面向實踐能力培養的逆向工程技術教學探索

張小雪

面向實踐能力培養的逆向工程技術教學探索

張小雪

（山東華宇工學院 機械工程學院，山東 德州 253034）

逆向工程技術是車輛工程、材料以及機制專業一門實踐性較強的專業課程，為了提高學生的工程實踐能力，根據課程特點，通過分析目前教學中存在的問題，探索了“以學為中心，以培養學生工程實踐能力為主線”的課程教學改革；文章主要圍繞課程內容、教學方法、課程建設以及考核評價等四個方面進行探索，打破了原有知識結構，將課程以項目貫穿始終。通過教學改革，提高了學生的學習興趣和對課程的參與度，對學生的工程實踐應用能力的培養起到了關鍵的作用，對縮短學校所學與社會所需之間的差距具有一定的推動作用。

實踐能力；教學改革；逆向工程技術；教學探索

逆向工程技術又稱反求工程、反向工程等，我國作為最大的發展中國家，消化、吸收發達國家先進技術，并在此基礎上進行改進是重要的產品設計手段，逆向工程技術為產品的改進設計提供了更加快捷的工具，縮短了開發周期，據統計逆向工程技術可使產品的研制周期縮短40%以上[1]，極大地提高了生產效率，現已廣泛應用于航空航天、生物醫學、機械制造、工藝等方面，已成為產品創新設計的強有力的支撐。逆向工程技術作為高校本科機械設計制造及其自動化和材料成型及控制工程的一門課程，是對現有零件或者產品進行分析，通過測量設備、CAD/CAM軟件以及快速成型制造技術對其再創造的過程。課程包括實物或產品的數據采集、數據處理及反求建模、模型制造幾個階段，是一門跨越多學科、多領域的課程。這就要求學生不僅要有建模相關的理論知識，還要具備較強的動手能力，能夠熟練操作設備對產品進行數據采集、數據處理并進行再創造的能力。基于應用型本科院校人才培養要求培養高素質應用型人才總目標，重視學生工程實踐能力和創新能力的培養[2]，從教學現有問題出發，積極探索課程改革內容，提高學生的工程實踐能力。

1 教學現狀分析

1.1 教學內容缺乏連貫性

逆向工程技術是一門理論性和實踐性都較強的課程，教學內容缺乏完整性和系統性。逆向工程作為一種新興技術，一方面在原理層面上還在不斷地有大量研究成果出現，另一方面已成熟的一些技術已進入企業實用階段。課程包括數據測量、反求建模和快速成型三大部分，目前學校將其分成了三門課程，導致教學內容分散，無法形成以數字化貫穿測量、設計與成型的整體意識。基于應用型本科院校要求培養高素質的應用型本科人才的前提下，有必要對內容進行整合，突出學生的工程實踐能力。

1.2 教學重理論輕實踐，不足以支撐人才培養方案

逆向工程技術作為一門交叉學科的課程，從整個產品開發看，一個完整的流程應該包括逆向測量→逆向建模→快速成型。逆向工程技術有近三分之二的工作是應用軟件和設備的操作，目前課程教學更偏向于注重培養學生的理論知識，這就使得很多學生的理論知識牢固，但實際操作應用能力不強，在學生就業過程中還要接受一定的崗前培訓才能適應現有的工作，然而很多企業在培養人才的時候并不愿意再花更多的時間來對學生進行崗前培訓，這就使得學生的就業能力下降。一些學生也會因為缺乏實踐能力而放棄自己所學的專業。

1.3 教學方法單一

逆向工程技術課程是一門實踐性非常強的課程。要求學生具有熟練操作設備進行數據采集的能力、熟練運用軟件進行反求建模的能力以及熟練運用快速成型技術制造的能力，傳統教學主要以教師講授為主，花費多學時讓學生學習理論知識，但是在實際操作中，往往無法將所學理論知識應用上，導致理論知識的脫節和學生應用能力的缺乏。

2 面向工程實踐能力培養的教學探索

2.1 教學改革思路

基于目前學現狀的分析，在教學中轉變思維，變“以教為中心”為“以學為中心”，更多地關注學生在學習完課程后，具備怎樣的知識和能力？他們學習過程中應該完成哪些學習任務，我如何通過這些學習任務的完成情況來評價學生的學習效果？

確定了以學為中心，以培養實踐應用能力為主線的建設思路，整合教學內容、優化教學方法、豐富教學資源，改進評價方式，達到從多維度聯合提高學生的工程實踐能力，縮小學校所教與企業所需之間的差距，增強學生的就業競爭力，如圖1所示。

圖1 教學改革思路

2.2 以培養實踐應用能力為主線的教學內容

結合我校專業特色，對逆向工程技術課程的教學內容開展教學研究，構建以實用性內容為主的，培養學生工程應用能力的課程內容體系。基于此以產品數據采集→造型→產品制造為導向，打破原有章節，對教學內容進行了劃分與融合，實現了內容從模塊化到項目化[3-4]的轉變過程。將教學內容細化為軸承座測量及建模、汽車指示燈罩反求建模2大項目貫穿全部內容，2個小組學習項目，如表1所示，使學生能夠通過團隊協作完成項目內容。

表1 教學內容

項目教學內容要求備注 鼠首反求造型（觀看視頻）逆向工程技術概述以視頻案例引出，了解逆向工程技術 逆向工程關鍵技術（數據采集技術、數字化反求建模和快速成制造技術） 軸承座測量及建模三坐標數據采集系統觀察軸承座結構特征，完成數據采集及建模對比兩種模型的結構特點，針對不同的物體選用合適的數據采集設備，學習快速成型制造相關知識，完成產品的逆向成型 三坐標測量機的認知 平面立體測量 曲面立體測量 汽車指示燈罩反求建模激光掃描儀觀察汽車指示燈罩結構特征，進行數據采集及建模 關節臂式測量機 建模(快速曲面造型和傳統曲面造型 計算機輔助檢測 汽車后視鏡逆向設計逆向工程技術的綜合應用小組自選任務 公交車乘客拉手逆向設計

根據課程教學進程的需要設計的實踐項目，具有規模小、成本低、學時短的特點，通過項目的分析與實施串聯知識點，加深和強化同學對課程內容的理解與應用，培養學生的測量設備的動手操作能力、反求建模能力、繪圖能力及3D打印操作能力，使學生在學習完課程后，能夠針對某一實物，通過分析選擇合適的測量設備對其進行數據采集，并能夠對數據進行處理建立模型，選用合適的3D打印設備進行打印成型。實現了源于實物，歸于實物的閉環學習。

逆向工程技術主要服務于創新設計以及還原設計。這就需要學生具有勇于探索的創新精神、善于解決問題的能力及精益求精的大國工匠精神，思政建設目標為堅持知識傳授與思政教育密切融合的原則，以新時代工匠精神為切入點，把愛國情懷、嚴謹認真的工作態度與學習緊密結合，實現全程育人、全方位育人，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，思政元素如表2所示。

表2 課程思政融入

課程內容融入案例培養目標 逆向工程的關鍵技術電影《十二生肖》片段愛國情懷、責任感 三坐標測量系統因圖紙審核不清楚造成的鉆孔定位偏差嚴謹性、責任意識 手持式激光掃描儀3D掃描儀助力整形外科手術高效開展創新是引領發展的第一動力 快速成型制造江西寶航新材料有限公司，已經成功研制了超高強度鋁合金HS5601科技是第一生產力 3D打印技術3D打印技術之父查克·赫爾的故事踏實敬業，開拓創新的工匠精神

2.3 教學方法多樣化

課程注重“以工程實踐能力培養為主線，以學為中心”，由傳統的課堂講授優化為以線下教學為主，線上教學為輔的教學新方式[5]。以學為中心的教學方式，更好地促進了“以學生為中心”和學生能力的培養。

線上，學生通過提前預習課程內容，參與線上測試，做好筆記；線下，利用三坐標測量實驗室、兩個快速成型實驗室，五個機房，以學生的工程實踐能力培養為主，實現兩個一體化：教學內容一體化，即理論知識和實踐知識融合在一起，實現做中學，學中做；教學場所一體化，即軟件操作、硬件操作和知識講解同在一個場所。

在教學過程中以項目化教學為主，融合了任務化教學、小組討論、實驗教學法、翻轉課堂等多種教學方法，突出重點，突破難點，讓學生“知其然，并知其所以然”。

例如在學習汽車指示燈罩的制造過程中，采用項目化教學和小組式教學，班級共32人，5人一組，合作完成從數據的采集，反求建模和模型的成型制造（見圖2）。學生首先在線上學習手持式激光掃描儀的原理并搜集相關應用資料，參加線上測試，線下上課時，要求學生匯報所學資料，教師根據各組匯報內容進行總結講解，并進行演示操作，學生按照分好的小組進行測量，完成數據的采集及處理，同時考慮到數據采集和成型制造的過程較慢，課上時間不足以完成整個的制造過程，要求學生利用課下時間完成模型的3D成型過程，與項目一軸承座進行對比，總結激光掃描測量與三坐標測量機的優缺點，加深印象的同時培養學生的數據采集能力、數據處理能力、建模的能力和成型制造的能力。同時也會將小組的自選任務進行下發，要求學生充分利用時間完成學習任務。

圖2 小組式學習

為了進一步提高學生對課程的參與度，基于此優化教學資源建設方式，課程資源采用“師生共建”的方式，如圖3所示。例如由于軟件版本的不同，遴選學生優秀演示案例加入課程資源建設，或者通過布置作業的方式，學生梳理每一項目或任務的知識點（為了提高學生的實踐能力，會提醒學生用思維導圖的方式進行梳理知識點），遴選優秀案例加入每一節的學習導論，這樣的方式既能夠激發學生對學習的積極性，又能提高學生的動手實踐能力，也提高了學生對于課程的參與度，進一步激發學生對課程的興趣。

圖3 遴選學生優秀案例

2.4 過程性考核為主的評價

課程優化后，通過對教學內容的研究與探索，整合了教學內容，加大了實踐環節占比，基于此加強教學過程性考核，其中平時成績占50%，期末考試成績占50%。具體課程成績評定標準如表3所示。根據逆向測量→逆向建模→快速成型的教學思路，通過對學生數據處理的結果、建模的質量以及作品的完成度等全方位的教學過程性評價，消除學生等、靠的懶惰思想，提高學生學習主動性。

表3 課程成績評定標準

項目分數占比評分 一級指標二級指標 過程性考核（50%）線上資源學習10%根據超星平臺學習數據進行評分 線上測試5%根據學生回答是否正確，提交是否及時評閱得分 課中討論及總結10%主要根據學生是否參與討論以及課堂小結得分 小組作業15%根據小組間的互評和小組匯報綜合量化得分 實驗10%根據學生動手操作情況以及實驗結果是否正確情況綜合量化得分 期末測試（50%）專業知識測試50%由評分標準評閱試卷給出得分

3 改革成效

結合人才培養方案，以項目引領，結合多種教學方式，將傳統的理論課堂搬到了學、練、做于一體的實驗室，將課程所有知識點及技能穿插在各個項目中，化知識的“無形”為實物的“有形”，教學中突出學生的實踐應用能力培養，提高了學生對課程的學習興趣，大大提高了學生的學習積極性和課程的參與度，對于提高學生的工程實踐能力起到了關鍵作用。其中，在小組任務中除了自選任務之外學生完成了公交車拉手、農用車燈、汽車后視鏡等的逆向工程設計，另外完成了實驗室汽車輪轂的數據采集、建模及快速成型，并參與了課程的任務的拓展及課程模型的制作中，通過對比，2018級本科機制1班的逆向工程技術考核成績相較于2017級本科機制1班的學生成績良好率由原來的6.25%，提高到了23.73%。

4 結論

以現有教學問題出發，確定了“以學為中心，以培養實踐應用能力為主線”的建設思路，對教學內容進行了重組，以項目為核心，穿插理論與實踐，實現了源于實物，歸于實物的閉環學習。深挖思政元素，使思政教育與專業教育同步同行，在此基礎上優化了教學方法和教學評價方式，使其更加貼合應用型人才培養目標。同時為進一步激發學生對課程的參與度，確定了師生共建的方式，使學生真正成為課程的主人，進一步提高學生對課程的參與度，激發學生的自主性和對課程的學習興趣，提高學生的工程實踐能力。

[1] 成思源,楊雪榮.逆向工程技術[M].北京:機械工業出版社,2022.

[2] 張圓圓,王躍飛,莊遠,等.面向工程能力培養的“電工電子實訓”課程改革[J].裝備制造技術,2022(6):193- 195.

[3] 張其亮,王愛春,陳永生.能力遞進式項目教學法在嵌入式系統課程中的實踐[J].實驗室研究與探索,2014, 31(8):185-189.

[4] 貢雪梅.項目教學法在單片機原理課程設計中的應用[J].實驗技術與管理,2011,28(2):164-167.

[5] 張軍科.線上線下混合式教學模式的探索與實踐:以“精細化學品檢驗技術”課程為例[J].安徽化工, 2022,48(4):200-203.

Exploration of Reverse Engineering Technology Teaching Oriented to Practical Ability Training

ZHANG Xiaoxue

( School of Mechanical Engineering, Shandong Huayu University of Technology, Dezhou 253034, China )

Reverse engineering technology is a professional course with strong practicality for the majors of vehicle engineering, materials, mechanical design and manufacturing and automation. In order to improve the students' engineering practice ability, according to the characteristics of the course, by analyzing the problems existing in the current teaching, this paper explores the curriculum teaching reform of "learning centered, and cultivating students' engineering practice ability as the main line".The article mainly focuses on the four aspects of curriculum content, teaching methods, curriculum construction and evaluation, breaking the original knowledge structure, and running the curriculum through projects. Through the teaching reform,students'interest in learning and participation in the curriculum have been improved, which has played a key role in the cultivation of students' engineering practical application ability, and has a certain role in promoting the gap between what the school has learned and what the society needs.

Practical ability; Teaching reform; Reverse engineering technology;Teading exploration

G420

A

1671-7988(2023)11-202-05

張小雪（1993－），女，碩士，講師，研究方向為機械設計，E-mail:1120898096@qq.com。

山東華宇工學院教育教學改革研究項目“面向工程實踐能力培養的《逆向工程技術》課程教學改革研究”（2021JG12）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.038