以工程教育認證為背景車輛工程專業三維設計才能培養體系的研究與理論〔〕:

摘要：利用現代工具解決復雜工程問題的才能已經被作為一個主要的畢業要求寫入工程教育專業認證的通用標準，為此，開展本科生計算機三維設計才能培養形式的研究并付諸理論是必要的。基于OBE的理念，從系統性的角度出發構建了"系統完好，基專鼎撐";，貫穿于大學四年培養全過程的三維設計才能全方位培養課程體系；落實以產出為導向的目的，凝練了"因用而學、為用而教、授人以漁、通用為妙";的教學內容；理論了課程置換、MOOC教學等多種教學新形式。以AtuoCAD、SolidWorks等軟件作為支撐，在學生不同的學習階段，從三維設計理念三維設計技術三維設計才能入手，有針對性地安排不同的教學內容和理論環節，循序漸進地實現了進步三維設計才能的培養目的。

關鍵詞：三維設計才能；工程教育認證；全過程；培養形式

本文引用格式：董雅宏.以工程教育認證為背景車輛工程專業三維設計才能培養體系的研究與理論[J].教育現代化，2022，6〔22〕：84-87.

ResearchandPracticeofThree-dimensionalDesignAbilityTrainingSystemforVehicleEngineeringMajorsBasedonEngineeringEducationAccreditation

DONGYa-hong

(SchoolofMechano-electronicEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,LanzhouGansu,China)

Abstract:Theabilitytousemoderntoolstosolveplexengineeringproblemshasbeenwrittentothegeneralstandardofengineeringeducationprofessionalcertificationasamajorgraduationrequirement.Therefore,itisnecessarytocarryouttheresearchandpracticeofthetrainingmodelofputer3Ddesignabilityforundergraduates.BasedontheconceptofOBE,fromasystematicpointofview,webuilda"systempleteandbasespecialsupport";,whichrunsthroughtheall-roundtrainingcoursesystemofthethree-dimensionaldesignabilityofthewholeprocessoftraininginthefouryearsoftheUniversity.Content;practiceofcurriculumreplacement,MOOCteachingandothernewteachingmodels.WiththesoftwareofAtuoCADandSolidWorksasthesupport,inthestudents'differentlearningstages,fromthethree-dimensionaldesignconcept,three-dimensionaldesigntechnology,three-dimensionaldesignability,differentteachingcontentsandpracticallinksarearrangedpertinent,andthetraininggoalofimprovingthethree-dimensionaldesignabilityisrealizedstepbystep.

Keywords:three-dimensionaldesignability;engineeringeducationaccreditation;wholeprocess;trainingmode

智能制造的根底是網絡化和數字化，它是"中國制造2025";的核心內容。目前。產品傳統的二維設計與制造方式已經被三維設計技術和制造迅速取代。這一開展趨勢既引發了我國制造業的革命性變革,也給機械類專業人才解決復雜工程問題才能培養工作提出了更高的要求[1-3]。

按照工程教育專業認證三大理念，針對我校車輛工程國家級特色專業的自身特點，從"培養應用型工程師";的培養目的出發、按照"四年不斷線";的思路，以機械類本科生為培養對象，對教學方案、教學大綱、教學手段和評價方法等方面進展了全面改革，為進步學生的三維設計才能進展了有益的探究。

一車輛工程專業三維設計才能全過程培養體系的構建

〔一〕三維設計才能的內涵

工程教育認證標準〔2022年11月修訂〕【4】專門在畢業要求的3.5款設定了使用現代工具的才能，即可以針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并可以理解其局限性。參照文獻【3】和文獻【4】的相關理念，由此我們將車輛工程專業三維設計才能定義為使用現代工具解決車輛工程領域復雜工程問題的才能，其內涵包括以下幾方面：

一是掌握三維設計的技術。即選SolidWorks等軟件平臺，純熟使用相關的工程軟件進展三維模型的創立和虛擬裝配仿真檢驗，能純熟進展機構運動仿真和對構造進展強度分析等。

二是樹立三維設計的理念。即基于尺寸驅動的草圖設計、包含加工信息的特征創立、實現制造仿真的零件建模、自頂向下的虛擬裝配和進步設計效率的設計重用。創立零件模型的過程不僅是造型過程，也是制造仿真過程，要考慮零件的功能要求、加工工藝合理性、經濟性等多方面因素。

三是培養三維設計的才能。即利用已掌握的三維設計技術和理念，對車輛工程領域的詳細復雜工程問題，完成模型創立、機構運動仿真、構造強度設計，并進展工程應用可行性分析。

〔二〕三維設計才能培養體系的構建

學生的三維設計才能的培養，不是簡單地增加幾門軟件操作課程就能實現，而是必須深化研究三維設計才能內涵的前提下，從教師素質、教學手段、教學內容和理論環節等方面統一部署，構建相對系統完好的培養體系。

根據我院車輛工程專業學生的根底、教學條件等實際情況，基于OBE的理念，從系統性的角度出發，構建了"系統完好，基專鼎撐";的課程體系和貫穿于大學四年培養全過程的三維設計才能全過程、全方位培養體系見圖1。

〔三〕三維設計才能培養教學內容的凝練

培養體系建立后，首先要在教學大綱中明確課程之間的開設先后順序、教學內容的銜接、和教學學時的分配等，才能使學生的三維數字化設計才能的培養落到實處。

經過反復研究，考慮到計算機三維設計課程體系中各課程的層次性,將課程分成根底階段、進步階段、進階階段、運用階段4個層次，貫穿學生整個四年的學習中。課程體系中四個層次的教學由淺入深，融入國家標準、行業標準，由理論逐步向理論過渡。車輛工程專業三維設計才能培養相關課程的內容與要求見表1。

二車輛工程專業全過程三維設計才能培養體系理論

〔一〕培養形式的理論

三維設計方法是從三維建模入手，根據軟件的參數化功能與其他軟件相鏈接，可以對這一設計過程實現更為直接的表達。為了使學生掌握三維設計方法，我們對車輛工程專業學生從三維設計理念三維設計技術三維設計才能的全過程培養形式進展了探究與理論。

〔1〕鋪墊厚實設計根底，樹立三維設計理念為了進步學生的綜合素質及創造力,必須掌握先進的設計手段,感受三維設計的魅力,結實專業志向。為此，通過畫法幾何與機械制圖、計算機輔助三維設計原理與應用、機械測繪理論等課程，幫助學生循序漸進掌握平面圖形與三維實體之間的關系。尤其要重點培養將不同的圖形表達方法和手段進展交融，為三維設計才能技術的培養和應用奠定根底。逐步開闊學生的思路，使學生從中學會考慮，體會設計的樂趣，樹立三維設計的理念。

〔2〕開展扎實的設計理論，掌握三維設計技術機械設計課程設計和動車組車輛設計大作業等車輛專業學生必有的設計理論環節，學生通常是完成減速器和輪對等經典產品的設計。在以往的二維設計中，學生的認識始終停留在圖紙上，只能使學生掌握一般機械設計方法，難以最大限度地進步學生的實際設計才能。將三維設計融入機械設計課程設計和動車組車輛設計大作業等設計理論環節后，學生通過零件建模、虛擬裝配、運動仿真和構造設計的理論，進一步純熟掌握三維設計技術的同時，體驗了三維設計強大的參數化功能，增強學生的成就感，極大的激發了學生學習的主動性和設計興趣。而且使學生從感性和理性上更加深化地理解設計內涵，更好地增強學生的想象力。同時還在三維實體生成二維零件圖等理論環節過程中，深化領會了三維設計與工程圖之間的關系。

〔3〕拓展選題的研究寬度，培養三維設計才能畢業設計和學科知識競賽是對學生所學知識的應用及才能的綜合訓練過程。三維設計的融入不僅為學生拓寬了選題的廣度和寬度,而且也為學生根據擇業去向做好前期準備提供了學習與訓練的時機。

充分利用我院車輛工程專業"就業好、簽約早";的優勢，采用"雙向選擇";設計題目、校企導師結合指導等多種方式鼓勵學生選擇將來就業企業的實際工程類設計題目，或將來攻讀碩士學位相關方向的研究類設計課題。上述措施使畢業設計題目所涉及的知識面更寬,綜合性更強,因此學生在設計過程中,綜合才能得到了極大的訓練和進步，為更快地適應工作要求打下了堅實的根底。由于將畢業設計直接轉換成了消費力,受到了企業的好評。

為了培養學生的創新意識，更好地挖掘學生的潛能，我們與企業合作，舉辦計算機制圖技能大賽、三維輔助設計競賽等多種形式和多種層次的三維設計學科才能競賽。設計課題可由企業提供，也可由學生自行擬定，教師給予技術上的指導；還可以參與局部企業的機械設備設計任務。由于為學生留下了廣闊的考慮空間，使學生的創造才能得到更充分的發揮。這樣的活動充分調動了學生自主學習的積極性和主動性，豐富了學生的課外科技活動，不僅效勞了企業，也為我校學生參加省級和國家級三維數字化建模大賽打下了根底，受到學生們的廣泛歡送。

〔二〕教學方式的理論

〔1〕要進步三維設計才能，首先進步三維設計軟件純熟程度。

隨著計算技術的開展，目前的設計軟件功能越來越強大，可以說"只有你想不到，沒有它做不到";，但同時也引發了學時少，內容多，講授取舍難的矛盾，經過課題組多年的教學理論，從落實以產出為導向的目的出發，凝練了"因用而學、為用而教、授人以漁、通用為妙";的教學思路。如在Solidworks教學過程中，軟件里的草圖繪制命令很多，我們不去一一介紹每個命令，只詳細講解經過我們長期理論總結出的"一尺一規、一燈一剪刀";的常用繪制和剪裁命令，而且在講解"一燈";，即轉換實體引用時，通過多個實例講透該命令是草圖繪制和約束添加相結合的命令，同時也是關聯設計理念完美的表達。

〔2〕要進步三維設計才能，必須深化理解三維設計理念。

為了講透三維設計理念，我們總結出了"簡例現行，歸納其中，演繹實用";的教學方法。如在草圖設計時，通過演示皮帶中心線〔由兩段圓弧和兩段直線組成〕，歸納出草圖設計的秘訣是：選平面〔先已有、后默認、次插入〕rarr;定順序〔先、后中間、再連接〕rarr;繪草圖〔繪形狀、定位置、設大小〕。不僅巧妙的把三字經引入到了課程教學便于記憶，激發了學生的學習興趣，而且為學生進展更為復雜的草圖設計提供了指路明燈。

〔3〕要進步三維設計才能，必須開發多種多樣的教學形式。

本課程的內容較多，理論性較強，課堂學時有限，很難只通過課內教學就掌握各種輔助設計手段和方法。為此，針對目前大學生筆記本電腦普及程度高的特點開展了隨堂演練的課堂教學形式；開展翻轉課堂、對分課堂等多種形式的教學方式，增加與學生的互動交流；充分利用網絡教學平臺，自建了計算機三維設計網絡課程，搜集大量的圖像、視頻、動畫等資源，設置了教學通知、輔導答疑、在線修改作業、教學動畫、教學視頻等功能；自建了計算機三維設計線上課程和國內優質資源共享課資源，按照MOOC形式進展課程建立，將"碎片化";的知識錄制成影像在校園網上按學期開課，使得學生可以隨時隨地學習。

總之，培養學生的三維設計才能，必須優化課程體系、精簡教學大綱、凝練教學內容、豐富靈敏多樣的教學形式，因材施教。

〔三〕考核方式的理論

目前，期末閉卷或開卷理論考試是高校大局部課程評價方法，其缺點是重理論、輕理論，很難真實評價出學生的理論才能。針對本課程的特點，我們搜集動車組車輛等相關工程問題建立案例庫來進展考核。按照課程所實現的畢業要求設置試題的類型、難易程度和考核的實際才能。另外，課程的評價成績分成平時理論成績、期末理論知識成績和期末上機理論成績三大局部，包括作業、課堂討論、案例分析和課堂軟件理論等多種形式等。這樣既減輕了學生期末考試的負擔，又調動了學生平時學習的積極性，實在進步學生的三維設計的應用才能。

為了激發學生的學習積極性，我們在多門課程中開展了課程置換，學生參加課程期末考試，試卷成績到達規定分數后獲得本課程學分的同時，獲得?機械三維CAD工程師?證書。

為了表達"