應用型本科院校卓越工程師培養計劃的Pro/E課程教學方法探索和實踐

劉文君

【摘 要】本文在機卓班Pro/E及應用課程教學中以“項目”為核心，代替傳統教學中圍繞“命令”的進行的學習模式。引入項目驅動法后，大大激發了學生的學習興趣、增強了學生學習的自信心，不僅使學生專注于Pro/E基本操作的的學習，大大提高了學生對Pro/E這一建模工具使用的靈活度，同時鞏固復習了以前學到的專業知識，提高了對多門課程基礎知識的綜合應用能力。

【關鍵詞】卓越工程師；項目驅動；Pro/E

中圖分類號： G642 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0083-004

Exploration and Practice of Pro/E Teaching Method of Outstanding Engineers Training Plan in

Application-oriented Undergraduate Academy

LIU Wen-jun

（Xuzhou University of Technology，Xuzhou Jiangsu 221018，China）

【Abstract】In this paper，there were a new kind of teaching model Taking“the project”as the core in the course of Pro/E and its application，instead of taking "the command" as the core.After the new teaching model，the intrest and self-confidence of students are greatly stimulated.The students do not only concentrate on the basic operation of Pro/E，but also improve the flexibility of using Pro/E，review the professional knowledge and improve the Comprehensive application ability to the basic knowledge of multi-course.

【Key words】Outstanding Engineers；Project Driven；Pro/E

隨著高校擴招，企業發展升級，高校培養的學生質量與企業需求的員工素質之間的差距始終存在，甚至在擴招的大背景下顯得更為突出。目前的大學畢業生在環境適應能力、分析解決專業問題的能力、創新能力、合作意識和團隊精神、人際交往能力等在內的綜合素質和綜合技能[1]等方面都與企業的需求有很大的差距。這也造成了一方面企業需要大批綜合素質較高的人才卻難以找到理想的人力資源，另一方面高校培養的是大量同質化的、綜合素質達不到企業要求的畢業生。以致很多畢業生，尤其是二本、三本院校畢業的畢業生普遍感到找工作難，找到好工作更難。“畢業即失業”成了一部分畢業生面臨的現實窘境。

在此背景下教育部于2010年6月啟動實施了為期10年（2010-2020 年）的“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）。該計劃旨在培養出一大批創新能力強、適應經濟社會和企業發展需要的高質量的工程技術人才。尤其在當前以德國提出的“工業4.0”戰略、美國提出的“工業互聯網”、我國的“中國制造2025”戰略為標志的第四次工業革命浪潮來臨之時，人才的培養顯得尤為重要，“卓越計劃”的實施正好也順應了這一潮流。同時，“卓越計劃”也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措[2][3]。

1 傳統proe教學中存在的問題及原因分析

Pro/E是應用最普遍的三維建模軟件之一，對其操作能力是機械相關專業必須掌握的一類基本技能。傳統的Pro/E教學基本是教師按照教學大綱要求，逐個講解Pro/E各基本模塊、基本命令，學生在機房集中對所學命令進行針對性練習。這種教學模式下，學生的學習主要是圍繞“命令”進行的，學習積極性不高，造成課堂教學“學不好”，機房上機“練不好”的局面。而且在有限學時內，學習內容比較有限，主要集中在草繪、建模、工程圖、裝配幾個基本模塊，而動畫、仿真等高級模塊往往在課堂上不涉獵。而實際上學習Pro/E的目的是為了利用Pro/E這個工具，進行三維模型的創建、仿真等應用。“命令”不是目標，“應用”才是真正的目標。這種教學模式很大程度上限制了Pro/E這門課程的學習效果，學生學習的主動性沒有得到充分的調動。

2 項目驅動法引入到機卓班proe教學

2.1 給學生展示一個已經創建完成的整機模型，使學生樹立學習的信心，提高學習的興趣

針對上述情況，本人在卓越班Pro/E教學過程中，嘗試進行了如下一些改革：主要是教學過程中引入了以確定的機械產品為主線的項目驅動的教學方式，教學過程圍繞特定“應用”實例進行，使學生學習時帶有明確的目的性。由于我們學院地處徐州，與“中國工程機械行業領軍型企業——徐工集團”有著長期緊密的聯系，在教學中選擇了以工程機械的代表產品之一——輪式挖掘機為例（見圖1），來進行建模、裝配、動畫、仿真等基礎內容教學。

學生既可以進行Pro/E建模、仿真，又可以方便的到企業參觀實際產品的生產制造。在這種虛實結合的教學模式下，學生對Pro/E的學習興趣被大大的激發了出來，在課上、課下，相當一部分學生都在不斷的動腦思考，相互之間進行討論研究，向老師請教，與老師一起探討。在這一過程中，可以明顯感覺到學生對Pro/E的掌握程度有了很大的提高，這也進一步激發了學生對學習Pro/E的自信心。endprint

2.2 以項目模型驅動的教學過程

由于輪式挖掘機結構比較復雜，組成零件眾多，要在有限的教學學時內完成全部建模等工作比較困難。因此，在課內以一部分零件為例進行一般建模過程的示范講解，同時對涉及到的基本命令進行詳解。其余零件均布置在課余時間，由學生分組協作完成；所有零件創建完成后，再利用課堂時間進行部分裝配工作，余下的裝配工作由學生利用課余時間分組完成；在此基礎上，在課堂教學中增加了Pro/E仿真部分的教學嘗試，同樣由于課堂容量有限，總體仿真工作量大的原因，余下的仿真工作也留到課余時間由學生分組完成。學生在課余練習過程中出現的問題，反饋到課堂后再集中釋疑講解。

這種教學模式下，學生不再處于傳統教學模式下完全被灌輸、被動接受的狀態，學生有了明確的建模、裝配和仿真的目標，清楚的知道要達到一個什么樣的結果，也就能夠通過形體分析，靈活的運用所學Pro/E基礎操作知識，順利完成任務。通過這一過程，學生不僅掌握了Pro/E應用軟件的基礎操作，還提高了學生的制圖能力，提高了學生靈活運用Pro/E這一工具的能力，使學生不再停留在傳統教學模式下僅僅滿足于掌握Pro/E基礎操作的水平。學生的主動性在這一過程中得到了極大的調動，達到了掌握知識、提高能力、增強自信的綜合效果。

下圖是課堂教學、課下練習過程中創建的挖掘機的工作裝置部分。課堂上挑選其中的一個動臂油缸、動臂、動臂連桿、鏟斗等幾個典型零件，在課堂上邊講邊練完成建模。其余組成零件，則由學生課余時間分組完成建模。最后，匯總所有零件進行整體裝配。并利用課余時間，帶領同學們利用所有組成元件完成挖掘機工作裝置動畫的創建、以及簡單的運動學仿真分析。

在以挖掘機工作裝置這一實際應用為抓手的教學過程中，完成了所有大綱規定的建模命令的教學任務，并使學生在Pro/E動畫、仿真方面也有所涉獵。而且學生普遍可以熟練的應用Pro/E的絕大多數常用命令，也使學生更加深刻的理解了挖掘機工作裝置的工作原理、工作過程。

2.3 項目驅動法激發了學生的鉆研精神

學生在課內外的學習過程中，對所學基本操作達到了靈活運用的程度，也對其有了更深刻的理解和體會。在進行仿真裝配過程中遇到了問題，但學生并未對此表現出畏難情緒，反而激發了他們的鉆研精神，在老師的帶領下，學生們以飽滿的熱情，想方設法的完成了仿真裝配。

例如在FS-18裝配過程中，大家很容易設定FS-18與FS-15之間的銷軸連接，FS-18與GCC-YAX10之間的銷軸連接，但是對于FS-18與FS-19間的約束設置就著實費了一番力氣。這里FS-19是靜止不動的。GCC-YAX10與一個軸件通過銷釘連接連在一起，因此，GCC-YAX10是勻速轉動的。仿真要求FS-19要始終被限制在FS-18中部的槽（槽的形狀見圖3）中。學生在此處約束設置時都出現了困難。因為FS-18一端隨著GCC-YAX10勻速轉動，要保證FS-19始終被限制在FS-18的槽中，就意味著FS-19外圓柱面與槽側面的接觸點是時刻變化的，而槽約束要求零件上某固定的點在指定的曲線上滑動。而這里顯然無法找到這樣的固定點。而其他約束類型在這里顯然也不合適。起初甚至有部分學生認為是不是有可能Pro/E對這種類型的約束無法設置。

后任課教師帶領大家一起分析、討論：首先確認槽約束方式在這里應該是唯一合理的約束類型，關鍵是找到兩個零件上沿著某曲線運動的固定點和曲線軌跡。最后找到了FS-19外圓柱面軸線與FS-18一側面的交點PNT0（見圖3）在整個運動過程中始終是沿FS-18槽對稱中心平面和其側面的交線運動的。因此，在FS-19上設置PNT0點，在FS-18側面上草繪如圖3所示直線。然后設置槽約束，指定PNT0點沿著前述草繪曲線運動即可。

2.4 項目驅動法驅動了學生對相關專業知識的深入思考

在教學過程中還發現，這種教學模式下，學生除了專注于Pro/E的學習外，同時還能用到之前學習過的機械制圖、機械原理、機械設計等相關課程的基礎知識，既鞏固復習了以前學到的知識，同時完成了對多門課程基礎知識的綜合運用。

例如，學生在建模過程中發現動臂和動臂連桿之間通過一個三鉸接的三角板狀件連接而成。有些學生就產生了疑問，為什么這里要采用如圖4（a）所示這種三鉸接的三角板狀件連接，而不采用更為簡便的圖（b）所示方案，將1、2、3三個連桿都連在一個鉸鏈處鉸接。

學生們經過仔細思考、討論后明白到：圖a所示方案就是3個普通鉸鏈連接，是3個低副；而圖b所示方案屬于復合鉸鏈連接，算做2個低副。而兩種不同方案會導致整個機構相差了2個自由度，從而導致整個機構的運動規律發生了很大的變化。通過這一問題的發現和解決，加深了同學們對機械原理課程中的連桿機構設計及連桿機構自由度計算部分內容的理解。

3 教學效果評估

為了驗證項目驅動模式下Pro/E課程的教學效果，在教學過程中和教學過程完成后都進行了跟蹤調查和檢驗。調查和檢驗工作分別選取了項目驅動模式下的機卓班和傳統教學模式下的機械設計制造及其自動化統招班（以下簡稱統招班）的各30名學生作為對比研究的樣本，為了增強可對比性，在統招班挑選的是基礎知識比較扎實，學習態度比較認真的部分學生。

具體來說，主要完成了以下幾方面的工作：

3.1 學習興趣跟蹤調查

從第一周開課到第12周課程結束，每周五一次，分別對兩個樣本班級進行有關對Pro/E課程學習興趣度的跟蹤調查，調查的結果如圖5、圖6所示：

從調查結果可以看到，在學習興趣方面，兩個班初始的狀態比較接近，甚至在最初時統招班甚至略優于機卓班，但在學習進程中，機卓班學生是學習興趣逐步得到了提升，而統招班卻相反，學習興趣總體處于不斷下降的狀態。

3.2 學習效果的自我評價跟蹤調查endprint

從第一周開課到第12周課程結束，每周五一次，分別對兩個樣本班級進行有關對Pro/E課程學習效果的自我評價的跟蹤調查，調查的結果如圖7、圖8所示：

圖7 機卓班學習效果自我評價調查結果

圖8 統招班學習效果自我評價調查結果

從調查結果來看，學習效果自我評價方面，兩個班初始的狀態仍比較接近，在最初時機卓班狀態略優于統招班，但在學習進程中，機卓班學生的學習效果自我評價整體在不斷上升，而統招班卻相反，對學習效果的自我評價總體處于不斷下降的狀態。

3.3 學習效果的客觀檢驗及評價

3.3.1 測試條件：在課程結束后，為了對學習效果進行全面細致的客觀評價，分別對兩個樣本班級進行了測試檢驗。測試分別采用以下兩種方式各自進行了一次測試：

①不限制操作方式完成一組難度較大的模型的從建模、裝配和工程圖創建的完整過程，標準的完成時間為100分鐘；

②限制采用特定數量的建模方式完成另一套難度相當的模型的從建模、裝配和工程圖創建的完整過程，標準的完成時間為100分鐘。

3.3.2 測試結果：

①完成速度：項目驅動教學模式下的機卓班學生平均完成時間比標準時間快9.67%，最短完成時間比標準時間快24%，最短完成時間比標準時間慢32%；而傳統教學模式下的統招班到最后有4名同學放棄，平均完成時間比標準時間慢67.12%，最短完成時間比標準時間快%2，最長完成時間比標準時間慢86%。

機卓班平均完成速度比統招班要快85%，最短完成時間快29%，最長完成時間（剔除放棄的學生）快41%。

所以不論從平均用時，還是最短完成時間、最長完成時間來看，機卓班的完成速度均遠較統招班快。

②完成質量：機卓班建模結果30名同學均達到題目預定的質量；統招班最終完成的24名同學中，有18名同學達到題目預定的質量，另外6名同學有1-5處不等的瑕疵。

所以從完成質量方面來看，機卓班的完成質量也遠較統招班更好。

表1 兩組學生的完成時間及質量統計

③結果分析：機卓班學生整體均具有較強的自信心，有克服難題的勇氣，因而即使有部分未能在標準時間內完成的學生也不輕言放棄，依然堅持到最后完成任務；而統招班學生開始時自信心也是很足的，但一看到規模較為復雜，就有部分學生產生了畏難情緒，并且是越到后面有畏難情緒的學生越多，畏難情緒也越嚴重，以致到179分時就有1名學生放棄，186分后3名學生放棄。

4 結論

綜上，通過在機卓班Pro/E及應用課程教學中引入項目驅動方法教學，使學生在學習軟件過程中圍繞“項目”學習，代替傳統教學中圍繞“命令”的學習。通過項目驅動法和傳統教學法的對比，得出了以下幾個結論：

1）在項目驅動模式下，學生對Pro/E這一建模工具使用的靈活度得到極大提高，同時復習鞏固了以前學到的相關知識，提高了對多門課程基礎知識的綜合應用能力。

2）兩個班開始時的學習興趣、對學習效果的自我評價幾方面均比較接近，最初時統招班學習興趣狀態略優于機卓班，在自信心和對學習效果的自我評價方面機卓班略優于統招班，但在學習過程中，機卓班在上述幾方面始終處于整體上升的狀態下，而統招班則各方面總體均處于不斷下降的狀態。

3）通過實際上機對Pro/E軟件的掌握的客觀效果進行檢驗，結果表明：項目驅動法下的機卓班的掌握情況遠好于傳統教學模式下的統招班，這也證實了上述虛實結合的項目驅動教學法的教學效果確實比較理想。

4）學生對學習效果的自我評價與檢驗結果非常相符，說明學生對自我學習效果的平均是非常客觀真實的。

【參考文獻】

[1]付永鋼.大學畢業生綜合素質及綜合能力與企業要求之差距[J].未來與發展，2010（10）：70-74

[2]張安富，劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59

[3]丁毓峰.基于創新計劃體系的機械工程卓越工程師的培養方法[J].教育教學論壇_2012（34）：34-36endprint