“一刀切”的现象，解决单一考核方式对学生评价不全面的问题，本课程增加了能力评价，并细化了课堂和课后评价指标，旨在加强对学生综合能力的考查，做到既考查知识，又考查能力。

该评价机制主要包括课堂评价、课后评价以及能力评价三个方面，其中，课堂评价包括课堂表现及课堂测验两部分。课堂表现指标主要是为增加学生的学习积极性及课堂参与感，对积极主动回答问题的学生采取增加平时分的奖励机制。课堂测验采用选择题的形式，在课堂刚开始时进行，测验内容为上节课的知识，一方面帮助学生回顾，另一方面使学生尽快进入上课状态。课后评价主要包括线上视频、课后作业以及期末考试。线上视频主要采用慕课平台教学资源帮助学生查缺补漏，课后作业的主要形式为上机作业，通过三维建模、工程图出图等方式培养学生将知识运用于实践中的能力，并提高学生的建模能力。期末考试采用线下考核的方式进行，主要考查学生对基本知识的掌握程度，主要题型为选择题、填空题、识图题，减少手绘考试题目所占的比重。能力评价主要考查学生对理论知识的实际运用能力，考查方式为：学生在结课前两周选一个自己感兴趣的项目，该项目可以是自行设计新产品，也可以是对现有产品进行建模，学生选定项目后，利用所学知识结合SolidWorks完成零件的设计、装配等全过程内容，并通过录制视频的方式结合模型进行产品介绍，项目完成周期为一个月，最终提交模型及视频，由任课教师进行评分。通过综合评价机制实现对学生课程学习效果和实际应用能力的科学量化，能更好地发挥课程的价值引领作用。