應(yīng)用型本科院校Pro/E課程改革與實踐

董福龍++易克傳++李進++鄭鳳菊

摘 要：結(jié)合應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)要求，Pro/E課程在教學(xué)手段、實驗與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進行改革，并以參加大賽推進課程改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，推進課程建設(shè)水平。實踐證明，該方法能有效提高應(yīng)用型高校Pro/E課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科高校；Pro/E；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.172

應(yīng)用型本科教育是以面向社會、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等一線崗位的應(yīng)用復(fù)合型人才為目標(biāo)定位，以培養(yǎng)學(xué)生能力、知識和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的高等教育[1]。近些年來，我校作為安徽省應(yīng)用型本科示范高校不斷探索提升教學(xué)質(zhì)量，Pro/E課程的教學(xué)方法隨著改革與實踐不斷發(fā)展。眾所周知，Pro/E是目前非常流行且使用廣泛的產(chǎn)品開發(fā)及造型設(shè)計工程軟件之一，它集產(chǎn)品造型設(shè)計、分析、制造、運動仿真等功能于一身，廣泛應(yīng)用在機械制造、汽車、航天航空、船舶、家電、模具等行業(yè)[2，3]；Pro/E課程的實踐應(yīng)用性很強，涉及到的操作指令很多，按照教材學(xué)習(xí)，很多學(xué)生反應(yīng)難學(xué)難精，甚至一些同學(xué)反應(yīng)無從下手。針對這些情況，筆者結(jié)合在企業(yè)工作的實踐經(jīng)驗，與學(xué)校實際相結(jié)合，在Pro/E課程的教學(xué)手段、內(nèi)容和方法等方面進行了有效的改革與實踐。

1 Pro/E在企業(yè)中的應(yīng)用及對設(shè)計人員技能要求

在機械產(chǎn)品開發(fā)中使用Pro/E軟件能夠提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期，而且產(chǎn)品模型形象、直觀、逼真；操作指令簡單、人性化及功能強大等優(yōu)點，提高了產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，解放了設(shè)計人員，利于設(shè)計人員專心創(chuàng)造，使得Pro/E軟件在產(chǎn)品開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。

1.1 Pro/E軟件在企業(yè)中的應(yīng)用

（1）產(chǎn)品總體設(shè)計。企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)中，一般采用自上而下（即Top—down）設(shè)計方法，需要明確產(chǎn)品中各種要求的主次地位，并把眾多的、彼此有時相互制約的各種要求集中在一起，使它們和諧地組合在一起，形成先進且合理的設(shè)計方案。它包括總布置設(shè)計、方案選型、造型設(shè)計、總布置尺寸確定、人機工程分析、各系統(tǒng)或總成的性能要求和主要參數(shù)選擇等。企業(yè)總體設(shè)計工程師使用Pro/E軟件進行總體規(guī)劃，然后發(fā)布信息給各系統(tǒng)及零部件工程師，共同協(xié)作完成產(chǎn)品設(shè)計。

（2）產(chǎn)品總成及零部件設(shè)計。負責(zé)各系統(tǒng)及零部件工程師運用Pro/E軟件開發(fā)產(chǎn)品，把來自總體設(shè)計工程師發(fā)布出來的關(guān)于子系統(tǒng)的發(fā)布幾何進行確認，在Pro/E工作界面下建立各個子系統(tǒng)，再在各子系統(tǒng)下把總體設(shè)計師發(fā)布幾何進行確認，建立子系統(tǒng)模型下的各零部件的發(fā)布幾何，然后在各零部件下建立并確認上一級發(fā)布幾何，建立各個零件或發(fā)布幾何，開發(fā)人員分工協(xié)作，獨立完成各自零部件的設(shè)計。如圖1所示，是筆者使用Pro/E自上而下的設(shè)計方法完成的某礦用車發(fā)動機系統(tǒng)模型。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，還包括零件的建模、組裝和生成工程圖。零部件設(shè)計主要包括各個系統(tǒng)或總成結(jié)構(gòu)形式的選擇、滿足產(chǎn)品整體性能的分析計算、特殊的運動系統(tǒng)或總成的運動校核等；也包括產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)的選擇、受力分析、運動分析、主要參數(shù)和材料的選擇、強度計算及初步的制造工藝分析等。

（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動力學(xué)及有限元分析。Pro/E軟件將多學(xué)科知識和計算機技術(shù)結(jié)合起來，具有強大的分析功能。①按運動關(guān)系進行連接裝配體，依據(jù)機構(gòu)運動狀況和受力情況，在Pro/E環(huán)境下運用運動學(xué)、動力學(xué)方法，對裝配體進行運動仿真等，獲得如位置、轉(zhuǎn)動慣量、速度等物理數(shù)據(jù)；②使用有限元分析，可分析設(shè)計產(chǎn)品的應(yīng)力、變形量等，在Pro/E環(huán)境下實現(xiàn)機構(gòu)的受力分析、敏感度分析、模態(tài)分析等，對設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，使開發(fā)的產(chǎn)品達到最優(yōu)效果[4]。

1.2 企業(yè)對設(shè)計人員技能要求

很多企業(yè)把掌握三維軟件作為設(shè)計人員的基本要求，在機械領(lǐng)域尤其重視是否擁有Pro/E資質(zhì)證書。要求設(shè)計人員能夠熟練進行三維數(shù)字建模，完成產(chǎn)品的設(shè)計方案、產(chǎn)品原圖、草圖和技術(shù)性說明及其它技術(shù)圖樣，具體需要掌握：熟練掌握二維草圖繪制；精通零件三維實體特征造型的基本步驟和技能；熟練運用各種空間邏輯約束關(guān)系；能夠獨立完成零部件的裝配；掌握Pro/E工程圖的生成、尺寸標(biāo)注、編輯等技能；掌握模型與文檔轉(zhuǎn)換方法等[5]。對進行總體設(shè)計工程師除要求以上技能外還需要熟練掌握基于Pro/E環(huán)境下的自上而下的設(shè)計方法。

2 課程教學(xué)改革與實踐

在工程應(yīng)用中，工程軟件強調(diào)實踐性和實用性，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，很難在有限的課時內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生良好的建模方法和建模思路。筆者及所承擔(dān)Pro/E課程的教師，結(jié)合傳統(tǒng)講授法的優(yōu)點，對不同教學(xué)內(nèi)容采取不同方式。

2.1 強化學(xué)生學(xué)習(xí)動機

積極學(xué)習(xí)動機是推動學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部動力。結(jié)合企業(yè)要求和參考書目，先講解Pro/E軟件在企業(yè)中的應(yīng)用與要求，然后演示各種功能，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)期望和興奮點，把簡單三維造型課提前，講解二維平面繪制與傳統(tǒng)AutoCAD的區(qū)別；同時把二維繪圖操作的講授和練習(xí)與機械制圖要求結(jié)合起來。使學(xué)生產(chǎn)生強烈意愿和興趣，注意力集中，使學(xué)生在較短的時間內(nèi)練習(xí)完成學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率，這樣就會產(chǎn)生積極成功的體驗，驅(qū)使自己不斷探索學(xué)習(xí)。

2.2 多種教學(xué)方式與實訓(xùn)、實踐教學(xué)有機結(jié)合

Pro/E課程要求學(xué)生具有很強的實踐操作能力，在實際講授中，可采用案例引導(dǎo)式，啟發(fā)式，情景式，嘗試式等教學(xué)方法[6]。結(jié)合企業(yè)要求和參考書，講解三維建模思路與方法，實例操作演示平面草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征的操作指令，講解注意事項，建一些貼近生活，與企業(yè)生產(chǎn)實際貼近的模型（如三通管、軸等），使學(xué)生形象、直觀的理解二維與三維的關(guān)系及相互轉(zhuǎn)化過程，然后進行裝配，要求學(xué)生完成指定任務(wù)。目前在教學(xué)過程中主要采用以下方式：①理實結(jié)合一體化。是在我院CAD機房進行，采用30人左右小班上課，教學(xué)雙方邊教邊學(xué)邊做，理論與實操交替進行，相互結(jié)合。此方式目前在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)采用；②少量理論學(xué)時與大量同步上機實驗相結(jié)合。精煉Pro/E教學(xué)課件，合理利用多媒體結(jié)合板書教學(xué)，收集、整理、制作大量教學(xué)視頻、圖片和動畫等，在完成理論教學(xué)后立即安排多學(xué)時上機進行實踐。此方式目前在機械電子工程和機電技術(shù)教育專業(yè)采用；③實習(xí)周突擊訓(xùn)練。是依托我校工程訓(xùn)練中心，在學(xué)生完成汽車拆裝實習(xí)等課程基礎(chǔ)上，學(xué)生分為30人左右小組，通過學(xué)習(xí)Pro/E完成指定的汽車零部件設(shè)計，與具體實物相結(jié)合。此方式目前在車輛工程和汽車服務(wù)工程專業(yè)采用。

從近幾年教學(xué)效果看，筆者認為Pro/E的學(xué)習(xí)方式可以讓學(xué)生根據(jù)自己能力和實際情況按以上三種方式選擇，根據(jù)自身情況選擇其中方式之一。第一種方式適合有一定自學(xué)能力并積極進取的同學(xué)，第二種適合有一定惰性且愿意上進的同學(xué)，第三種適合有一定基礎(chǔ)且意愿快速提高的同學(xué)。

2.3 加強綜合實驗練習(xí)與技能訓(xùn)練

經(jīng)過一段時間練習(xí)，學(xué)生操作技能熟練到一定程度，需要進一步提高，我院結(jié)合各專業(yè)特點和要求，安排有Pro/E綜合實驗與技能訓(xùn)練，通過綜合實驗和技能訓(xùn)練，使學(xué)生在精通操作的基礎(chǔ)上進一步掌握Pro/E的高級裝配、運動仿真、分析等綜合技能，能夠運用Pro/E軟件進行分析、測量等，也可以進行零部件干涉檢查、質(zhì)量屬性分析等，掌握自下而上的裝配設(shè)計方法，了解自上而下的裝配設(shè)計方法。

2.4 構(gòu)建創(chuàng)新平臺，提升課外實踐活動

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，積極搭建創(chuàng)新平臺，開展豐富多彩的課外實踐活動，組織成立了CAD協(xié)會和創(chuàng)新設(shè)計協(xié)會等社團組織，舉辦科技文化節(jié)，指導(dǎo)教師定期對學(xué)生進行指導(dǎo)，組織學(xué)生組隊參加的校、省及國家級比賽（如機械創(chuàng)新設(shè)計、無碳小車、飛思卡爾智能車等），加強競爭，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。學(xué)生通過使用學(xué)校實驗設(shè)備和實驗室條件，進行自主創(chuàng)新設(shè)計，參加學(xué)院組織的比賽，對完成較好的作品，將走出校門參加國家及省市級比賽。如圖3所示是完成的無碳小車作品。

另外，制定人性化的實驗室開放制度，學(xué)生可在課余時間進入實習(xí)場所，進行自我學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練。實踐環(huán)節(jié)人性化，體現(xiàn)學(xué)?！耙詫W(xué)生為本”的核心理念，豐富學(xué)生課外生活，進一步提升學(xué)生綜合技能，達到教學(xué)效果多樣性、層次化和個性化。

2.5 以參加競賽為契機推進課程改革

為進一步提升學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力，鼓勵學(xué)生運用工程軟件結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計方法進行創(chuàng)新設(shè)計，以參加競賽為契機，在校內(nèi)競賽中完成較好的作品參加全國創(chuàng)新設(shè)計大賽、飛思卡爾智能車和無碳小車等比賽。近年來，在參加的國家級比賽中獲一等獎1項，二等獎1項，三等獎3項，省市級獎項多項，這些獎項的獲得有力地推動了課程建設(shè)，如圖3為全國3D大賽一等獎作品。通過參加比賽，師生開拓了眼界，增強了技能。同時申請國家專利10余項，獎項和知識產(chǎn)權(quán)的獲得都促進了實驗室和教學(xué)團隊的建設(shè)。

2.6 與其它課程相結(jié)合輔助教學(xué)

與其它課程結(jié)合教學(xué)，能夠直觀、形象、生動的幫助其它課程，使教學(xué)過程不再枯燥乏味而變得生動有趣，提高學(xué)習(xí)興趣，加強了學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的鍛煉。如在機械原理課程中，利用三維模型構(gòu)建機構(gòu)及運動仿真，使學(xué)生獲得知識的同時，提升了對Pro/E課程興趣，使原來講解理解起來的難點變得容易了。目前，Pro/E課程與機械原理、機械制圖等課程相結(jié)合輔助教學(xué)，取得了較好教學(xué)效果。

3 采用多種評價方式相結(jié)合的考核評價體系

（1）以前Pro/E課程的考核采用上機考試和平時成績相結(jié)合的方式，現(xiàn)在以任務(wù)考核和實踐操作為主，結(jié)合平時表現(xiàn)為輔進行考核，更加注重實踐動手能力和創(chuàng)新能力考察。根據(jù)專業(yè)特點與學(xué)時安排，采取以下兩種方式：①由平時表現(xiàn)、實踐考核及課程論文與任務(wù)組成的“三位一體”方式，能較客觀地對學(xué)生的實操能力進行考查，還能通過課程論文對學(xué)生的創(chuàng)新能力進行考查，給予學(xué)生更為全面評價；②由平時表現(xiàn)、實踐任務(wù)以及課程總結(jié)組成的“三位一體”方式，在平時練習(xí)就客觀地考察學(xué)生的實操能力，指定任務(wù)考察創(chuàng)新能力和操作技能，最后綜合評價。

（2）引進技能培訓(xùn)考證體系。近些年，我校與國家人力資源與社會保障部門和Pro/E公司進行合作，開展技能認證考證培訓(xùn)，建立了完善的考證培訓(xùn)體系，在校內(nèi)設(shè)立考試中心，學(xué)生在校內(nèi)就能參加各種技能訓(xùn)練，獲得與社會人員同等的考試機會和能力。近幾年畢業(yè)生在畢業(yè)時很多都獲得Pro/E資質(zhì)證書，有些擁有雙證書或多證書，為就業(yè)增添了砝碼。

4 結(jié)束語

Pro/E課程的改革與實踐符合我校應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，從近年來學(xué)生對課程組教師的評教效果看，反應(yīng)良好。該課程逐步建立并形成了以提高實踐技能為核心、各種比賽為基礎(chǔ)、創(chuàng)新能力提高為重點、考證體系為依托的系統(tǒng)化、開放式的教學(xué)體系。經(jīng)實踐證明， Pro/E課程的教學(xué)改革有利于提高學(xué)生的綜合技能，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，達到培養(yǎng)應(yīng)用復(fù)合型人才的目的。

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基金項目：安徽省級質(zhì)量工程項目（2016zy037）；安徽省科技攻關(guān)計劃項目（1501031095）；安徽科技學(xué)院校級質(zhì)量工程項目支持項目（Xj201403）。

作者簡介：董福龍（1978-），男，山西芮城人，碩士，講師，研究方向：車輛運用技術(shù)。

*為通訊作者