基于Pro／E軟件構(gòu)建平面四桿機構(gòu)項目教學(xué)的生態(tài)課堂

李國芹，石 巖，任紅霞

（1.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校 電力工程系，河北省滄州市浮陽南大道6號 061001；2.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校 基礎(chǔ)部，河北省滄州市浮陽南大道6號 061001）

隨著時代的發(fā)展和教育改革的深入，傳統(tǒng)的“教師為中心、課本為中心”的教學(xué)模式，教師單一傳授，學(xué)生被動受教的教學(xué)模式已成為影響素質(zhì)教育在課堂中推進的一個阻礙，影響課堂教學(xué)效果。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中以教師講授為主，教師是課堂的壟斷者、表演者、灌輸者，學(xué)生在講臺下主要聽教師傳授知識、做筆記。這種被動的學(xué)習方式致使大多數(shù)學(xué)生逐漸養(yǎng)成一種不愛問、不想問“為什么”，也不知道要問“為什么”的麻木習慣，從而束縛了學(xué)生的思維發(fā)展［1］。這就無法引起學(xué)生對知識的深入思考，理解不透就簡單的機械記憶，學(xué)生完全處于被動、接受的地位，缺乏主觀能動性和創(chuàng)造性。由于缺乏參與、互動，學(xué)生學(xué)起來枯燥、乏味，造成課堂教學(xué)吸引不住學(xué)生的注意力，學(xué)生以旁觀者角色進入課堂，導(dǎo)致學(xué)生對課程厭學(xué)，甚至放棄學(xué)。因此單向傳輸知識的傳統(tǒng)教學(xué)模式弊端必須予以擯棄?；赑ro／E軟件的應(yīng)用創(chuàng)建靈活的機械設(shè)計基礎(chǔ)課生態(tài)課堂教學(xué)模式，可充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)效果。

1 生態(tài)課堂教學(xué)

所謂生態(tài)教育就是指按照生態(tài)學(xué)的觀點系統(tǒng)思考教育問題，在優(yōu)化的教育外部生態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)教育內(nèi)涵的科學(xué)、全面、協(xié)調(diào)發(fā)展和不斷創(chuàng)新，從而為師生的生存與合理發(fā)展尋找最合適的道路，最終實現(xiàn)人的全面發(fā)展、個性發(fā)展、終身發(fā)展。具體到課堂教學(xué)中，就是尊重學(xué)生的主體地位，建構(gòu)“生態(tài)課堂”教學(xué)模式。生態(tài)課堂是完全以學(xué)生發(fā)展為本，通過更優(yōu)的現(xiàn)代課堂教學(xué)設(shè)計和高效的課堂教學(xué)活動，使每個學(xué)生的各種潛能都能得到有效的開發(fā)，每個學(xué)生都能獲得最有效的發(fā)展，實現(xiàn)教學(xué)與學(xué)生發(fā)展的真正統(tǒng)一的課堂。教學(xué)要“創(chuàng)設(shè)能引導(dǎo)學(xué)生主動參與的教育環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性，培養(yǎng)學(xué)生掌握和運用知識的態(tài)度和能力，使每個學(xué)生都能得到充分的發(fā)展”，教師不再是刻板的執(zhí)行教學(xué)計劃，學(xué)生被動接受知識的活動，而是以學(xué)生為本的生態(tài)模式，提倡學(xué)生自主、合作的學(xué)習方式，崇尚探究性學(xué)習和探索性學(xué)習，可以讓學(xué)生進入到一個生活化的“生態(tài)課堂”，促使學(xué)生的主體意識、能動性和創(chuàng)造性不斷得到發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知的能力、分析解決問題的能力，以及交流合作的能力，使學(xué)生的知識與技能、過程與方法、情感、態(tài)度與價值觀這三個維度的目標得到整體發(fā)展，對培養(yǎng)未來需要的創(chuàng)新人才具有現(xiàn)實意義和理論意義。

2 基于Pro／E 構(gòu)建生態(tài)性的課堂教學(xué)模式

生態(tài)性的課堂教學(xué)模式，把學(xué)生作為教育本體，充分依靠學(xué)生，教師的角色從全權(quán)代理的灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計者和促進者;學(xué)生由被動的教學(xué)信息接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€具有創(chuàng)造性的學(xué)習者。課堂中教師的語言方面應(yīng)該加以適當?shù)臏p少，課堂上教師只是扮演個指導(dǎo)者，學(xué)生是演員，教師要精心設(shè)計的教學(xué)，教師只是用適當?shù)?、精練簡潔語言加以引導(dǎo)和點播，激發(fā)學(xué)生的課堂參與度。比如講平面四桿機構(gòu)時，教師將平面四桿機構(gòu)各個基本類型的運動仿真播放給學(xué)生，如圖1所示。

圖1 平面四桿機構(gòu)

教師引導(dǎo)學(xué)生從各構(gòu)件連接方式、各構(gòu)件的運動形式去觀察分析，得出平面四桿機構(gòu)的特點及其基本形式有哪些，再告訴學(xué)生那個構(gòu)件為輸入的主動件，那個為輸出的從動件，讓學(xué)生觀察速度快慢變化，并思考這些機構(gòu)在哪里應(yīng)用。經(jīng)學(xué)生思考討論后，將Pro/E軟件測量的構(gòu)件運動速度圖演示出來，印證學(xué)生回答的是否正確。比如雙曲柄機構(gòu)，主動曲柄與從動曲柄的速度圖如圖2所示。

圖2 主動曲柄與從動曲柄的速度圖

其他內(nèi)容也是一樣，教師設(shè)置情境，整堂課中在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生作為一個活生生的力量參與課堂活動，通過教師提問引導(dǎo)、學(xué)生提出問題，師生間以及生生間的合作與交流互動，啟發(fā)學(xué)生積極思考問題，鼓勵學(xué)生自由地發(fā)表意見、開展討論，自由地質(zhì)疑和求索，在平等的課堂氣氛中，在師生、生生雙方共同的合作中，使學(xué)生都學(xué)懂知識和掌握方法，提高學(xué)生分析問題，解決問題能力。培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性。

3 基于Pro/E應(yīng)用的生態(tài)性課堂教學(xué)方法和手段

上課前由于學(xué)生剛接觸機械專業(yè)知識，實踐幾乎為零，對實際使用中的一些機構(gòu)都很陌生，對機械設(shè)備了解又很少，這造成學(xué)生對常用機構(gòu)缺乏感性認識，再加上學(xué)生空間想象能力不足，看到二維的圖樣學(xué)生無法想象出各種機構(gòu)的具體運行方式，似懂非懂，遇到具體問題不會分析，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是采用掛圖與教學(xué)模型，掛圖易損，圖上機構(gòu)模型不能動，難以表達運動的直觀性，主要還是通過老師描述，但對于教學(xué)模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，給上課時攜帶帶來諸多不便，使用時間一長不免要損壞，而且教材的變化較大，模型往往與教材相脫節(jié)，教師不能根據(jù)實際情況靈活選用教具，雖現(xiàn)在多數(shù)使用了PPT，可展示一些圖片，但圖片是靜態(tài)的［2］，缺乏真實運動的直觀性，雖然可進行某個過程單一畫面演示，但不能隨意進行反轉(zhuǎn)、拆卸，使學(xué)生觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，更不能充分展示動態(tài)變化過程，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生對一些知識只是簡單的記憶，沒有真正理解，再加上?？圃盒５膶W(xué)生基礎(chǔ)相對較差，上課時學(xué)生對部分較難的內(nèi)容不能很好理解，難以掌握，因而學(xué)生的學(xué)習積極性受到挫傷，有的甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒，因此改變教學(xué)方式，突出學(xué)生的主體地位，倡導(dǎo)自主、合作、探究的學(xué)習方式，對培養(yǎng)未來需要的創(chuàng)新人才具有現(xiàn)實意義和理論意義。

基于Pro/E軟件的教學(xué)方法，是采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)方式，發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，在機械設(shè)計課堂教學(xué)中加入了虛擬的機構(gòu)動畫，對于剛剛接觸工程實踐的學(xué)生來說，可大大增強對各種常用機構(gòu)的感性認識，針對平面四桿機構(gòu)這章，我們用Pro/E軟件把常用典型機構(gòu)的各種構(gòu)件進行建模造型設(shè)計，生成構(gòu)件庫，在教學(xué)過程中可隨時調(diào)用，組裝成不同的機構(gòu)。教師在Pro/E環(huán)境中可以隨意裝拆、放大，同時可根據(jù)實際情況隨意旋轉(zhuǎn)、改變對模型的觀察方向，可以直觀地演示整個機構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)、各構(gòu)件之間的連接關(guān)系，以雙曲柄機構(gòu)為例如圖3展示［3］。

圖3 雙曲柄機構(gòu)

零件的真實感完全與現(xiàn)實中的零件一樣，使教學(xué)中的各知識點更加清晰、生動、形象，讓學(xué)生從真正意義上來認識機構(gòu)，對各種機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及組成的真正理解;Pro/E軟件能進行機構(gòu)仿真，可以把各種復(fù)雜的機構(gòu)通過形象、生動、逼真的動畫演示以三維的形式直觀地展示給學(xué)生，克服了采用PPT教學(xué)中平面圖形直觀性的不足，從而使學(xué)生建立起良好的感性認識;其次，Pro/E是美國參數(shù)技術(shù)公司的主打產(chǎn)品，其設(shè)計過程可以實現(xiàn)真正的相關(guān)性，任何修改都會自動反映到所有的相關(guān)對象，利用模型仿真不僅可以驗證所設(shè)計的機構(gòu)是否滿足要求，同時還可以改變相應(yīng)的參數(shù)、或以不同的構(gòu)件為機架或調(diào)用不同長度的連桿進行裝配，讓學(xué)生參與設(shè)計并對設(shè)計結(jié)果進行現(xiàn)場演示加以驗證，改變了以往單純的教學(xué)方式，在課堂上真正實現(xiàn)教學(xué)的互動，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣又加深了印象。

4 結(jié)論

課程的課堂教學(xué)中，借助于Pro/E軟件改變傳統(tǒng)的“教師為中心、課本為中心”的教學(xué)模式，教師單一傳授，學(xué)生被動受教的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習，學(xué)生的學(xué)習以體驗、感悟作為學(xué)習的基礎(chǔ)，通過師生之間、生生之間的相互合作逐漸完成。學(xué)生作為一個活生生的力量，帶著自己的知識、經(jīng)驗、思考、靈感參與課堂活動，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，啟發(fā)學(xué)生積極思考問題，鼓勵學(xué)生自己看書，自己動手做實驗，自由地發(fā)表意見、開展討論，自由地質(zhì)疑和求索，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性。

課程的課堂教學(xué)中，借助于Pro/E這樣一個平臺，使用啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)方式，通過機構(gòu)虛擬裝配、拆卸和運動仿真演示，隨意旋轉(zhuǎn)模型、改變對模型的觀察方向等教學(xué)方法，提高了教學(xué)的直觀性，通過學(xué)生主動參與、積極思考、大膽提問、開展討論探究學(xué)習等教學(xué)手段，讓死氣沉沉、枯燥無味的課堂變成了生機勃勃的“生態(tài)課堂”。激發(fā)學(xué)生的觀察力和想象力，提高學(xué)習的趣味性。提高學(xué)生對很多課程內(nèi)容的理解和掌握，鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力，實現(xiàn)教師、知識、學(xué)生的多元、多向、多層次的課堂生態(tài)系統(tǒng)的開放與互動，從而極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習專業(yè)課的積極性和創(chuàng)造性，徹底改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，優(yōu)化了課堂教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)效果。

［1］ 王 雪.Pro/E課程“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式探討［J］.課程教育研究，2014(11):290-291.

［2］ 孟婷婷.Pro/E軟件在高職高專機械制圖課程中的應(yīng)用［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2011(23):38-39.

［3］ 葛正浩，楊芙蓮.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0機構(gòu)運動仿真與運動分析［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.