周渝慶

基于項(xiàng)目式教學(xué)的“逆向工程技術(shù)”課程教學(xué)探索*

周渝慶

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，重慶401120）

在“逆向工程技術(shù)”課程中，選取企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目為教學(xué)內(nèi)容，并實(shí)施了項(xiàng)目式教學(xué)法.提出了在項(xiàng)目式教學(xué)過程中需要注意的問題，并采用對學(xué)習(xí)者制作的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評價、教師的觀察清單和問答清單等方式對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行鑒定.教學(xué)實(shí)踐表明，所采用的教學(xué)方法能讓學(xué)習(xí)者很好地掌握逆向工程技術(shù)的知識與技能，提高了學(xué)習(xí)積極性與主動性；學(xué)習(xí)成果的鑒定方法比期末一次性考試更加客觀.研究為高職的CAD類課程提供了一套切實(shí)可行的教學(xué)方法.

項(xiàng)目式教學(xué)法；逆向工程技術(shù)；職業(yè)教育；學(xué)習(xí)鑒定

在產(chǎn)品的開發(fā)和制造過程中，由于各種原因，設(shè)計(jì)師和制造者不能得到產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型，面對的是實(shí)物樣件.為了應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)，需要通過一定途徑和手段將實(shí)物樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型，并進(jìn)一步應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析、再設(shè)計(jì)、制造，進(jìn)而開發(fā)出符合要求的先進(jìn)產(chǎn)品［1］.與正向設(shè)計(jì)相比，應(yīng)用逆向工程技術(shù)能大大降低制造周期，并節(jié)約成本.逆向工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、模具、玩具、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)品的設(shè)計(jì)［2］.逆向工程過程如圖1所示.

圖1 逆向工程流程圖

目前，一些高職院校已經(jīng)認(rèn)識到逆向工程技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)和制造中的重要性，在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)開設(shè)了“逆向工程技術(shù)”課程.讓學(xué)生學(xué)習(xí)和了解逆向工程的理論和基本過程，掌握一些常用的逆向設(shè)備和軟件操作方法，提高解決問題的能力，掌握一門實(shí)用技術(shù)，拓寬就業(yè)渠道和對未來工作的適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展［3］.

基于工作過程的項(xiàng)目式教學(xué)法，是結(jié)合高職院校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，按照工作過程設(shè)置學(xué)習(xí)項(xiàng)目，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主尋求解決問題的方法為主，通過師生共同努力完成的教學(xué)活動.基于工作過程的項(xiàng)目式教學(xué)法與傳統(tǒng)的教學(xué)方法不同，不以老師講授、學(xué)生被動接受的方式為主進(jìn)行教學(xué)，它將教學(xué)過程與具體的工作項(xiàng)目充分融合，圍繞具體的、來自企業(yè)的項(xiàng)目組織教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容的知識體系與能力體系深度融合［4］.采用企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目來組織教學(xué)，不僅能讓學(xué)生參與到實(shí)踐項(xiàng)目中來，與實(shí)際職業(yè)崗位工作結(jié)合更緊密，極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；而且能通過項(xiàng)目的實(shí)施，使學(xué)生養(yǎng)成主動思考、主動尋求解決問題方法的好習(xí)慣，并培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.

本文針對“逆向工程技術(shù)”課程，在教學(xué)改革中實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)法，并采用對學(xué)習(xí)者制作的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評價、觀察清單、問答清單等方式對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行鑒定.

1 項(xiàng)目式教學(xué)法在“逆向工程技術(shù)”課程中的實(shí)踐

1.1項(xiàng)目式教學(xué)法的項(xiàng)目選取

在項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐中，我校主要是通過校企合作，利用企業(yè)豐富的項(xiàng)目、技術(shù)資料和技術(shù)人才來實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)立.在制定課程標(biāo)準(zhǔn)時，結(jié)合專業(yè)的培養(yǎng)方向?qū)虒W(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，確定了基于工作過程的項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容.教學(xué)內(nèi)容選取具有典型性、全面性、由簡單到復(fù)雜的項(xiàng)目，如簡單的汽車零部件、汽車覆蓋件和車身的逆向工程項(xiàng)目.每個項(xiàng)目都包括：逆向工程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和模型重建三個階段.

1.1.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集，是指通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如三坐標(biāo)測量機(jī)、拍照式三維掃描儀等）和采集方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)化成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)（稱為點(diǎn)云），在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行曲面的模型重建、精度和曲面質(zhì)量評價、改進(jìn)和再制造.因而，高效、高精度地實(shí)現(xiàn)實(shí)物樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步驟.逆向工程中物體表面數(shù)據(jù)采集方法包括接觸式和非接觸式兩大類.接觸式包括三坐標(biāo)測量機(jī)和關(guān)節(jié)臂測量機(jī)；而非接觸式主要有基于光學(xué)的三角法、激光測距法、結(jié)構(gòu)光法、圖像分析法以及基于聲波、磁學(xué)的方法等，如使用激光掃描儀、拍照式三維掃描儀等［5］.

1.1.2 數(shù)據(jù)處理

由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備、各種人為或隨機(jī)因素以及環(huán)境因素的影響，數(shù)據(jù)采集過程中不可避免地會引入一些模型重建不需要的點(diǎn)，稱為噪聲點(diǎn).點(diǎn)云的預(yù)處理包括去除噪聲點(diǎn)、數(shù)據(jù)精簡和提取數(shù)據(jù)的特征信息.目前采用的方法主要有傅里葉變換方法、非線性的中值濾波和高斯濾波等方法［6］.數(shù)據(jù)精簡能夠減少數(shù)據(jù)總量，提高計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度，但數(shù)據(jù)精簡過多又會影響模型重建的精度和細(xì)節(jié)特征的重建，所以通常在保證一定精度和特征的前提下減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)量.

1.1.3 模型重建

產(chǎn)品的逆向工程模型重建包含實(shí)物樣件點(diǎn)云的網(wǎng)格化、特征提取、數(shù)據(jù)分塊和曲面生成等［7］.模型重建是整個逆向過程中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一環(huán)，也為后續(xù)的計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等應(yīng)用提供CAD模型支持.其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、測量和數(shù)控加工等眾多交叉學(xué)科和工程領(lǐng)域.當(dāng)前使用的逆向工程模型重建軟件主要有Imageware、Geomagic、CopyCAD等專用逆向工程軟件和CATIA、UG、Pro＼E等通用三維軟件［8］.根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方向和企業(yè)的需要，我校針對目前企業(yè)使用得最廣的Imageware、CATIA軟件進(jìn)行教學(xué).

1.2項(xiàng)目式教學(xué)法的實(shí)施過程

在“逆向工程技術(shù)”課程的教學(xué)中，將教學(xué)內(nèi)容包含于簡單的汽車零部件、復(fù)雜的覆蓋件和車身等項(xiàng)目中，通過項(xiàng)目的實(shí)施學(xué)習(xí)知識，培養(yǎng)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集設(shè)備和軟件操作技能，使學(xué)生真正做到在做中學(xué)，學(xué)中做，提高實(shí)踐能力和解決項(xiàng)目實(shí)施中的問題的能力.實(shí)施步驟如下：（1）學(xué)生自主查找項(xiàng)目相關(guān)的資料并分析工作項(xiàng)目，熟悉工作項(xiàng)目的基本要求，找到完成工作項(xiàng)目所需的知識點(diǎn).（2）教師結(jié)合工作項(xiàng)目講解相關(guān)知識點(diǎn)和能力點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)聘請企業(yè)的技術(shù)人員講解實(shí)施項(xiàng)目的方法.（3）學(xué)生在教師的指導(dǎo)下制定項(xiàng)目實(shí)施方案，形成書面記錄，并完成項(xiàng)目實(shí)施的工作分工.（4）學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施方案實(shí)施項(xiàng)目，獨(dú)立完成自己的工作任務(wù).在任務(wù)驅(qū)動下，采取“做學(xué)合一”的方式在實(shí)訓(xùn)室利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備、計(jì)算機(jī)、逆向工程軟件等教學(xué)資源，按照項(xiàng)目式教學(xué)方法的要求，在教師的指導(dǎo)下查閱技術(shù)資料、進(jìn)行模型重建，直至完成項(xiàng)目為止.

2 學(xué)習(xí)成績鑒定和教學(xué)效果

2.1學(xué)習(xí)成績鑒定

學(xué)習(xí)成績鑒定包括形成性鑒定和終結(jié)性鑒定.形成性鑒定注意學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，同時，便于教師修改教學(xué)方案；終結(jié)性鑒定對學(xué)生的總結(jié)性評價，判定學(xué)生是否滿足該項(xiàng)目要求的技能.鑒定方法包括評價學(xué)生做出的產(chǎn)品、觀察、問答等方法.鑒定工具包括能力標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行清單、鑒定說明書（操作說明書、鑒定單、評分標(biāo)準(zhǔn)）、學(xué)生鑒定的說明書（鑒定單、鑒定說明）.項(xiàng)目包含的內(nèi)容清單、觀察清單，書面回答問題，具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的答案及評分標(biāo)準(zhǔn).

通過觀察學(xué)習(xí)過程和收集學(xué)習(xí)者做出的產(chǎn)品，并采用問答方式對學(xué)習(xí)者進(jìn)行考核.按照50%的形成性鑒定和50%終結(jié)性鑒定對學(xué)習(xí)者進(jìn)行綜合評價.教學(xué)實(shí)踐表明，這種方法更加客觀地評價了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主動性和積極性.

2.2教學(xué)效果評價

在采用項(xiàng)目式教學(xué)方法前，學(xué)生普遍認(rèn)為“逆向工程技術(shù)”課程不好理解，與實(shí)際工作結(jié)合不緊密，不知在企業(yè)有什么用處，缺乏學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果不理想.在項(xiàng)目式教學(xué)法中，教師充當(dāng)顧問、協(xié)調(diào)者和客戶等多重角色，通過行為方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生自主完成工作項(xiàng)目，幫助學(xué)生按確定的計(jì)劃完成任務(wù)，從而達(dá)到課程的學(xué)習(xí)要求；同時，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要有獨(dú)立思考、獨(dú)立尋求解決問題方法的機(jī)會，能在一定的時間范圍內(nèi)自行組織、安排他們的學(xué)習(xí)時間.學(xué)生要自行處理工作項(xiàng)目中的困難和問題，并清晰地知道自己在學(xué)什么，對將來的就業(yè)和可持續(xù)發(fā)展有什么用處，學(xué)習(xí)興趣明顯提高，取得了良好的教學(xué)效果.

3 項(xiàng)目式教學(xué)法在“逆向工程技術(shù)”課程實(shí)施中的關(guān)鍵問題

3.1教學(xué)方式和要求的轉(zhuǎn)變

在傳統(tǒng)的教師講授、學(xué)生被動學(xué)習(xí)的教學(xué)方式下，大多數(shù)學(xué)生基本上都已經(jīng)習(xí)慣了被動接受知識的學(xué)習(xí)方式，而“逆向工程技術(shù)”課程采用項(xiàng)目式教學(xué)，要求學(xué)生要自己積極主動地自主學(xué)習(xí).學(xué)生必須面對工作項(xiàng)目，自己尋找解決問題所需要的資料，自己去探索解決問題的途徑和方法，清楚自己在團(tuán)隊(duì)中的作用，這對學(xué)生來說無疑是一個巨大的挑戰(zhàn).教師應(yīng)當(dāng)盡量讓學(xué)生理解項(xiàng)目式教學(xué)的意義，當(dāng)學(xué)生遇到問題時應(yīng)及時給予指導(dǎo)和引導(dǎo).學(xué)生在做項(xiàng)目的過程中，會遇到不同的困難，甚至教師在以前的教學(xué)工作中都沒有遇到的問題，所以教師應(yīng)有寬廣的知識和熟練的操作技能，同時也需要花費(fèi)比傳統(tǒng)授課方式更多的時間和精力.

3.2項(xiàng)目實(shí)施過程中相關(guān)設(shè)備和軟件的操作

在應(yīng)用逆向工程數(shù)據(jù)采集設(shè)備時，教師先慢速做示范，并進(jìn)行講解.然后再按正常速度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后學(xué)生分組動手操作逆向工程數(shù)據(jù)采集設(shè)備，讓學(xué)生自己真正學(xué)會和掌握設(shè)備的操作，同時也提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力.

在數(shù)據(jù)處理和模型重建的教學(xué)中，學(xué)生過去沒有接觸過逆向工程專用軟件，命令太多，記不住，容易混淆，不能靈活使用.這時，教師應(yīng)對項(xiàng)目實(shí)施過程中用到的軟件命令進(jìn)行詳細(xì)講解和操作，并提供必要的參考資料，學(xué)生不斷地模仿直至能熟練操作軟件，讓每個學(xué)生都能完成項(xiàng)目，完成課程的學(xué)習(xí).

3.3營造適合項(xiàng)目式教學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍

項(xiàng)目式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心，以小組學(xué)習(xí)為單位，學(xué)生積極主動參與項(xiàng)目的實(shí)施.因此教師要善于創(chuàng)設(shè)寬松、民主、自由的學(xué)習(xí)氛圍來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決問題的能力.

4 結(jié)論

“逆向工程技術(shù)”課程在實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)法后，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式.這種改變使學(xué)生不是被動地學(xué)習(xí)知識和技能，而是主動地參與到項(xiàng)目中進(jìn)行學(xué)習(xí)，符合高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn).在教學(xué)過程中，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、尋找問題解決方案的能力都得到了鍛煉和提高.我們將繼續(xù)深入探討項(xiàng)目式教學(xué)法在其他課程中的應(yīng)用，加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，改進(jìn)項(xiàng)目素材的選取，爭取項(xiàng)目來源于企業(yè)而高于企業(yè)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)成果達(dá)到企業(yè)的要求.

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Study on the Project－based Teaching Method for the“Reverse Engineering”Course

ZHOU Yuqing
（School of Mechanical Engineering，Chongqing Industry Polytechnic College，Chongqing 401120，China）

Taking real projects of companies as the teaching contents，the project－based teachingmethod is applied in the“Reverse Engineering”Course.This study proposes issues which should be paid attention to in the process of project－based teaching，and assesses students’academic performance via evaluating the quality of students’works，and using teachers’watching lists and Q＆A lists.It is indicated that the teachingmethod can enable learners to bettermaster the knowledge and technique of reverse engineering，and improve their learning initiation；the assessmentmethod is better than just relying on the final examination.It provides a feasible method for the CAD courses in higher vocational college.

project－based teachingmethod；reverse engineering；vocational education；assessment of learning performance

G712

A

1008－4681（2014）02－0127－03

（責(zé)任編校：晴川）

2013－11－19

周渝慶（1980－），男，四川內(nèi)江人，重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院講師，碩士.研究方向：CAD／CAM技術(shù)、逆向工程技術(shù).