基于Pro/E構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)生態(tài)課堂教學(xué)研究

李國(guó)芹+石巖+張鵬程

摘 要 文章針對(duì)高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題，從生態(tài)學(xué)的角度審視課堂教學(xué)，提出了基于Pro/E軟件構(gòu)建生態(tài)課堂的思路，并指出了構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)生態(tài)課堂的具體方法。

關(guān)鍵詞 Pro/E 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 生態(tài)課堂

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.08.039

Study on Ecological Classroom Teaching Basic Mechanical

Design Construction Based on Pro/E

LI Guoqin， SHI Yan， ZHANG Pengcheng

（Hebei Engineering and Technical College， Cangzhou， Hebei 061001）

Abstract In the basis of mechanical design in Higher Vocational College Classroom， aiming at the existing problem of the traditional teaching， examine the classroom teaching from the perspective of ecology， the construction of ecological classroom is proposed based on Pro/E software， and points out the concrete method of constructing basic mechanical design of ecological classroom.

Key words Pro/E; basis of mechanical designing; ecological classroom

0 概述

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是工科院校歷史悠久的傳統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課程，但大多數(shù)學(xué)校教育教學(xué)觀念較落后，部分教師實(shí)踐經(jīng)歷較少，新的教育教學(xué)理念缺乏，與企業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)脫軌，知識(shí)技能得不到更新，與當(dāng)今機(jī)電行業(yè)的飛速發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重脫節(jié);教學(xué)方法以講授為主，形式單一，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低，動(dòng)手能力差，覺(jué)得這門課太難學(xué)了，甚至有部分學(xué)生到課程的后半部分失去學(xué)習(xí)的信心，進(jìn)入得過(guò)且過(guò)的狀態(tài)。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程傳統(tǒng)教學(xué)具體現(xiàn)狀如下：

現(xiàn)在大部分學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)以老師的講授為主，學(xué)生主要作被動(dòng)的傾聽者，老師與學(xué)生在課堂上的地位不平等，課堂的舞臺(tái)基本都被老師占用;課堂教學(xué)的輔助手段陳舊、不靈活，比如在講解各類機(jī)械零件、部件、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理時(shí)，老師主要借助實(shí)物教學(xué)模型或掛圖，加上現(xiàn)在高職高專的學(xué)生基礎(chǔ)差，實(shí)踐少，三維想象力差，識(shí)圖能力低，老師需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，講解零件圖、裝配圖和原理圖，并且很多圖并不能完整地表達(dá)機(jī)械部件、機(jī)構(gòu)的所有結(jié)構(gòu)，給學(xué)生的看圖、理解帶來(lái)很大困難。學(xué)生一旦跟不上，就失去信心，懈怠下來(lái)，教學(xué)效果可想而知;實(shí)物教學(xué)模型存在很多不足，一是上課老師攜帶來(lái)、放回去麻煩，二是一些機(jī)構(gòu)內(nèi)部的很難看到或觀察不清楚，給分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性帶來(lái)困難，三是做不到現(xiàn)場(chǎng)方便的拆裝，因拆裝需要時(shí)間長(zhǎng)，課堂時(shí)間不足用，學(xué)生沒(méi)法看零件結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)連接、組件的裝配組合，老師只是作運(yùn)動(dòng)演示和運(yùn)動(dòng)分析，學(xué)生觀看，聽個(gè)一知半解，打擊了學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，另外在拆裝的過(guò)程中難免損壞零件，零件損壞后影響裝配合使用;四是大多數(shù)學(xué)校很難配齊機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)所涉及到的所有實(shí)物模型，模型不可能做到及時(shí)更新，因成本太大，所有的實(shí)物模型需要管理、存放，也得需要成本，損壞的模型影響使用，過(guò)時(shí)的模型沒(méi)有了使用價(jià)值，造成資源浪費(fèi)。

從目前的課堂教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，很難培養(yǎng)出具有實(shí)踐能力和開拓創(chuàng)新能力的技術(shù)實(shí)用型人才，面對(duì)社會(huì)需求的變化和教育改革的不斷深化，必須從課堂教學(xué)的改革入手，構(gòu)建一個(gè)和諧的“生態(tài)課堂”，以適應(yīng)不斷發(fā)展變化的企業(yè)，使學(xué)生自身建設(shè)提高到一個(gè)新的水平。

1 構(gòu)建“生態(tài)課堂”的理念

在自然生態(tài)系統(tǒng)中，影響生物的分布、形態(tài)和生理等因素叫生態(tài)因素。課堂教學(xué)的“生態(tài)因素”是指影響課堂教學(xué)中“教師的教”和“學(xué)生的學(xué)”的一切事物的總和，它包含了物質(zhì)因素、制度因素、文化因素和心理因素，作為教師需要思考的是如何將這些“生態(tài)因素”綜合、聯(lián)系、平衡成為生態(tài)課堂。①生態(tài)課堂應(yīng)該是生活化的課堂，高度尊重學(xué)生，減少對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)空占領(lǐng)，老師是指導(dǎo)者、啟發(fā)者，學(xué)生是主要的表演者，老師一定要轉(zhuǎn)變自己的行為和教育觀念，時(shí)刻記著與學(xué)生地位平等，想方設(shè)法創(chuàng)設(shè)情境，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論，有想法勇于提出，遇到問(wèn)題主動(dòng)思考、積極發(fā)問(wèn)，勇于探索，提倡培養(yǎng)學(xué)生大膽質(zhì)疑的精神，注重培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同合作的能力，使老師和學(xué)生在一個(gè)平等、和諧、不斷求索的生態(tài)課堂氛圍中積極快樂(lè)地學(xué)習(xí)。創(chuàng)設(shè)好的課堂情境，營(yíng)造生態(tài)課堂氛圍，需要有更新快捷，跟上企業(yè)不斷發(fā)展變化的輔助教學(xué)手段為支撐，筆者提出用Pro/E軟件制作非常容易改變的教學(xué)模型庫(kù)，代替不易更新的實(shí)物教學(xué)模型，為構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的生態(tài)課堂提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

2以Pro/E為支撐構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的生態(tài)課堂

在構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)生態(tài)課堂教學(xué)中，我校選擇Pro/E教學(xué)軟件做支撐。因此軟件操作容易、使用方便，造型、工程出圖以及3D裝配等方面基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)、單一數(shù)據(jù)庫(kù)下的全相關(guān)性，可動(dòng)態(tài)修改性強(qiáng)。筆者在教學(xué)中感到Pro/E非常適用于構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)生態(tài)課堂。

2.1 基于Pro/E構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)生態(tài)課堂的教學(xué)模式

現(xiàn)在大部分學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中依舊是一種單向傳輸結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)形式就是記憶水平的教學(xué)。學(xué)生對(duì)教師的傳授只是簡(jiǎn)單的模仿，完全處于被動(dòng)、受教的地位，缺乏主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。②以Pro/E為支撐的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)，可以從課程學(xué)習(xí)一開始就讓學(xué)生進(jìn)入到一個(gè)生活化的“生態(tài)課堂”。在課堂上，老師采用啟發(fā)、引導(dǎo)式的教學(xué)模式，老師以問(wèn)題為原點(diǎn)推動(dòng)教學(xué)，學(xué)生在興趣的牽引下，關(guān)注教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn);老師采用與學(xué)生互動(dòng)、研討式教學(xué)模式，老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生一起探究問(wèn)題，老師引導(dǎo)學(xué)生積極思考，創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。同時(shí)學(xué)生會(huì)給教師的教學(xué)提供新思路，老師獲得新啟迪，使課堂教學(xué)向更好的方向發(fā)展。

在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的生態(tài)課堂教學(xué)中，讓學(xué)生自己使用Pro/E軟件對(duì)課本上各種機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的三維實(shí)體模型進(jìn)行建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真和性能分析，從感性上理解三維實(shí)體的結(jié)構(gòu)與相對(duì)位置，有效地培養(yǎng)學(xué)生思維、想象、創(chuàng)造、構(gòu)形的能力，同時(shí)讓學(xué)生真正理解、掌握各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)、參數(shù)對(duì)裝配有何影響？對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、各個(gè)構(gòu)件的受力有何影響？當(dāng)同學(xué)仿真機(jī)構(gòu)出現(xiàn)不合理的情況時(shí)，考慮與機(jī)構(gòu)的那個(gè)參數(shù)有關(guān)，還是什么地方結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理？同學(xué)自己思考、自己找原因，從而鍛煉學(xué)生積極思考、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。生態(tài)課堂的教學(xué)模式改變了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂教學(xué)理論化、程序化的模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)起學(xué)生積極性，發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，使學(xué)生真正成為課堂舞臺(tái)上的扮演者。

比如學(xué)習(xí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。老師只介紹明白什么是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)？鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型有哪些？曲柄存在的條件，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)類型與機(jī)架和桿長(zhǎng)的關(guān)系，然后將學(xué)生分成三組，每小組分別自己設(shè)計(jì)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)，利用Pro/E在計(jì)算機(jī)上制作各個(gè)構(gòu)件模型，然后進(jìn)行裝配，仿真分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否合理？假如不合理，分析原因，找解決問(wèn)題的辦法，通過(guò)小組合作方式，最終設(shè)計(jì)出滿意的機(jī)構(gòu)，這樣學(xué)生會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)理解掌握得很透，學(xué)生在這平等和諧的生態(tài)課堂中體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣！

在這樣平等合作、互動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中，專業(yè)知識(shí)掌握深刻，能迅速提高學(xué)生的空間想象能力，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程課堂教學(xué)的改革取得重大突破。更重要的是，這門學(xué)生公認(rèn)很難學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)教學(xué)模式到“生態(tài)課堂”的教學(xué)模式根本轉(zhuǎn)變。

2.2 基于Pro/E構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)生態(tài)的課堂教學(xué)手段

在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的生態(tài)課堂教學(xué)中，讓學(xué)生做課堂的主動(dòng)扮演者，學(xué)生主動(dòng)使用Pro/E軟件親自動(dòng)手制作各種零件模型，真正掌握零件的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。比如齒輪類型較多，傳動(dòng)形式多樣，嚙合原理抽象較難理解，大部分現(xiàn)有的學(xué)校不可能提供所有的齒輪模型，因此這塊內(nèi)容學(xué)生學(xué)起來(lái)十分枯燥，很難真正理解，只是簡(jiǎn)單地套用公式。而以Pro/E為支撐，通過(guò)學(xué)生親手制作各種的齒輪模型，并能方便地改變同類型齒輪的各個(gè)參數(shù)，感性認(rèn)識(shí)到各個(gè)參數(shù)對(duì)齒輪模型影響，齒輪結(jié)構(gòu)搞明白了，很有成就感，可以繼續(xù)使用軟件進(jìn)行各種齒輪間的傳動(dòng)仿真，就這樣激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，很快進(jìn)入主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)變成了一件輕松快樂(lè)的事。對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪輪廓的畫法是學(xué)生的難點(diǎn)，使用Pro/E軟件程序功能，根據(jù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程，創(chuàng)建參數(shù)關(guān)系，生產(chǎn)凸輪的輪廓曲線，建立凸輪三維模型，這一制作過(guò)程讓學(xué)生真正明白了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓之間的聯(lián)系，凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)才能真正學(xué)懂。

在生態(tài)課堂教學(xué)中，教學(xué)手段的改變，使學(xué)生從單純受教者的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)者，自覺(jué)地、積極地、主動(dòng)地參與到課堂活動(dòng)中來(lái)，讓死氣沉沉、枯燥無(wú)味的課堂變成了生機(jī)勃勃的“生態(tài)課堂”。

3 小結(jié)

Pro/E軟件在構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程生態(tài)課堂教學(xué)中，起了重要的支撐作用。經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，此軟件輔助的生態(tài)課堂教學(xué)，又激發(fā)了學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)興趣，不僅讓學(xué)生真正理解和掌握課程內(nèi)容，還使學(xué)生學(xué)會(huì)思考，提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，徹底轉(zhuǎn)變了教學(xué)理念，優(yōu)化了課堂教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)效果，提升了學(xué)生的生命質(zhì)量。

校級(jí)基金資助項(xiàng)目：項(xiàng)目編號(hào)xs1203

注釋

① 羅志定.新課程理念下的生態(tài)課堂.紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.25（11）.

② 唐兆.基于Pro/E搭建制造類專業(yè)軟件教學(xué)平臺(tái)的研究.成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（1）.