基于PRO/E计算机辅助设计课程改革的研究

闫航瑞 祁 锋 刘丽明 李孝元

武汉工程科技学院 湖北武汉 430200

1 课程介绍

目前，处于转型中的独立院校和民办普通本科院校致力于学术型兼具技术应用型人才的培养。在教育改革和应对社会需求方面，院校教育强调教学模式和方式、方法的改革，同时也需要从学生学习方法的角度进行改革，尤其是实践性比较强的机械工程类教育，课程改革的研究是十分重要的。

1.1 课程性质与作用

PRO/E计算机辅助设计是工科高等学校机械类专业的专业通用能力课，旨在使学生掌握PRO/ENGINEER软件的草图绘制、零件基本造型设计方法(如拉伸、旋转、混合特征生成等)、曲面造型方法、装配设计、工程图的设计、机构运动仿真、计算机辅助数控加工等内容。

PRO/E计算机辅助设计与普通高等院校的相关教学环节密不可分，令前期开设的机械制图、AutoCAD计算机辅助制图、理论力学、材料力学、互换性与技术测量、工程材料与成型技术、机械原理等课程得到相应的应用实践，是学习机械设计、课程设计、毕业设计、数控实习、模具设计、工程训练、创新训练等专业课的前置课程，是掌握三维CAD基本操作技能的一门课程。

1.2 专业培养目标

本课程以培养创新应用型人才为目标，以实际应用为原则，借鉴我国各地高校应用型人才培养经验，紧扣机械制造企业的需要，培养学生通过PRO/ENGINEER软件具备零件设计、装配设计、机构运动仿真和工程制图、数控、模具等的设计能力，它在培养高级工程技术人才的全局中，具有增强学生对机械技术工作的适应能力和创新能力的作用。

2 课程改革设计思路

PRO/E计算机辅助设计课程围绕PRO/ENGINEER软件开展，同时依赖前置课程机械制图。课程改革设计思路拟采用案例示范教学和任务化实时练习，以实物模型、虚拟模型为项目对象进行项目式教学，将项目完成情况作为阶段性和总结性测试评价依据。鼓励学生参加CAD(三维计算机辅助设计)大赛和机械创新设计大赛进行实践(如图1所示)。

图1 课程改革设计思路

2.1 案例示范教学

PRO/E计算机辅助设计的建模过程中用到的特征主要有基准特征、基础特征、工程特征、构造特征、高级特征等，虽然同一零件设计可使用不同特征工具进行建模，但是建模的过程、结果有很大不同，所以学生对于每个特征工具的特点的灵活使用对于三维设计是非常重要的。教师需要针对PRO/E计算机辅助设计教学重点和关键点进行案例示范讲解，案例应当具有示范性，涵盖课程知识点，突出特征工具使用的优劣。

2.2 任务化实时练习

教师需要针对每堂课的教学重点、关键点和难点精选相应的练习题，根据教学要求制订任务。精选练习题，可以大幅减轻练习强度，又可以使学生领会相应的学习要点。在任务完成中，使学生两两辅助交流完成，培养学生的自主学习能力和沟通合作能力。

2.3 阶段性或总结性项目式教学

每一个教学阶段或总体课程完成以后，以项目的形式交给学生，学生在教师的有限指导和适当的示范下，以项目小组的方式，通过集体研讨、协作学习、共同制订设计方法、设计步骤、设计技巧，分工或共同完成三维建模的各个环节，最后完成三维建模项目。

项目教学法就是组织学生协同合作地分析、选择和设计的全过程，通过体验项目实施过程完成教学任务。根据项目完成的结果评价教学效果，并作为课程讲授侧重不断修正的依据。

图2 项目式教学情境

2.4 拓展实践

学校针对机械工程类学生每年举办CAD大赛，鼓励并发展学生积极参加CAD(三维计算机辅助设计)大赛，通过大赛奖励设计能力强的学生。积极发展兴趣小组参加国家机械创新设计大赛，为大赛设计三维零件、组件，进行工程图的设计等。

3 课程改革实施方案

3.1 构建教师课程组

合理布置课程组成员，应当涵盖具有高级职称的教师，执行能力强的中级职称教师和初级教师，选拔课程主讲教师。主讲教师应当具有PRO/E计算机辅助设计课程教学的多年经验，能够合理进行课程改革的执行，同时需要主讲教师在教授中注意身份的转变，不是单纯的教授者，还应当是教学的指引者和项目式学习中的组织者、观察者、评价者，将教授过程从单纯的单向讲解变成师生间的双向交流过程。

图3 教师身份的转变

3.2 构建学生学习小组

课程改革还包括另一非常重要的方面，就是学生的学习方法改革。应当鼓励学生以自愿协作为原则自行组建学习小组；根据课程内容和班级规模限定小组人数；明确小组成员身份，便于进行组员的工作任务分配；布置和说明每个任务点的考核标准和考核重点。

3.3 克服实施难点

3.3.1 提高教师能力

教师必须统筹每次课程的任务和重点，确定课程教学方式，合理布置任务，要具备项目规划、管理和评价等方面的知识和能力，并需要具备熟练的软件操作经验。

3.3.2 合理把握教学进度

需要把握好教学过程控制，控制好案例教学、任务教学和阶段性项目式教学各个环节的设置和进度，保证课程的正常推进，合理安排时间，管理好课堂纪律。

3.3.3 合理控制授课成本

小组成员应当在8人以下，同时授课小组数量不宜超过6组，否则小组活动效果会降低。

3.3.4 规范评价操作

由于评价内容比较多，需要通过观察取证的也比较多，量化指标难以确定。

3.4 设计实施基本流程

结合应用技术类型院校的特点，本改革的项目模型采用机械制图、AutoCAD课程中的拆装、测量模型，例如减速器、联轴器和各类阀体等作为基于PRO/E软件的三维计算机辅助设计的项目模型(如图4所示)，既能加强与前期课程的关联，又有利于新课程的导入，同时对于三维软件的机构运动仿真教学具有直观性。为了增加学生的练习和测试模型数量，同时为学生提供了大量的图纸和虚拟动态模型(如图5所示)。结合课题特点和模型支撑基础，设计课程改革实施基本流程如图6所示。

图4 实物模型

图5 虚拟模型

图6 课程改革实施基本流程

3.5 设置考核测评

根据本课程培养创新应用型人才的目标和课程教学要点，现设置考核测评内容，包括基本素质、团队(小组)、个人三方面的评定内容/依据以及评定配分标准，用于学生学习效果的评定和教学结果的评价。

表1 考核测评设置情况

4 课程改革验证

为了验证PRO/E计算机辅助设计课程改革针对我院校当前应用技术类型的定位的改善效果是否具有普遍适用性，针对课程改革使用前后学生完成三维计算机建模的情况，随机抽取50份2013级(课程改革方案使用前)、2014级(课程改革使用后)学生的三维计算机辅助模型，针对学生在项目模型测量、设计思路、零件建模、组件建模、运动仿真、工程图设计、工作态度与团队合作情况等方面的统计(见表2)。结果显示，课程改革后教学效果改善了，本课程改革对于应用技术类型院校基于PRO/E计算机辅助设计教学具有普遍适用性，能进一步提高课程学习效果。

表2 PRO/E计算机辅助设计建模评分情况统计表

表2(续)

5 结语

对于应用技术类型院校，PRO/E计算机辅助设计是培养机械专业学生技术应用和创新能力的一门课程。通过对课程性质、作用及培养目标的分析，提出了案例示范教学和任务化实时练习的课程模式，以实物模型、虚拟模型为项目对象进行项目式教学的改革方案。根据课程特点，制订了课程改革实施方案和考核测评标准，并进行了阶段性和总结性测试评价。通过课程改革方案使用前、后两届学生的三维计算机辅助设计情况，验证了本次课程改革，提高了学生的学习积极性，在一定程度上培养了学生的团队合作能力和创新能力，是应用技术型实践教学的一次成功尝试。

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