三維造型軟件在大學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新的應(yīng)用

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［摘要］在建設(shè)創(chuàng)新型國家的時代背景下，面向創(chuàng)新教育的課程目標(biāo)，基于能源與動力工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，課題組總結(jié)了專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐的教學(xué)現(xiàn)狀，探究了增強(qiáng)學(xué)生參與度的教學(xué)方法，分析了教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新途徑。課題組還針對三維造型軟件在本專業(yè)發(fā)揮的重要作用，將造型設(shè)計列入創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，融合專業(yè)研究對象和個性化設(shè)計的教學(xué)素材，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造思維，通過學(xué)生作品展示了專業(yè)創(chuàng)新的實(shí)踐效果，為新工科人才培養(yǎng)注入了新的活力。

［關(guān)鍵詞］創(chuàng)新實(shí)踐；軟件；仿真；能源與動力工程

創(chuàng)新是推動社會發(fā)展的動力。提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國家，已成為我國重要的發(fā)展戰(zhàn)略。工科人才培養(yǎng)注重實(shí)踐，將專業(yè)理論知識和專業(yè)技能應(yīng)用于工程實(shí)踐，從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題并尋找解決問題的辦法，是工科教學(xué)中的基本內(nèi)容。在“新工科”時代背景下，需要強(qiáng)化工程背景，提升工程實(shí)踐能力，對工科教師和工科學(xué)生提出了新的要求。教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》提出：制訂高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)基本要求，開發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，納入學(xué)分管理[1]。眾多高校開展了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程的建設(shè)工作，大批創(chuàng)新實(shí)踐課程被列入大學(xué)生的培養(yǎng)計劃。為了有效發(fā)揮創(chuàng)新實(shí)踐課在工科人才培養(yǎng)中的作用，課題組以揚(yáng)州大學(xué)能源與動力工程專業(yè)為例，對能源與動力工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐課進(jìn)行了教學(xué)研究。

一、創(chuàng)新實(shí)踐課程的教學(xué)現(xiàn)狀

在工科大類背景下，能源與動力工程專業(yè)以培養(yǎng)適應(yīng)國家現(xiàn)代化建設(shè)需要的高級工程技術(shù)人才為目標(biāo)，在“新工科”建設(shè)時期，培養(yǎng)知識面廣、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的復(fù)合型高級人才，為本專業(yè)的建設(shè)明確了具體任務(wù)[2]。能源與動力工程專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)能源利用與轉(zhuǎn)換、動力機(jī)械與測試、電氣設(shè)備及控制等方面的基礎(chǔ)理論，構(gòu)建“能源—機(jī)械—電力”為系統(tǒng)的知識體系。傳統(tǒng)課程設(shè)置包括公共教育課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)必修和選修課程，近幾年新增的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，配合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和第二課堂的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生順應(yīng)時展的創(chuàng)新實(shí)踐能力。目前，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程涵蓋了專業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)、專業(yè)創(chuàng)新思維訓(xùn)練、專業(yè)創(chuàng)新精神與實(shí)踐等課程。課題組結(jié)合教學(xué)實(shí)例，研究能源與動力工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐課程的教學(xué)現(xiàn)狀，探討了以下內(nèi)容。（一）教學(xué)方法。不同于傳統(tǒng)的教師授課、學(xué)生記錄的課堂教學(xué)模式，創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)中貫穿了師生互動環(huán)節(jié)，通過相對頻繁的課堂提問調(diào)動學(xué)生的積極性，增強(qiáng)學(xué)生對課堂的參與度，但在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，提問效果因?qū)W生個體差異而不同，對于部分相對被動的學(xué)生，課堂提問對其激勵作用并不顯著。于是，教學(xué)中采用探究式教學(xué)模式[3]，通過分小組的形式，布置課后學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)立課堂匯報環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、深入探究、合作交流的能力。學(xué)生通過查閱課外資料、拓展專業(yè)知識視野、掌握搜集和整理信息的方法、在講臺進(jìn)行授課體驗(yàn)等方式鍛煉語言組織和表達(dá)能力，匯報內(nèi)容也為教師教學(xué)補(bǔ)充了素材，經(jīng)過師生和學(xué)生間的相互學(xué)習(xí)，營造集體學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步的良好氛圍。我們在探索創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)方法的過程中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)化學(xué)生的參與意識，全面實(shí)現(xiàn)全員參與、全程參與和有效參與勢在必行。（二）教學(xué)內(nèi)容。專業(yè)創(chuàng)新課程以專業(yè)知識為背景，以創(chuàng)新公共基礎(chǔ)課程為依托，內(nèi)容包括創(chuàng)新思維的基本概念、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新實(shí)例，教學(xué)內(nèi)容覆蓋社會生產(chǎn)和國民生活的多方面，引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)常識學(xué)習(xí)專業(yè)知識，避免課程與專業(yè)脫節(jié)的常見問題[4]。在此列舉一個教學(xué)實(shí)例：在眾多創(chuàng)新方法中，仿生創(chuàng)新是一種向大自然的生物學(xué)習(xí)從而發(fā)明創(chuàng)造并為人類服務(wù)的過程，以仿狼群學(xué)習(xí)為例，一方面，讓學(xué)生了解企業(yè)管理領(lǐng)域是如何學(xué)習(xí)狼群的團(tuán)隊合作精神和危機(jī)處理能力，從而優(yōu)化管理模式的，另一方面，為本專業(yè)學(xué)生介紹一種基于狼群群體智能的優(yōu)化算法——狼群算法[5]，該算法在水電站優(yōu)化調(diào)度和泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面發(fā)揮著重要作用。在創(chuàng)新實(shí)踐課堂中，介紹本專業(yè)常用的商業(yè)軟件MATLAB，引導(dǎo)學(xué)生利用已掌握的計算機(jī)語言進(jìn)行算法演練，深入理解優(yōu)化算法在節(jié)能降耗方面的工程意義，強(qiáng)化訓(xùn)練能源與動力工程學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。通過諸如此類的教學(xué)實(shí)例，構(gòu)建專業(yè)創(chuàng)新課程與創(chuàng)新公共基礎(chǔ)課程的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生掌握本專業(yè)數(shù)學(xué)軟件、設(shè)計軟件、仿真軟件等計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，豐富教學(xué)內(nèi)容。（三）教學(xué)成果。考核創(chuàng)新實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)效果，不同于傳統(tǒng)理論教學(xué)借助課程考試來評定，而是需要通過創(chuàng)新與實(shí)踐成果來展現(xiàn)。參照各類大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽項(xiàng)目可見，實(shí)踐成果不應(yīng)止步于抽象的思路或概念，而應(yīng)拓展至具體的物件或?qū)嵱玫姆椒ā？紤]到能源與動力工程專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，大量與流體動力相關(guān)的科學(xué)問題依賴于實(shí)驗(yàn)測試與現(xiàn)象分析，但是實(shí)驗(yàn)設(shè)備少、測試周期長等因素往往制約了學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探索的親身體驗(yàn)，相比實(shí)驗(yàn)研究，計算機(jī)輔助設(shè)計和仿真技術(shù)成為更可行的研究工具[6]。能源與動力工程專業(yè)需要運(yùn)用多款計算機(jī)軟件，其中制圖、造型、仿真等軟件的應(yīng)用是能源動力類學(xué)生需要掌握的基本技能。軟件學(xué)習(xí)通常不被列入課堂教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生自學(xué)又抓不到重點(diǎn)，需要較長的周期，實(shí)際掌握效果并不理想。借助創(chuàng)新實(shí)踐課堂，教師可引導(dǎo)學(xué)生以專業(yè)軟件為工具，進(jìn)行專業(yè)創(chuàng)新探索，通過一系列的訓(xùn)練與實(shí)踐，為從事能源與動力工程相關(guān)工作儲備技術(shù)力量。

二、應(yīng)用三維造型軟件的專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)

能源與動力工程專業(yè)涉及多種流體機(jī)械的研究，各類流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理等信息，往往需要通過圖形、圖像直觀展現(xiàn)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)制圖技術(shù)，積累能夠應(yīng)用于能源動力工程設(shè)計、制造、安裝等環(huán)節(jié)的能力。畫法幾何、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計課程為本專業(yè)學(xué)生奠定了手工制圖的技術(shù)基礎(chǔ)，計算機(jī)輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign，簡稱CAD）提高了制圖的效率，靈活運(yùn)用CAD技術(shù)也成為眾多工科專業(yè)學(xué)生需要掌握的技能[7]。AutoCAD軟件是由Autodesk公司開發(fā)且成為國際上廣為流行的制圖工具，應(yīng)用該軟件熟悉繪制、編輯圖形的技術(shù)，已成為能源與動力工程專業(yè)的本科教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生掌握二維制圖和基本的三維設(shè)計方法。三維建模是在二維制圖基礎(chǔ)上，將繪圖目標(biāo)立體化和形象化，有助于直觀認(rèn)識各類流體機(jī)械。三維造型技術(shù)已從最初的三維CAD發(fā)展到目前專用的基于特征造型的三維軟件，常用軟件有UG/NX、Solid⁃Works、CATIA、Pro/E等。在本科生的畢業(yè)設(shè)計階段，圍繞流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計、流動仿真等工作都離不開三維造型軟件的使用，學(xué)生零基礎(chǔ)自學(xué)三維造型軟件常面臨周期長、抓不到重點(diǎn)的問題，嚴(yán)重時影響畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)度和任務(wù)主次關(guān)系。因此，應(yīng)利用本科新生的專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐課程，將三維造型軟件的應(yīng)用列入教學(xué)計劃，引導(dǎo)學(xué)生盡早掌握能源與動力工程的專業(yè)技能。教學(xué)改革的具體環(huán)節(jié)如下。（一）課程指導(dǎo)。各類三維造型軟件因內(nèi)置模塊和標(biāo)準(zhǔn)件庫的差異，在不同領(lǐng)域的適用性略有不同，但基本操作和制圖原理是相通的，本次教學(xué)實(shí)踐選擇UG（UnigraphicsNX）軟件作為教學(xué)工具。首先，介紹UG軟件中的草圖界面，在草圖單一平面上繪制圖線、編輯圖形、約束尺寸，相關(guān)操作與學(xué)生已掌握的AutoCAD二維制圖類似，引導(dǎo)學(xué)生熟悉UG軟件的操作方法。其次，介紹在草圖中創(chuàng)建不同平面的方法，建立空間圖形的區(qū)域輪廓，為三維造型奠定基礎(chǔ)。最后，圍繞三維造型的常用操作，演示調(diào)用圖庫元素和根據(jù)草圖構(gòu)建曲面或?qū)嶓w的制圖方法。課程指導(dǎo)以教師的演示為主，學(xué)生在課堂同步操作，同時錄制了相應(yīng)的教學(xué)視頻，供學(xué)生課后進(jìn)行針對性學(xué)習(xí)，并加強(qiáng)課后練習(xí)，夯實(shí)對軟件基本操作的認(rèn)識。（二）造型訓(xùn)練。離心泵是能源與動力工程專業(yè)水動力方向的研究對象，在泵站工程中廣泛使用，并與國民生活息息相關(guān)。離心泵的葉輪是一種典型的旋轉(zhuǎn)部件，其葉片建模涉及空間曲面的造型，泵體外殼的非對稱性增加了三維造型的復(fù)雜程度，以離心泵流道的三維造型作為訓(xùn)練題目，有助于掌握流體機(jī)械三維造型的相關(guān)基本操作。圖1展示了學(xué)生對離心泵三維造型的完成情況。從繪制二維木模圖到生成三維流道及葉片，學(xué)生掌握了利用UG軟件進(jìn)行草圖繪制和實(shí)體構(gòu)建的技能。通過了解離心泵的設(shè)計和制造流程，學(xué)生認(rèn)識了離心泵的旋轉(zhuǎn)葉輪結(jié)構(gòu)，為后續(xù)專業(yè)課程的課程設(shè)計1離心泵造型展示（三）創(chuàng)新實(shí)踐。創(chuàng)新類課程鼓勵學(xué)生創(chuàng)造、更新，引導(dǎo)學(xué)生把自己的想法融入課程學(xué)習(xí)過程中。于是，在學(xué)生掌握了離心泵的三維造型技能之后，提供姓名設(shè)計和動漫造型兩個素材，以期提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新動力，推動學(xué)生進(jìn)一步熟悉UG軟件的造型功能。教學(xué)實(shí)踐表明，姓名設(shè)計環(huán)節(jié)突破了學(xué)生對軟件自身添加文字功能的認(rèn)識，強(qiáng)化了學(xué)生對草圖繪制方法的應(yīng)用。圖2是部分學(xué)生的姓名設(shè)計作品，悉心融入了個人的創(chuàng)造特色。（a）學(xué)生作品一（b）學(xué)生作品二圖2利用UG軟件的姓名符號造型（a）學(xué)生作品一（b）學(xué)生作品二圖3利用UG軟件的動漫造型動漫造型的想法源于網(wǎng)絡(luò)熱議的“小豬佩奇”形象，在“佩奇”成為各行業(yè)創(chuàng)新優(yōu)選素材的同時，有能源與動力工程專業(yè)的學(xué)生利用UG進(jìn)行了“佩奇”的三維造型。這個看似玩鬧的行為卻體現(xiàn)了對專業(yè)軟件的靈活應(yīng)用，同時為本課程的創(chuàng)新訓(xùn)練提供了思路。圖3是學(xué)生自選動漫形象的造型作品，自學(xué)探索的過程中體現(xiàn)了學(xué)生對零件拼接、結(jié)構(gòu)布局、顏色渲染等造型技能的掌握。（四）經(jīng)驗(yàn)交流。實(shí)踐環(huán)節(jié)中充滿了探索與嘗試，其中不乏成功與挫敗的經(jīng)歷，創(chuàng)新實(shí)踐課堂為學(xué)生提供了經(jīng)驗(yàn)交流的平臺。通過展示個性創(chuàng)造成果，分享自主學(xué)習(xí)的樂趣，學(xué)生的邏輯思維能力和語言表達(dá)能力得到了提升。匯報過程中，學(xué)生自主設(shè)計演示文稿，融入個人特色和創(chuàng)新元素，進(jìn)一步促進(jìn)了創(chuàng)新思維的發(fā)展。通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出學(xué)習(xí)中遇到的疑惑和困難，學(xué)生勤于思考的習(xí)慣得到培養(yǎng)。經(jīng)驗(yàn)交流環(huán)節(jié)促進(jìn)了師生間的共同討論與相互幫助，教師為學(xué)生答疑解惑、引導(dǎo)思路，學(xué)生作品也為教師提供了豐富的教學(xué)素材，同時明確了教學(xué)內(nèi)容中的難點(diǎn)和要點(diǎn)。師生之間的相互探討，活躍了教學(xué)氛圍，增強(qiáng)了學(xué)生的課堂參與度。實(shí)踐表明：針對能源與動力工程專業(yè)，應(yīng)用三維造型軟件進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，有利于學(xué)生熟悉并掌握本專業(yè)的學(xué)習(xí)工具，加強(qiáng)了對本專業(yè)“能源—機(jī)械—電力”知識系統(tǒng)中的科學(xué)問題的認(rèn)知，拓展了學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)域視野，為本專業(yè)其他課程的教學(xué)與實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

以揚(yáng)州大學(xué)能源與動力工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐類課程為研究對象，總結(jié)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐課的教學(xué)現(xiàn)狀，對比分析了傳統(tǒng)與探究式的教學(xué)方法，利用專業(yè)軟件和專業(yè)知識豐富了教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化了成果創(chuàng)造和展示的考核機(jī)制。基于三維造型軟件在能源與動力工程專業(yè)中的重要應(yīng)用，將軟件教學(xué)列入專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐課程內(nèi)容，通過課程指導(dǎo)、造型訓(xùn)練、創(chuàng)新實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)交流等教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)三維造型軟件，經(jīng)歷從陌生到了解、從能用到會用的積累過程，將創(chuàng)新思維培養(yǎng)和創(chuàng)造力訓(xùn)練貫穿教學(xué)始終，最終，學(xué)生的作品詮釋了對共性和個性的理解，也體現(xiàn)了對專業(yè)軟件的熟練應(yīng)用。創(chuàng)新是不斷發(fā)展和創(chuàng)造更新的過程，以上教學(xué)改革方案也會隨教學(xué)實(shí)踐的過程進(jìn)一步更新和完善。

［參考文獻(xiàn)］

［1］孫國友.我國高等教育質(zhì)量政策價值取向研究：基于《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》及其配套政策文本分析［J］.高教探索,2015（1）:39-42.

［2］新工科建設(shè)指南（“北京指南”）［J］.高等工程教育研究,2017（4）:16-19.

［3］劉根梅.探究式教學(xué)模式在食品生物技術(shù)課程中的應(yīng)用［J］.輕工科技,2019,35（8）:159-160+166.

［4］古翠鳳,梁韋娟.應(yīng)用型高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版）,2019（3）:93-96+118.

［5］李勵,賴喜德,陳小明.基于改進(jìn)狼群算法的水電站廠內(nèi)優(yōu)化運(yùn)行研究［J］.水電能源科學(xué),2019,37（6）:164-168.

［6］郭嬙,黃先北,仇寶云,等.能源動力類本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革探析［J］.大學(xué)教育,2019（7）:65-67.

［7］張玉萍,馬燕,楊燕勤,等.“新工科”下計算機(jī)輔助設(shè)計課程的改革與探索［J］.教育教學(xué)論壇,2018（7）:115-116.

作者:黃先北 郭 嬙 李小川 仇寶云 單位:揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動力工程學(xué)院