基于項目式教學的“逆向工程技術”課程教學探索*

周渝慶

基于項目式教學的“逆向工程技術”課程教學探索*

周渝慶

（重慶工業職業技術學院機械工程學院，重慶401120）

在“逆向工程技術”課程中，選取企業的真實項目為教學內容，并實施了項目式教學法.提出了在項目式教學過程中需要注意的問題，并采用對學習者制作的產品進行質量評價、教師的觀察清單和問答清單等方式對學習成果進行鑒定.教學實踐表明，所采用的教學方法能讓學習者很好地掌握逆向工程技術的知識與技能，提高了學習積極性與主動性；學習成果的鑒定方法比期末一次性考試更加客觀.研究為高職的CAD類課程提供了一套切實可行的教學方法.

項目式教學法；逆向工程技術；職業教育；學習鑒定

在產品的開發和制造過程中，由于各種原因，設計師和制造者不能得到產品的計算機輔助設計（CAD）模型，面對的是實物樣件.為了應用先進制造技術，需要通過一定途徑和手段將實物樣件轉化為CAD模型，并進一步應用計算機輔助工程分析（CAE）和計算機輔助制造（CAM）技術實現分析、再設計、制造，進而開發出符合要求的先進產品［1］.與正向設計相比，應用逆向工程技術能大大降低制造周期，并節約成本.逆向工程技術廣泛應用于汽車、摩托車、模具、玩具、醫學、藝術品的設計［2］.逆向工程過程如圖1所示.

圖1 逆向工程流程圖

目前，一些高職院校已經認識到逆向工程技術在現代產品開發和制造中的重要性，在機械設計與制造、工業設計等相關專業開設了“逆向工程技術”課程.讓學生學習和了解逆向工程的理論和基本過程，掌握一些常用的逆向設備和軟件操作方法，提高解決問題的能力，掌握一門實用技術，拓寬就業渠道和對未來工作的適應能力，實現可持續發展［3］.

基于工作過程的項目式教學法，是結合高職院校學生的學習特點，按照工作過程設置學習項目，以學生自主學習、自主尋求解決問題的方法為主，通過師生共同努力完成的教學活動.基于工作過程的項目式教學法與傳統的教學方法不同，不以老師講授、學生被動接受的方式為主進行教學，它將教學過程與具體的工作項目充分融合，圍繞具體的、來自企業的項目組織教學內容，使教學內容的知識體系與能力體系深度融合［4］.采用企業的真實項目來組織教學，不僅能讓學生參與到實踐項目中來，與實際職業崗位工作結合更緊密，極大地提高學生學習的積極性；而且能通過項目的實施，使學生養成主動思考、主動尋求解決問題方法的好習慣，并培養團隊協作能力.

本文針對“逆向工程技術”課程，在教學改革中實施項目式教學法，并采用對學習者制作的產品進行質量評價、觀察清單、問答清單等方式對學習成果進行鑒定.

1 項目式教學法在“逆向工程技術”課程中的實踐

1.1項目式教學法的項目選取

在項目式教學的實踐中，我校主要是通過校企合作，利用企業豐富的項目、技術資料和技術人才來實現課程教學項目的設立.在制定課程標準時，結合專業的培養方向對教學內容進行了重構，確定了基于工作過程的項目式教學內容.教學內容選取具有典型性、全面性、由簡單到復雜的項目，如簡單的汽車零部件、汽車覆蓋件和車身的逆向工程項目.每個項目都包括：逆向工程數據采集、數據預處理和模型重建三個階段.

1.1.1 數據采集

數據采集，是指通過數據采集設備（如三坐標測量機、拍照式三維掃描儀等）和采集方法，將物體的表面形狀轉化成離散的幾何點坐標數據（稱為點云），在此基礎上，就可以進行曲面的模型重建、精度和曲面質量評價、改進和再制造.因而，高效、高精度地實現實物樣件表面的數據采集，是逆向工程實現的基礎和關鍵技術之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步驟.逆向工程中物體表面數據采集方法包括接觸式和非接觸式兩大類.接觸式包括三坐標測量機和關節臂測量機；而非接觸式主要有基于光學的三角法、激光測距法、結構光法、圖像分析法以及基于聲波、磁學的方法等，如使用激光掃描儀、拍照式三維掃描儀等［5］.

1.1.2 數據處理

由于數據采集設備、各種人為或隨機因素以及環境因素的影響，數據采集過程中不可避免地會引入一些模型重建不需要的點，稱為噪聲點.點云的預處理包括去除噪聲點、數據精簡和提取數據的特征信息.目前采用的方法主要有傅里葉變換方法、非線性的中值濾波和高斯濾波等方法［6］.數據精簡能夠減少數據總量，提高計算機數據處理速度，但數據精簡過多又會影響模型重建的精度和細節特征的重建，所以通常在保證一定精度和特征的前提下減少點云數據量.

1.1.3 模型重建

產品的逆向工程模型重建包含實物樣件點云的網格化、特征提取、數據分塊和曲面生成等［7］.模型重建是整個逆向過程中最關鍵、最復雜的一環，也為后續的計算機輔助工程分析（CAE）、計算機輔助制造（CAM）等應用提供CAD模型支持.其內容涉及計算機技術、圖像處理技術、測量和數控加工等眾多交叉學科和工程領域.當前使用的逆向工程模型重建軟件主要有Imageware、Geomagic、CopyCAD等專用逆向工程軟件和CATIA、UG、Pro＼E等通用三維軟件［8］.根據專業培養方向和企業的需要，我校針對目前企業使用得最廣的Imageware、CATIA軟件進行教學.

1.2項目式教學法的實施過程

在“逆向工程技術”課程的教學中，將教學內容包含于簡單的汽車零部件、復雜的覆蓋件和車身等項目中，通過項目的實施學習知識，培養和訓練數據采集設備和軟件操作技能，使學生真正做到在做中學，學中做，提高實踐能力和解決項目實施中的問題的能力.實施步驟如下：（1）學生自主查找項目相關的資料并分析工作項目，熟悉工作項目的基本要求，找到完成工作項目所需的知識點.（2）教師結合工作項目講解相關知識點和能力點，在適當的時機聘請企業的技術人員講解實施項目的方法.（3）學生在教師的指導下制定項目實施方案，形成書面記錄，并完成項目實施的工作分工.（4）學生根據項目實施方案實施項目，獨立完成自己的工作任務.在任務驅動下，采取“做學合一”的方式在實訓室利用數據采集設備、計算機、逆向工程軟件等教學資源，按照項目式教學方法的要求，在教師的指導下查閱技術資料、進行模型重建，直至完成項目為止.

2 學習成績鑒定和教學效果

2.1學習成績鑒定

學習成績鑒定包括形成性鑒定和終結性鑒定.形成性鑒定注意學生的學習進展，同時，便于教師修改教學方案；終結性鑒定對學生的總結性評價，判定學生是否滿足該項目要求的技能.鑒定方法包括評價學生做出的產品、觀察、問答等方法.鑒定工具包括能力標準執行清單、鑒定說明書（操作說明書、鑒定單、評分標準）、學生鑒定的說明書（鑒定單、鑒定說明）.項目包含的內容清單、觀察清單，書面回答問題，具有統一標準的答案及評分標準.

通過觀察學習過程和收集學習者做出的產品，并采用問答方式對學習者進行考核.按照50%的形成性鑒定和50%終結性鑒定對學習者進行綜合評價.教學實踐表明，這種方法更加客觀地評價了學習者的學習過程和學習能力，提高了學習者學習的主動性和積極性.

2.2教學效果評價

在采用項目式教學方法前，學生普遍認為“逆向工程技術”課程不好理解，與實際工作結合不緊密，不知在企業有什么用處，缺乏學習積極性，教學效果不理想.在項目式教學法中，教師充當顧問、協調者和客戶等多重角色，通過行為方式激發學生的學習積極性，引導學生自主完成工作項目，幫助學生按確定的計劃完成任務，從而達到課程的學習要求；同時，強調學生要有獨立思考、獨立尋求解決問題方法的機會，能在一定的時間范圍內自行組織、安排他們的學習時間.學生要自行處理工作項目中的困難和問題，并清晰地知道自己在學什么，對將來的就業和可持續發展有什么用處，學習興趣明顯提高，取得了良好的教學效果.

3 項目式教學法在“逆向工程技術”課程實施中的關鍵問題

3.1教學方式和要求的轉變

在傳統的教師講授、學生被動學習的教學方式下，大多數學生基本上都已經習慣了被動接受知識的學習方式，而“逆向工程技術”課程采用項目式教學，要求學生要自己積極主動地自主學習.學生必須面對工作項目，自己尋找解決問題所需要的資料，自己去探索解決問題的途徑和方法，清楚自己在團隊中的作用，這對學生來說無疑是一個巨大的挑戰.教師應當盡量讓學生理解項目式教學的意義，當學生遇到問題時應及時給予指導和引導.學生在做項目的過程中，會遇到不同的困難，甚至教師在以前的教學工作中都沒有遇到的問題，所以教師應有寬廣的知識和熟練的操作技能，同時也需要花費比傳統授課方式更多的時間和精力.

3.2項目實施過程中相關設備和軟件的操作

在應用逆向工程數據采集設備時，教師先慢速做示范，并進行講解.然后再按正常速度進行數據采集，然后學生分組動手操作逆向工程數據采集設備，讓學生自己真正學會和掌握設備的操作，同時也提高了團隊協作的能力.

在數據處理和模型重建的教學中，學生過去沒有接觸過逆向工程專用軟件，命令太多，記不住，容易混淆，不能靈活使用.這時，教師應對項目實施過程中用到的軟件命令進行詳細講解和操作，并提供必要的參考資料，學生不斷地模仿直至能熟練操作軟件，讓每個學生都能完成項目，完成課程的學習.

3.3營造適合項目式教學的學習氛圍

項目式教學法強調以學生自主學習為中心，以小組學習為單位，學生積極主動參與項目的實施.因此教師要善于創設寬松、民主、自由的學習氛圍來激發學生的學習興趣、團隊協作能力和解決問題的能力.

4 結論

“逆向工程技術”課程在實施項目式教學法后，改變了傳統的教學方式.這種改變使學生不是被動地學習知識和技能，而是主動地參與到項目中進行學習，符合高職院校學生學習的特點.在教學過程中，學生的自主學習能力、動手能力、團隊協作能力、尋找問題解決方案的能力都得到了鍛煉和提高.我們將繼續深入探討項目式教學法在其他課程中的應用，加強與企業的聯系，改進項目素材的選取，爭取項目來源于企業而高于企業，讓學生的學習成果達到企業的要求.

［1］Raja V，Fernandes K J.Reverse Engineering：An Industrial Perspective［M］.Springer，2008.

［2］成思源.逆向工程技術綜合實踐［M］.北京：電子工業出版社，2010.

［3］羅烽.開設逆向工程實訓課程的探索［J］.現代教育技術，2011，（5）：145－148.

［4］李志明，易磊.項目教學法在工程機械PLC與單片機課程中的應用［J］.職教通訊，2011，（6）：34－36.

［5］Bagci E.Reverse engineering applications for recovery of broken or worn parts and re－manufacturing：Three case studies［J］.Advances in Engineering Software，2009，（6）：407－418.

［6］董三鋒，吳小晴，馮蘭芳，等.基于反求工程的汽車內飾件逆向設計［J］.機械設計與制造，2009，（9）：30－31.

［7］Wickers GW，Bradley C.Curved surfacemachining through circular arc interpolation［J］.Computer Industry，1992，（3）：329－337.

［8］Aoyama H，Suzuki Y.Autonomousmeasurement of physicalmodel shape for reverse engineering［J］.Journal of Manufacturing Systems，2001，（6）：375－382.

Study on the Project－based Teaching Method for the“Reverse Engineering”Course

ZHOU Yuqing
（School of Mechanical Engineering，Chongqing Industry Polytechnic College，Chongqing 401120，China）

Taking real projects of companies as the teaching contents，the project－based teachingmethod is applied in the“Reverse Engineering”Course.This study proposes issues which should be paid attention to in the process of project－based teaching，and assesses students’academic performance via evaluating the quality of students’works，and using teachers’watching lists and Q＆A lists.It is indicated that the teachingmethod can enable learners to bettermaster the knowledge and technique of reverse engineering，and improve their learning initiation；the assessmentmethod is better than just relying on the final examination.It provides a feasible method for the CAD courses in higher vocational college.

project－based teachingmethod；reverse engineering；vocational education；assessment of learning performance

G712

A

1008－4681（2014）02－0127－03

（責任編校：晴川）

2013－11－19

周渝慶（1980－），男，四川內江人，重慶工業職業技術學院機械工程學院講師，碩士.研究方向：CAD／CAM技術、逆向工程技術.