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?!爱厴I(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(jiǎn)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(guó)提出的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略、美國(guó)提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、我國(guó)的“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命浪潮來(lái)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(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)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(guó)工程機(jī)械行業(yè)領(lǐng)軍型企業(yè)——徐工集團(tuán)”有著長(zhǎng)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(lái)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(lái),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(jiǎn)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(wú)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(wú)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(jiǎn)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(jiǎn)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(lái)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(lái)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(cè)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(cè)試檢驗(yàn)。測(cè)試分別采用以下兩種方式各自進(jìn)行了一次測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)完成時(shí)間來(lái)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(lái)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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