應(yīng)用型本科院校卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的Pro/E課程教學(xué)方法探索和實(shí)踐

劉文君

【摘 要】本文在機(jī)卓班Pro/E及應(yīng)用課程教學(xué)中以“項(xiàng)目”為核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)中圍繞“命令”的進(jìn)行的學(xué)習(xí)模式。引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法后，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心，不僅使學(xué)生專注于Pro/E基本操作的的學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生對(duì)Pro/E這一建模工具使用的靈活度，同時(shí)鞏固復(fù)習(xí)了以前學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，提高了對(duì)多門課程基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；Pro/E

中圖分類號(hào)： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(kuò)招，企業(yè)發(fā)展升級(jí)，高校培養(yǎng)的學(xué)生質(zhì)量與企業(yè)需求的員工素質(zhì)之間的差距始終存在，甚至在擴(kuò)招的大背景下顯得更為突出。目前的大學(xué)畢業(yè)生在環(huán)境適應(yīng)能力、分析解決專業(yè)問題的能力、創(chuàng)新能力、合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神、人際交往能力等在內(nèi)的綜合素質(zhì)和綜合技能[1]等方面都與企業(yè)的需求有很大的差距。這也造成了一方面企業(yè)需要大批綜合素質(zhì)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(yǎng)的是大量同質(zhì)化的、綜合素質(zhì)達(dá)不到企業(yè)要求的畢業(yè)生。以致很多畢業(yè)生，尤其是二本、三本院校畢業(yè)的畢業(yè)生普遍感到找工作難，找到好工作更難。“畢業(yè)即失業(yè)”成了一部分畢業(yè)生面臨的現(xiàn)實(shí)窘境。

在此背景下教育部于2010年6月啟動(dòng)實(shí)施了為期10年（2010-2020 年）的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡稱“卓越計(jì)劃”）。該計(jì)劃旨在培養(yǎng)出一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和企業(yè)發(fā)展需要的高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。尤其在當(dāng)前以德國提出的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略、美國提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、我國的“中國制造2025”戰(zhàn)略為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命浪潮來臨之時(shí)，人才的培養(yǎng)顯得尤為重要，“卓越計(jì)劃”的實(shí)施正好也順應(yīng)了這一潮流。同時(shí)，“卓越計(jì)劃”也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措[2][3]。

1 傳統(tǒng)proe教學(xué)中存在的問題及原因分析

Pro/E是應(yīng)用最普遍的三維建模軟件之一，對(duì)其操作能力是機(jī)械相關(guān)專業(yè)必須掌握的一類基本技能。傳統(tǒng)的Pro/E教學(xué)基本是教師按照教學(xué)大綱要求，逐個(gè)講解Pro/E各基本模塊、基本命令，學(xué)生在機(jī)房集中對(duì)所學(xué)命令進(jìn)行針對(duì)性練習(xí)。這種教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)主要是圍繞“命令”進(jìn)行的，學(xué)習(xí)積極性不高，造成課堂教學(xué)“學(xué)不好”，機(jī)房上機(jī)“練不好”的局面。而且在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)習(xí)內(nèi)容比較有限，主要集中在草繪、建模、工程圖、裝配幾個(gè)基本模塊，而動(dòng)畫、仿真等高級(jí)模塊往往在課堂上不涉獵。而實(shí)際上學(xué)習(xí)Pro/E的目的是為了利用Pro/E這個(gè)工具，進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建、仿真等應(yīng)用。“命令”不是目標(biāo)，“應(yīng)用”才是真正的目標(biāo)。這種教學(xué)模式很大程度上限制了Pro/E這門課程的學(xué)習(xí)效果，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性沒有得到充分的調(diào)動(dòng)。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法引入到機(jī)卓班proe教學(xué)

2.1 給學(xué)生展示一個(gè)已經(jīng)創(chuàng)建完成的整機(jī)模型，使學(xué)生樹立學(xué)習(xí)的信心，提高學(xué)習(xí)的興趣

針對(duì)上述情況，本人在卓越班Pro/E教學(xué)過程中，嘗試進(jìn)行了如下一些改革：主要是教學(xué)過程中引入了以確定的機(jī)械產(chǎn)品為主線的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，教學(xué)過程圍繞特定“應(yīng)用”實(shí)例進(jìn)行，使學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)帶有明確的目的性。由于我們學(xué)院地處徐州，與“中國工程機(jī)械行業(yè)領(lǐng)軍型企業(yè)——徐工集團(tuán)”有著長期緊密的聯(lián)系，在教學(xué)中選擇了以工程機(jī)械的代表產(chǎn)品之一——輪式挖掘機(jī)為例（見圖1），來進(jìn)行建模、裝配、動(dòng)畫、仿真等基礎(chǔ)內(nèi)容教學(xué)。

學(xué)生既可以進(jìn)行Pro/E建模、仿真，又可以方便的到企業(yè)參觀實(shí)際產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。在這種虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)Pro/E的學(xué)習(xí)興趣被大大的激發(fā)了出來，在課上、課下，相當(dāng)一部分學(xué)生都在不斷的動(dòng)腦思考，相互之間進(jìn)行討論研究，向老師請(qǐng)教，與老師一起探討。在這一過程中，可以明顯感覺到學(xué)生對(duì)Pro/E的掌握程度有了很大的提高，這也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)Pro/E的自信心。endprint

2.2 以項(xiàng)目模型驅(qū)動(dòng)的教學(xué)過程

由于輪式挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，組成零件眾多，要在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)完成全部建模等工作比較困難。因此，在課內(nèi)以一部分零件為例進(jìn)行一般建模過程的示范講解，同時(shí)對(duì)涉及到的基本命令進(jìn)行詳解。其余零件均布置在課余時(shí)間，由學(xué)生分組協(xié)作完成；所有零件創(chuàng)建完成后，再利用課堂時(shí)間進(jìn)行部分裝配工作，余下的裝配工作由學(xué)生利用課余時(shí)間分組完成；在此基礎(chǔ)上，在課堂教學(xué)中增加了Pro/E仿真部分的教學(xué)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(shí)間由學(xué)生分組完成。學(xué)生在課余練習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，反饋到課堂后再集中釋疑講解。

這種教學(xué)模式下，學(xué)生不再處于傳統(tǒng)教學(xué)模式下完全被灌輸、被動(dòng)接受的狀態(tài)，學(xué)生有了明確的建模、裝配和仿真的目標(biāo)，清楚的知道要達(dá)到一個(gè)什么樣的結(jié)果，也就能夠通過形體分析，靈活的運(yùn)用所學(xué)Pro/E基礎(chǔ)操作知識(shí)，順利完成任務(wù)。通過這一過程，學(xué)生不僅掌握了Pro/E應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)操作，還提高了學(xué)生的制圖能力，提高了學(xué)生靈活運(yùn)用Pro/E這一工具的能力，使學(xué)生不再停留在傳統(tǒng)教學(xué)模式下僅僅滿足于掌握Pro/E基礎(chǔ)操作的水平。學(xué)生的主動(dòng)性在這一過程中得到了極大的調(diào)動(dòng)，達(dá)到了掌握知識(shí)、提高能力、增強(qiáng)自信的綜合效果。

下圖是課堂教學(xué)、課下練習(xí)過程中創(chuàng)建的挖掘機(jī)的工作裝置部分。課堂上挑選其中的一個(gè)動(dòng)臂油缸、動(dòng)臂、動(dòng)臂連桿、鏟斗等幾個(gè)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(xué)生課余時(shí)間分組完成建模。最后，匯總所有零件進(jìn)行整體裝配。并利用課余時(shí)間，帶領(lǐng)同學(xué)們利用所有組成元件完成挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)畫的創(chuàng)建、以及簡單的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。

在以挖掘機(jī)工作裝置這一實(shí)際應(yīng)用為抓手的教學(xué)過程中，完成了所有大綱規(guī)定的建模命令的教學(xué)任務(wù)，并使學(xué)生在Pro/E動(dòng)畫、仿真方面也有所涉獵。而且學(xué)生普遍可以熟練的應(yīng)用Pro/E的絕大多數(shù)常用命令，也使學(xué)生更加深刻的理解了挖掘機(jī)工作裝置的工作原理、工作過程。

2.3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法激發(fā)了學(xué)生的鉆研精神

學(xué)生在課內(nèi)外的學(xué)習(xí)過程中，對(duì)所學(xué)基本操作達(dá)到了靈活運(yùn)用的程度，也對(duì)其有了更深刻的理解和體會(huì)。在進(jìn)行仿真裝配過程中遇到了問題，但學(xué)生并未對(duì)此表現(xiàn)出畏難情緒，反而激發(fā)了他們的鉆研精神，在老師的帶領(lǐng)下，學(xué)生們以飽滿的熱情，想方設(shè)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(shè)定FS-18與FS-15之間的銷軸連接，F(xiàn)S-18與GCC-YAX10之間的銷軸連接，但是對(duì)于FS-18與FS-19間的約束設(shè)置就著實(shí)費(fèi)了一番力氣。這里FS-19是靜止不動(dòng)的。GCC-YAX10與一個(gè)軸件通過銷釘連接連在一起，因此，GCC-YAX10是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)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(xué)生在此處約束設(shè)置時(shí)都出現(xiàn)了困難。因?yàn)镕S-18一端隨著GCC-YAX10勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)面的接觸點(diǎn)是時(shí)刻變化的，而槽約束要求零件上某固定的點(diǎn)在指定的曲線上滑動(dòng)。而這里顯然無法找到這樣的固定點(diǎn)。而其他約束類型在這里顯然也不合適。起初甚至有部分學(xué)生認(rèn)為是不是有可能Pro/E對(duì)這種類型的約束無法設(shè)置。

后任課教師帶領(lǐng)大家一起分析、討論：首先確認(rèn)槽約束方式在這里應(yīng)該是唯一合理的約束類型，關(guān)鍵是找到兩個(gè)零件上沿著某曲線運(yùn)動(dòng)的固定點(diǎn)和曲線軌跡。最后找到了FS-19外圓柱面軸線與FS-18一側(cè)面的交點(diǎn)PNT0（見圖3）在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中始終是沿FS-18槽對(duì)稱中心平面和其側(cè)面的交線運(yùn)動(dòng)的。因此，在FS-19上設(shè)置PNT0點(diǎn)，在FS-18側(cè)面上草繪如圖3所示直線。然后設(shè)置槽約束，指定PNT0點(diǎn)沿著前述草繪曲線運(yùn)動(dòng)即可。

2.4 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)了學(xué)生對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的深入思考

在教學(xué)過程中還發(fā)現(xiàn)，這種教學(xué)模式下，學(xué)生除了專注于Pro/E的學(xué)習(xí)外，同時(shí)還能用到之前學(xué)習(xí)過的機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)課程的基礎(chǔ)知識(shí)，既鞏固復(fù)習(xí)了以前學(xué)到的知識(shí)，同時(shí)完成了對(duì)多門課程基礎(chǔ)知識(shí)的綜合運(yùn)用。

例如，學(xué)生在建模過程中發(fā)現(xiàn)動(dòng)臂和動(dòng)臂連桿之間通過一個(gè)三鉸接的三角板狀件連接而成。有些學(xué)生就產(chǎn)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(gè)連桿都連在一個(gè)鉸鏈處鉸接。

學(xué)生們經(jīng)過仔細(xì)思考、討論后明白到：圖a所示方案就是3個(gè)普通鉸鏈連接，是3個(gè)低副；而圖b所示方案屬于復(fù)合鉸鏈連接，算做2個(gè)低副。而兩種不同方案會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)構(gòu)相差了2個(gè)自由度，從而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生了很大的變化。通過這一問題的發(fā)現(xiàn)和解決，加深了同學(xué)們對(duì)機(jī)械原理課程中的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及連桿機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算部分內(nèi)容的理解。

3 教學(xué)效果評(píng)估

為了驗(yàn)證項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式下Pro/E課程的教學(xué)效果，在教學(xué)過程中和教學(xué)過程完成后都進(jìn)行了跟蹤調(diào)查和檢驗(yàn)。調(diào)查和檢驗(yàn)工作分別選取了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式下的機(jī)卓班和傳統(tǒng)教學(xué)模式下的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化統(tǒng)招班（以下簡稱統(tǒng)招班）的各30名學(xué)生作為對(duì)比研究的樣本，為了增強(qiáng)可對(duì)比性，在統(tǒng)招班挑選的是基礎(chǔ)知識(shí)比較扎實(shí)，學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真的部分學(xué)生。

具體來說，主要完成了以下幾方面的工作：

3.1 學(xué)習(xí)興趣跟蹤調(diào)查

從第一周開課到第12周課程結(jié)束，每周五一次，分別對(duì)兩個(gè)樣本班級(jí)進(jìn)行有關(guān)對(duì)Pro/E課程學(xué)習(xí)興趣度的跟蹤調(diào)查，調(diào)查的結(jié)果如圖5、圖6所示：

從調(diào)查結(jié)果可以看到，在學(xué)習(xí)興趣方面，兩個(gè)班初始的狀態(tài)比較接近，甚至在最初時(shí)統(tǒng)招班甚至略優(yōu)于機(jī)卓班，但在學(xué)習(xí)進(jìn)程中，機(jī)卓班學(xué)生是學(xué)習(xí)興趣逐步得到了提升，而統(tǒng)招班卻相反，學(xué)習(xí)興趣總體處于不斷下降的狀態(tài)。

3.2 學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)跟蹤調(diào)查endprint

從第一周開課到第12周課程結(jié)束，每周五一次，分別對(duì)兩個(gè)樣本班級(jí)進(jìn)行有關(guān)對(duì)Pro/E課程學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)的跟蹤調(diào)查，調(diào)查的結(jié)果如圖7、圖8所示：

圖7 機(jī)卓班學(xué)習(xí)效果自我評(píng)價(jià)調(diào)查結(jié)果

圖8 統(tǒng)招班學(xué)習(xí)效果自我評(píng)價(jià)調(diào)查結(jié)果

從調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)習(xí)效果自我評(píng)價(jià)方面，兩個(gè)班初始的狀態(tài)仍比較接近，在最初時(shí)機(jī)卓班狀態(tài)略優(yōu)于統(tǒng)招班，但在學(xué)習(xí)進(jìn)程中，機(jī)卓班學(xué)生的學(xué)習(xí)效果自我評(píng)價(jià)整體在不斷上升，而統(tǒng)招班卻相反，對(duì)學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)總體處于不斷下降的狀態(tài)。

3.3 學(xué)習(xí)效果的客觀檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)

3.3.1 測試條件：在課程結(jié)束后，為了對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面細(xì)致的客觀評(píng)價(jià)，分別對(duì)兩個(gè)樣本班級(jí)進(jìn)行了測試檢驗(yàn)。測試分別采用以下兩種方式各自進(jìn)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(chuàng)建的完整過程，標(biāo)準(zhǔn)的完成時(shí)間為100分鐘；

②限制采用特定數(shù)量的建模方式完成另一套難度相當(dāng)?shù)哪Ｐ偷膹慕！⒀b配和工程圖創(chuàng)建的完整過程，標(biāo)準(zhǔn)的完成時(shí)間為100分鐘。

3.3.2 測試結(jié)果：

①完成速度：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式下的機(jī)卓班學(xué)生平均完成時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間快9.67%，最短完成時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間快24%，最短完成時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間慢32%；而傳統(tǒng)教學(xué)模式下的統(tǒng)招班到最后有4名同學(xué)放棄，平均完成時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間慢67.12%，最短完成時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間快%2，最長完成時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間慢86%。

機(jī)卓班平均完成速度比統(tǒng)招班要快85%，最短完成時(shí)間快29%，最長完成時(shí)間（剔除放棄的學(xué)生）快41%。

所以不論從平均用時(shí)，還是最短完成時(shí)間、最長完成時(shí)間來看，機(jī)卓班的完成速度均遠(yuǎn)較統(tǒng)招班快。

②完成質(zhì)量：機(jī)卓班建模結(jié)果30名同學(xué)均達(dá)到題目預(yù)定的質(zhì)量；統(tǒng)招班最終完成的24名同學(xué)中，有18名同學(xué)達(dá)到題目預(yù)定的質(zhì)量，另外6名同學(xué)有1-5處不等的瑕疵。

所以從完成質(zhì)量方面來看，機(jī)卓班的完成質(zhì)量也遠(yuǎn)較統(tǒng)招班更好。

表1 兩組學(xué)生的完成時(shí)間及質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

③結(jié)果分析：機(jī)卓班學(xué)生整體均具有較強(qiáng)的自信心，有克服難題的勇氣，因而即使有部分未能在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)完成的學(xué)生也不輕言放棄，依然堅(jiān)持到最后完成任務(wù)；而統(tǒng)招班學(xué)生開始時(shí)自信心也是很足的，但一看到規(guī)模較為復(fù)雜，就有部分學(xué)生產(chǎn)生了畏難情緒，并且是越到后面有畏難情緒的學(xué)生越多，畏難情緒也越嚴(yán)重，以致到179分時(shí)就有1名學(xué)生放棄，186分后3名學(xué)生放棄。

4 結(jié)論

綜上，通過在機(jī)卓班Pro/E及應(yīng)用課程教學(xué)中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方法教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件過程中圍繞“項(xiàng)目”學(xué)習(xí)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)中圍繞“命令”的學(xué)習(xí)。通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法和傳統(tǒng)教學(xué)法的對(duì)比，得出了以下幾個(gè)結(jié)論：

1）在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式下，學(xué)生對(duì)Pro/E這一建模工具使用的靈活度得到極大提高，同時(shí)復(fù)習(xí)鞏固了以前學(xué)到的相關(guān)知識(shí)，提高了對(duì)多門課程基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

2）兩個(gè)班開始時(shí)的學(xué)習(xí)興趣、對(duì)學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)幾方面均比較接近，最初時(shí)統(tǒng)招班學(xué)習(xí)興趣狀態(tài)略優(yōu)于機(jī)卓班，在自信心和對(duì)學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)方面機(jī)卓班略優(yōu)于統(tǒng)招班，但在學(xué)習(xí)過程中，機(jī)卓班在上述幾方面始終處于整體上升的狀態(tài)下，而統(tǒng)招班則各方面總體均處于不斷下降的狀態(tài)。

3）通過實(shí)際上機(jī)對(duì)Pro/E軟件的掌握的客觀效果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法下的機(jī)卓班的掌握情況遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)教學(xué)模式下的統(tǒng)招班，這也證實(shí)了上述虛實(shí)結(jié)合的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的教學(xué)效果確實(shí)比較理想。

4）學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)結(jié)果非常相符，說明學(xué)生對(duì)自我學(xué)習(xí)效果的平均是非常客觀真實(shí)的。

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