应用型本科院校卓越工程师培养计划的Pro/E课程教学方法探索和实践

刘文君

【摘 要】本文在机卓班Pro/E及应用课程教学中以“项目”为核心，代替传统教学中围绕“命令”的进行的学习模式。引入项目驱动法后，大大激发了学生的学习兴趣、增强了学生学习的自信心，不仅使学生专注于Pro/E基本操作的的学习，大大提高了学生对Pro/E这一建模工具使用的灵活度，同时巩固复习了以前学到的专业知识，提高了对多门课程基础知识的综合应用能力。

【关键词】卓越工程师；项目驱动；Pro/E

中图分类号： G642 文献标识码： A 文章编号： 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

随着高校扩招，企业发展升级，高校培养的学生质量与企业需求的员工素质之间的差距始终存在，甚至在扩招的大背景下显得更为突出。目前的大学毕业生在环境适应能力、分析解决专业问题的能力、创新能力、合作意识和团队精神、人际交往能力等在内的综合素质和综合技能[1]等方面都与企业的需求有很大的差距。这也造成了一方面企业需要大批综合素质较高的人才却难以找到理想的人力资源，另一方面高校培养的是大量同质化的、综合素质达不到企业要求的毕业生。以致很多毕业生，尤其是二本、三本院校毕业的毕业生普遍感到找工作难，找到好工作更难。“毕业即失业”成了一部分毕业生面临的现实窘境。

在此背景下教育部于2010年6月启动实施了为期10年（2010-2020 年）的“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）。该计划旨在培养出一大批创新能力强、适应经济社会和企业发展需要的高质量的工程技术人才。尤其在当前以德国提出的“工业4.0”战略、美国提出的“工业互联网”、我国的“中国制造2025”战略为标志的第四次工业革命浪潮来临之时，人才的培养显得尤为重要，“卓越计划”的实施正好也顺应了這一潮流。同时，“卓越计划”也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措[2][3]。

1 传统proe教学中存在的问题及原因分析

Pro/E是应用最普遍的三维建模软件之一，对其操作能力是机械相关专业必须掌握的一类基本技能。传统的Pro/E教学基本是教师按照教学大纲要求，逐个讲解Pro/E各基本模块、基本命令，学生在机房集中对所学命令进行针对性练习。这种教学模式下，学生的学习主要是围绕“命令”进行的，学习积极性不高，造成课堂教学“学不好”，机房上机“练不好”的局面。而且在有限学时内，学习内容比较有限，主要集中在草绘、建模、工程图、装配几个基本模块，而动画、仿真等高级模块往往在课堂上不涉猎。而实际上学习Pro/E的目的是为了利用Pro/E这个工具，进行三维模型的创建、仿真等应用。“命令”不是目标，“应用”才是真正的目标。这种教学模式很大程度上限制了Pro/E这门课程的学习效果，学生学习的主动性没有得到充分的调动。

2 项目驱动法引入到机卓班proe教学

2.1 给学生展示一个已经创建完成的整机模型，使学生树立学习的信心，提高学习的兴趣

针对上述情况，本人在卓越班Pro/E教学过程中，尝试进行了如下一些改革：主要是教学过程中引入了以确定的机械产品为主线的项目驱动的教学方式，教学过程围绕特定“应用”实例进行，使学生学习时带有明确的目的性。由于我们学院地处徐州，与“中国工程机械行业领军型企业——徐工集团”有着长期紧密的联系，在教学中选择了以工程机械的代表产品之一——轮式挖掘机为例（见图1），来进行建模、装配、动画、仿真等基础内容教学。

学生既可以进行Pro/E建模、仿真，又可以方便的到企业参观实际产品的生产制造。在这种虚实结合的教学模式下，学生对Pro/E的学习兴趣被大大的激发了出来，在课上、课下，相当一部分学生都在不断的动脑思考，相互之间进行讨论研究，向老师请教，与老师一起探讨。在这一过程中，可以明显感觉到学生对Pro/E的掌握程度有了很大的提高，这也进一步激发了学生对学习Pro/E的自信心。endprint

2.2 以项目模型驱动的教学过程

由于轮式挖掘机结构比较复杂，组成零件众多，要在有限的教学学时内完成全部建模等工作比较困难。因此，在课内以一部分零件为例进行一般建模过程的示范讲解，同时对涉及到的基本命令进行详解。其余零件均布置在课余时间，由学生分组协作完成；所有零件创建完成后，再利用课堂时间进行部分装配工作，余下的装配工作由学生利用课余时间分组完成；在此基础上，在课堂教学中增加了Pro/E仿真部分的教学尝试，同样由于课堂容量有限，总体仿真工作量大的原因，余下的仿真工作也留到课余时间由学生分组完成。学生在课余练习过程中出现的问题，反馈到课堂后再集中释疑讲解。

这种教学模式下，学生不再处于传统教学模式下完全被灌输、被动接受的状态，学生有了明确的建模、装配和仿真的目标，清楚的知道要达到一个什么样的结果，也就能够通过形体分析，灵活的运用所学Pro/E基础操作知识，顺利完成任务。通过这一过程，学生不仅掌握了Pro/E应用软件的基础操作，还提高了学生的制图能力，提高了学生灵活运用Pro/E这一工具的能力，使学生不再停留在传统教学模式下仅仅满足于掌握Pro/E基础操作的水平。学生的主动性在这一过程中得到了极大的调动，达到了掌握知识、提高能力、增强自信的综合效果。

下图是课堂教学、课下练习过程中创建的挖掘机的工作装置部分。课堂上挑选其中的一个动臂油缸、动臂、动臂连杆、铲斗等几个典型零件，在课堂上边讲边练完成建模。其余组成零件，则由学生课余时间分组完成建模。最后，汇总所有零件进行整体装配。并利用课余时间，带领同学们利用所有组成元件完成挖掘机工作装置动画的创建、以及简单的运动学仿真分析。

在以挖掘机工作装置这一实际应用为抓手的教学过程中，完成了所有大纲规定的建模命令的教学任务，并使学生在Pro/E动画、仿真方面也有所涉猎。而且学生普遍可以熟练的应用Pro/E的绝大多数常用命令，也使学生更加深刻的理解了挖掘机工作装置的工作原理、工作过程。

2.3 项目驱动法激发了学生的钻研精神

学生在课内外的学习过程中，对所学基本操作达到了灵活运用的程度，也对其有了更深刻的理解和体会。在进行仿真装配过程中遇到了问题，但学生并未对此表现出畏难情绪，反而激发了他们的钻研精神，在老师的带领下，学生们以饱满的热情，想方设法的完成了仿真装配。

例如在FS-18装配过程中，大家很容易设定FS-18与FS-15之间的销轴连接，FS-18与GCC-YAX10之间的销轴连接，但是对于FS-18与FS-19间的约束设置就着实费了一番力气。这里FS-19是静止不动的。GCC-YAX10与一个轴件通过销钉连接连在一起，因此，GCC-YAX10是匀速转动的。仿真要求FS-19要始终被限制在FS-18中部的槽（槽的形状见图3）中。学生在此处约束设置时都出现了困难。因为FS-18一端随着GCC-YAX10匀速转动，要保证FS-19始终被限制在FS-18的槽中，就意味着FS-19外圆柱面与槽侧面的接触点是时刻变化的，而槽约束要求零件上某固定的点在指定的曲线上滑动。而这里显然无法找到这样的固定点。而其他约束类型在这里显然也不合适。起初甚至有部分学生认为是不是有可能Pro/E对这种类型的约束无法设置。

后任课教师带领大家一起分析、讨论：首先确认槽约束方式在这里应该是唯一合理的约束类型，关键是找到两个零件上沿着某曲线运动的固定点和曲线轨迹。最后找到了FS-19外圆柱面轴线与FS-18一侧面的交点PNT0（见图3）在整个运动过程中始终是沿FS-18槽对称中心平面和其侧面的交线运动的。因此，在FS-19上设置PNT0点，在FS-18侧面上草绘如图3所示直线。然后设置槽约束，指定PNT0点沿着前述草绘曲线运动即可。

2.4 项目驱动法驱动了学生对相关专业知识的深入思考

在教学过程中还发现，这种教学模式下，学生除了专注于Pro/E的学习外，同时还能用到之前学习过的机械制图、机械原理、机械设计等相关课程的基础知识，既巩固复习了以前学到的知识，同时完成了对多门课程基础知识的综合运用。

例如，学生在建模过程中发现动臂和动臂连杆之间通过一个三铰接的三角板状件连接而成。有些学生就产生了疑问，为什么这里要采用如图4（a）所示这种三铰接的三角板状件连接，而不采用更为简便的图（b）所示方案，将1、2、3三个连杆都连在一个铰链处铰接。

学生们经过仔细思考、讨论后明白到：图a所示方案就是3个普通铰链连接，是3个低副；而图b所示方案属于复合铰链连接，算做2个低副。而两种不同方案会导致整个机构相差了2个自由度，从而导致整个机构的运动规律发生了很大的变化。通过这一问题的发现和解决，加深了同学们对机械原理课程中的连杆机构设计及连杆机构自由度计算部分内容的理解。

3 教学效果评估

为了验证项目驱动模式下Pro/E课程的教学效果，在教学过程中和教学过程完成后都进行了跟踪调查和检验。调查和检验工作分别选取了项目驱动模式下的机卓班和传统教学模式下的机械设计制造及其自动化统招班（以下简称统招班）的各30名学生作为对比研究的样本，为了增强可对比性，在统招班挑选的是基础知识比较扎实，学习态度比较认真的部分学生。

具体来说，主要完成了以下几方面的工作：

3.1 学习兴趣跟踪调查

从第一周开课到第12周课程结束，每周五一次，分别对两个样本班级进行有关对Pro/E课程学习兴趣度的跟踪调查，调查的结果如图5、图6所示：

从调查结果可以看到，在学习兴趣方面，两个班初始的状态比较接近，甚至在最初时统招班甚至略优于机卓班，但在学习进程中，机卓班学生是学习兴趣逐步得到了提升，而统招班却相反，学习兴趣总体处于不断下降的状态。

3.2 学习效果的自我評价跟踪调查endprint

从第一周开课到第12周课程结束，每周五一次，分别对两个样本班级进行有关对Pro/E课程学习效果的自我评价的跟踪调查，调查的结果如图7、图8所示：

图7 机卓班学习效果自我评价调查结果

图8 统招班学习效果自我评价调查结果

从调查结果来看，学习效果自我评价方面，两个班初始的状态仍比较接近，在最初时机卓班状态略优于统招班，但在学习进程中，机卓班学生的学习效果自我评价整体在不断上升，而统招班却相反，对学习效果的自我评价总体处于不断下降的状态。

3.3 学习效果的客观检验及评价

3.3.1 测试条件：在课程结束后，为了对学习效果进行全面细致的客观评价，分别对两个样本班级进行了测试检验。测试分别采用以下两种方式各自进行了一次测试：

①不限制操作方式完成一组难度较大的模型的从建模、装配和工程图创建的完整过程，标准的完成时间为100分钟；

②限制采用特定数量的建模方式完成另一套难度相当的模型的从建模、装配和工程图创建的完整过程，标准的完成时间为100分钟。

3.3.2 测试结果：

①完成速度：项目驱动教学模式下的机卓班学生平均完成时间比标准时间快9.67%，最短完成时间比标准时间快24%，最短完成时间比标准时间慢32%；而传统教学模式下的统招班到最后有4名同学放弃，平均完成时间比标准时间慢67.12%，最短完成时间比标准时间快%2，最长完成时间比标准时间慢86%。

机卓班平均完成速度比统招班要快85%，最短完成时间快29%，最长完成时间（剔除放弃的学生）快41%。

所以不论从平均用时，还是最短完成时间、最长完成时间来看，机卓班的完成速度均远较统招班快。

②完成质量：机卓班建模结果30名同学均达到题目预定的质量；统招班最终完成的24名同学中，有18名同学达到题目预定的质量，另外6名同学有1-5处不等的瑕疵。

所以从完成质量方面来看，机卓班的完成质量也远较统招班更好。

表1 两组学生的完成时间及质量统计

③结果分析：机卓班学生整体均具有较强的自信心，有克服难题的勇气，因而即使有部分未能在标准时间内完成的学生也不轻言放弃，依然坚持到最后完成任务；而统招班学生开始时自信心也是很足的，但一看到规模较为复杂，就有部分学生产生了畏难情绪，并且是越到后面有畏难情绪的学生越多，畏难情绪也越严重，以致到179分时就有1名学生放弃，186分后3名学生放弃。

4 结论

综上，通过在机卓班Pro/E及应用课程教学中引入项目驱动方法教学，使学生在学习软件过程中围绕“项目”学习，代替传统教学中围绕“命令”的学习。通过项目驱动法和传统教学法的对比，得出了以下几个结论：

1）在项目驱动模式下，学生对Pro/E这一建模工具使用的灵活度得到极大提高，同时复习巩固了以前学到的相关知识，提高了对多门课程基础知识的综合应用能力。

2）两个班开始时的学习兴趣、对学习效果的自我评价几方面均比较接近，最初时统招班学习兴趣状态略优于机卓班，在自信心和对学习效果的自我评价方面机卓班略优于统招班，但在学习过程中，机卓班在上述几方面始终处于整体上升的状态下，而统招班则各方面总体均处于不断下降的状态。

3）通过实际上机对Pro/E软件的掌握的客观效果进行检验，结果表明：项目驱动法下的机卓班的掌握情况远好于传統教学模式下的统招班，这也证实了上述虚实结合的项目驱动教学法的教学效果确实比较理想。

4）学生对学习效果的自我评价与检验结果非常相符，说明学生对自我学习效果的平均是非常客观真实的。

【参考文献】

[1]付永钢.大学毕业生综合素质及综合能力与企业要求之差距[J].未来与发展，2010（10）：70-74

[2]张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59

[3]丁毓峰.基于创新计划体系的机械工程卓越工程师的培养方法[J].教育教学论坛_2012（34）：34-36endprint