逆向工程課程教學(xué)改革研究與實踐

摘 要 本文針對逆向工程課程的特點，進(jìn)行了該課程的教學(xué)研究。分析了目前該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，查找了存在的問題。通過對各教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)課件和教學(xué)模式等方面的分析，提出了對該課程進(jìn)行教學(xué)改革的實施方法，并對課程內(nèi)容、課程文件、課堂教案、教學(xué)方法和實踐教學(xué)等進(jìn)行了改革，使之更加具有系統(tǒng)性與實用性，最終構(gòu)建了以學(xué)生為中心的實踐型、互動型和自主學(xué)習(xí)的一體化教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞 逆向工程 課程內(nèi)容 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.044

The Research and Practice of the Teaching Reform

of the Reverse Engineering Course

ZHANG Yu

（School of Mechatronics and Automotive Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

Abstract In this paper， according to the characteristics of the reverse engineering course， the study of the teaching innovation on this course was carried out. The current situation of teaching was analyzed and the problems were discussed. Based on the analysis of teaching contents and teaching model， selection of textbooks and development of teaching resources， the implementation methods of the teaching reform for this course were proposed. The teaching contents were changed in order to make it more systematic and practical. The teaching methods were reformed and the students-oriented integration teaching mode was established which emphasizes practices， interaction and independent learning.

Key words reverse engineering; course contents; teaching reform

1 存在的問題

逆向工程是最近十年才發(fā)展起來并在企業(yè)中開始采用的技術(shù)，國內(nèi)高等院校大多是近幾年才開始面向本科生開設(shè)該門課程，還沒有形成一個全國統(tǒng)一的規(guī)范性的教學(xué)大綱，因此教學(xué)上存在以下問題：

（1）教學(xué)內(nèi)容缺乏完整性和系統(tǒng)性。逆向工程作為一種新興技術(shù)，一方面在原理層面上還在不斷地有大量研究成果出現(xiàn)，另一方面已成熟的一些技術(shù)已進(jìn)入企業(yè)實用階段。因此，有必要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臍w類劃分，將已有的原理和技術(shù)按層次高低區(qū)分為研究型的研究生層次和應(yīng)用型的本科層次。（2）沒有合適的教材。逆向工程進(jìn)入大學(xué)課堂距今僅6～7年時間，沒有成熟的教材。最初是收集學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會議方面的論文匯編而成，近幾年有幾部公開出版的教材面世。但是基于以上原因，教材內(nèi)容體系連貫性還有所欠缺、原理與應(yīng)用脫節(jié)，要么完全注重概念與原理的講述，要么完全是軟件操作，不適宜作為本科教材使用。（3）課件質(zhì)量低，不能夠滿足教學(xué)要求。現(xiàn)在使用的課件，只有理論部分的內(nèi)容。而對于測量設(shè)備的介紹，還有逆向建模軟件操作的講解等方面，教師沒有課件可用。所以此次一個重要任務(wù)的就是制作一套高質(zhì)量的、能夠滿足教學(xué)要求的課件。（4）教學(xué)模式落后。由于逆向工程這門課程需要學(xué)習(xí)多種軟件，僅靠PPT講授達(dá)不到要求，因此亟需在現(xiàn)有計算機(jī)房的基礎(chǔ)上進(jìn)行局域網(wǎng)絡(luò)教室的組建，以實現(xiàn)邊講邊練的目的。

2 現(xiàn)狀分析

逆向工程技術(shù)作為一門新興的課程，面臨著不少問題，因此在教研教改上有著迫切的需要。近年來一些高校已開展了逆向工程方面的教改研究。重慶交通大學(xué)2005年開設(shè)該門課程，張渝等人介紹了在該校開設(shè)逆向工程課程以來經(jīng)歷的三個教學(xué)階段，分析了多媒體教室和計算機(jī)房授課的不足。①南京航空航天大學(xué)2007年開設(shè)該門課程，譚昌柏從教學(xué)內(nèi)容、考核方式等方面對該課程教學(xué)作了探討。②河南科技大學(xué)2008年開設(shè)該門課程，張海英等人結(jié)合教學(xué)案例從課堂教學(xué)的理論環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)對該課程的教學(xué)作了分析和探討。③

綜合來看，對逆向工程課程當(dāng)前研究中存在的不足主要反映在：④⑤第一，在逆向工程教學(xué)內(nèi)容體系的完整性方面不夠。從整個產(chǎn)品開發(fā)看，一個完整的流程應(yīng)該包括逆向測量→逆向建模→快速成型。而上述研究中沒有考慮快速成型這部分。第二，重理論輕實踐，實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練不夠。在實際工程應(yīng)用中，逆向工程技術(shù)有近三分之二的工作是應(yīng)用軟件的操作，而現(xiàn)有的研究中都沒有考慮學(xué)生上機(jī)操作的學(xué)時。第三，教學(xué)方法陳舊，很少涉及教學(xué)模式的研究。

針對當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，擬借鑒國際工程教育改革的成果，對本門課程進(jìn)行教學(xué)改革。

CDIO工程教育模式強(qiáng)調(diào)構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和操作，是由美國麻省理工學(xué)院等大學(xué)提出的理念。⑥⑦充分利用高校學(xué)科專業(yè)齊全的條件，以接近工程實際的綜合設(shè)計項目為主要載體，結(jié)合專業(yè)核心課程的教學(xué)，使學(xué)生在該工程教育模式的整個過程中得到全面的訓(xùn)練和提高，不斷發(fā)展以下四個方面的能力：工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團(tuán)隊協(xié)作和全過程能力。endprint

3 研究思路與方法

本課程教改基于國際工程教育理念，以培養(yǎng)具有良好知識、技能和素質(zhì)的創(chuàng)新型人才為基本目標(biāo)，將實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿到整個教學(xué)過程當(dāng)中，在教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)組織、教學(xué)方法與手段等方面進(jìn)行改革，形成有利于提高學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)運(yùn)行新模式。

具體采用對高校、企業(yè)和學(xué)生問卷調(diào)查以及實踐教學(xué)內(nèi)容項目設(shè)計競賽等研究方法，教改前期采用調(diào)查法和文獻(xiàn)法，教改過程中主要采用實驗法以及行動研究法。

首先進(jìn)行問卷調(diào)查，在教學(xué)活動初期，設(shè)計恰當(dāng)?shù)膯柧恚谡n堂上進(jìn)行調(diào)查，方便即時與學(xué)生進(jìn)行交流，弄清教學(xué)需求。

所謂文獻(xiàn)法，即是通過查閱和跟蹤學(xué)習(xí)近年來一些國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)研究論文，掌握逆向工程的最新技術(shù)動態(tài)，確保教學(xué)和教材內(nèi)容的時效性。

教改實驗階段，針對逆向工程軟件的練習(xí)，以幾個不同的實例采取不同的教學(xué)模式進(jìn)行對比實驗，分別進(jìn)行實驗前測評、實驗、實驗后測評，然后對學(xué)生的掌握情況進(jìn)行對比分析，得出結(jié)論。

最后采取計劃、行動、觀察和反思的行動研究法，不斷修改和完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。

4 改革內(nèi)容

4.1 課程內(nèi)容方面

結(jié)合我校交通行業(yè)特色，對逆向工程的教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)研究，構(gòu)建以實用性內(nèi)容為主的、培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的課程內(nèi)容體系。該一體化的課程內(nèi)容體系包含1個一級團(tuán)隊設(shè)計項目、12個二級團(tuán)隊設(shè)計項目。整個教學(xué)班共用1個一級設(shè)計團(tuán)隊項目、每5名學(xué)生共用1個二級團(tuán)隊設(shè)計項目。一級項目貫穿于課程的整個教學(xué)階段，通常為一個完整產(chǎn)品的裝配體，包含了本課程的核心知識點和能力要求。針對該裝配體，將分解所得的每個零件作為12個二級項目。二級項目以單項操作為基礎(chǔ)，根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)程的需要設(shè)計的實踐項目，具有規(guī)模小、成本低、學(xué)時短的特點，目的在于加深和強(qiáng)化同學(xué)對課程內(nèi)容的理解與應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，制定了具有本校特色的逆向工程教學(xué)大綱，體現(xiàn)了我院本科人才培養(yǎng)的定位和因材施教的原則。

4.2 課程文件方面

以建立課程檔案為核心，設(shè)計課程文件，明確每一章節(jié)的具體要求。每一章節(jié)課程內(nèi)容均需要設(shè)計出能夠體現(xiàn)核心知識和能力培養(yǎng)目標(biāo)的小規(guī)模、低成本、短學(xué)時的二級項目，并且要編制出詳細(xì)的項目指導(dǎo)書。項目指導(dǎo)書主要針對該章節(jié)的知識點和要求，制定出項目的完成要求、本章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、設(shè)計小組的組織與管理、成績評定方法、所提供的教學(xué)資源、具體的操作步驟以及與小組同學(xué)的討論等。進(jìn)行教材編寫、上機(jī)練習(xí)指導(dǎo)編寫、實驗講義編寫。

4.3 課堂教案方面

課堂教案以2個學(xué)時為單位，制定出這門課程在該上課時段的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、知識點和工程技術(shù)能力等，并且還針對每個重點、難點，分別制定出詳細(xì)的授課方法與策略，并指明所需要的教輔資料。最終，以此教案作為藍(lán)本，精心制作配套的課程教學(xué)PPT。開發(fā)實驗視頻資源和多媒體教學(xué)課件，實現(xiàn)教學(xué)資源的電子化。

4.4 教學(xué)方法方面

在課堂教學(xué)方法方面，采用新型的基于項目和案例的一體化教學(xué)方法，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的探索和參與。構(gòu)建以項目為中心、以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的學(xué)習(xí)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動性的學(xué)習(xí)。學(xué)生在項目進(jìn)程中培養(yǎng)起較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力、綜合應(yīng)用能力，同時還鍛煉出團(tuán)隊協(xié)作精神、基本的項目組織管理能力。創(chuàng)建邊學(xué)邊練、適應(yīng)個性發(fā)展的教學(xué)模式。以計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心，為學(xué)生提供逆向建模的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，保證提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

4.5 實踐教學(xué)方面

以往實驗過程中只運(yùn)用單方面課程知識，以驗證為目的，沒有創(chuàng)新。為了適應(yīng)創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)的需求，構(gòu)建新型的實踐教學(xué)體系，以及該體系下的實驗項目評價要素、評價方法和運(yùn)行機(jī)制等，突出與設(shè)計項目密切相關(guān)的交叉學(xué)科的多層次交流合作。注重基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生親自操作測量設(shè)備，目的是幫助學(xué)生加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解;在此基礎(chǔ)上，重點訓(xùn)練學(xué)生掌握測量設(shè)備的測量方法，能夠獨(dú)立地進(jìn)行實驗儀器的操作，并且掌握實驗數(shù)據(jù)的基本處理。整個實踐環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

5 結(jié)束語

通過對逆向工程課程的教學(xué)改革與實踐，構(gòu)建了以學(xué)生為中心的，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)的，以現(xiàn)代教育技術(shù)為支撐，多媒體課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（1）教學(xué)模式方面：構(gòu)建了一體化教學(xué)模式。為了克服傳統(tǒng)教學(xué)手段的不足，改善當(dāng)前的教學(xué)方法，基于計算機(jī)局域網(wǎng)，運(yùn)用軟件技術(shù)在現(xiàn)有計算機(jī)機(jī)房的基礎(chǔ)上，組建網(wǎng)絡(luò)教室。實現(xiàn)實驗、理論與上機(jī)無縫集成的一體化教學(xué)。形成“理論、實驗與上機(jī)”集成的一體化教學(xué)特色，以學(xué)生為中心的實踐型、互動型和自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，突出培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。（2）教學(xué)內(nèi)容方面：注重系統(tǒng)性與實用性。以當(dāng)前企業(yè)需求為導(dǎo)向，確保教學(xué)的系統(tǒng)性與實用性，從逆向工程流程的全局出發(fā)，注重學(xué)習(xí)新型測量設(shè)備的使用、數(shù)據(jù)處理軟件的使用、逆向建模軟件的使用和快速成型設(shè)備的操作。全面掌握逆向工程整個流程所需知識，充分利用實驗設(shè)備著重工程實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

注釋

① 張渝，安治國，胡啟國.基于NetOp School的《逆向工程》課程教學(xué)優(yōu)化[J].中國科技信息，2010（2）：251-252.

② 譚昌柏.《逆向工程技術(shù)》課程教學(xué)探討[J].中國科技信息，2008（18）：276-277.

③ 張海英，郭光立，劉萬強(qiáng).《逆向工程技術(shù)》課程設(shè)置的教學(xué)改革探索與實踐[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（22）：177-178.

④ 吳兵.基于逆向工程設(shè)計創(chuàng)新性實驗[J].實驗室科學(xué)，2010.13（2）：63-66.

⑤ 余冠洲，鄧海祥.三坐標(biāo)測量工程訓(xùn)練模式的實踐與探索[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010.10（B07）： 220-222.

⑥ 林藝真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報，2008.4.l29（4）：137-140.

⑦ 張慧平，戴波，劉娜等.基于CDIO教育理念的自動化課程的改革與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009.9：138-141.endprint