PBL模式在逆向工程技術(shù)課程中的應(yīng)用探索

陳海吉

摘要：PBL模式基于問題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，簡稱PBL，也被翻譯成“問題式學(xué)習(xí)”，“問題本位學(xué)習(xí)” ），與以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式有所不同，PBL教學(xué)模式是以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。在逆向工程課程中滲透這種教學(xué)方法，以達(dá)到學(xué)習(xí)者終身學(xué)習(xí)的目的。本文簡要介紹PBL模式應(yīng)用于逆向工程技術(shù)課程的優(yōu)勢，并對其在教學(xué)情境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

Abstract： PBL （Problem-based Learning） mode is different from traditional teacher-centered teaching mode. It is a student-centered teaching method. To apply this method to the course of Reverse Engineering can help students to achieve lifelong learning. This paper briefly introduces the advantages of PBL model applied to Reverse Engineering Technology course， and summarizes its application in teaching situation design.

關(guān)鍵詞：PBL模式；逆向工程技術(shù)；教學(xué)設(shè)計(jì)

Key words： PBL model；reverse engineering technology；teaching design

中圖分類號(hào)： G424.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）33-0178-02

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類從十八世紀(jì)英國的工業(yè)革命，到現(xiàn)在全面步入信息時(shí)代。機(jī)械工業(yè)將成為國家發(fā)展相當(dāng)重要的要素和資源，是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)進(jìn)步和科技創(chuàng)新改革的動(dòng)力之一。信息化時(shí)代對機(jī)械工業(yè)提出了更高的要求，由原來傳統(tǒng)手工業(yè)的去除材料的加工方式，到現(xiàn)在3D打印逆向工程技術(shù)的變革，再到智能工業(yè)的自動(dòng)化無人值守，都要求教育者培育出具有相對較高知識(shí)素養(yǎng)的技術(shù)人才。所以，為造就駕馭先進(jìn)制造知識(shí)的專業(yè)型、技能型人才，大力推動(dòng)國家基礎(chǔ)工業(yè)，已成為未來教育的重要工作任務(wù)之一?！赌嫦蚬こ碳夹g(shù)》課程作為一門機(jī)械類專業(yè)必修課，學(xué)好《逆向工程技術(shù)》課程需具備較扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，如何進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、調(diào)整學(xué)習(xí)狀態(tài)，如何把學(xué)生造就成具備專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用人才，是專業(yè)課教師應(yīng)深化鉆研的問題。本文擬探討PBL模式在逆向工程技術(shù)課程中的應(yīng)用。

1 源于問題模式的教學(xué)方法

PBL模式基于問題學(xué)習(xí)（PROBLEM-BASED LEARNING，簡稱PBL，也被翻譯成“問題式學(xué)習(xí)”），與以老師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式有所不同，PBL教學(xué)形式是以學(xué)生為核心的教學(xué)方法。最早起源于二十世紀(jì)50、60年代的醫(yī)學(xué)教育。學(xué)生課上分成小組進(jìn)行討論，在教師的參加、輔導(dǎo)和引領(lǐng)下，圍繞特定的、復(fù)雜的、多情境的、基于實(shí)踐問題的專題或傳染病例進(jìn)行問題的提出、討論和學(xué)習(xí)的全過程，其中心是以情境式的問題為核心，以學(xué)生探討為主體，教師為領(lǐng)引者。這種新的教學(xué)形式，教學(xué)上從提出問題、討論并研究問題、解決情境問題、實(shí)施問題等步驟。極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合能力，有著傳統(tǒng)教學(xué)法無可替代的優(yōu)越性，是近年來受到普遍重視的教學(xué)形式之一。

2 PBL模式應(yīng)用于逆向工程技術(shù)課程的優(yōu)勢

2.1 創(chuàng)新性逆向工程技術(shù)課程的主要特點(diǎn)

2.1.1 創(chuàng)新性

工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，逆向工程技術(shù)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，逆向工程技術(shù)主要針對復(fù)雜外形的、外形不規(guī)則的零件進(jìn)行復(fù)制，特別是空間的自由曲面或很難用常規(guī)方法加以精確處理的。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面對已有零件損壞或磨損，以及特殊領(lǐng)域，如：文物、骨骼等產(chǎn)品的復(fù)制、還原、修復(fù)，能夠使用Reverse Engineering的方法進(jìn)行制作、修改、創(chuàng)新，從而優(yōu)化產(chǎn)品的精度，直至滿足客戶的各種需求。

2.1.2 技術(shù)性

Reverse Engineering，是指采用一定的接觸式或非接觸式的測量方法對實(shí)物或模型進(jìn)行測量，依據(jù)測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過UG、Pro/E等建模軟件重構(gòu)實(shí)物的立體模型的過程。Reverse Engineering，也稱反求工程或反向工程，即RE。是對現(xiàn)有三維實(shí)物，利用三維數(shù)字化測量設(shè)備疾速、精確的獲取內(nèi)外輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并加以重建、優(yōu)化、修正、編輯，生成通用輸出格式如：*.igs等的曲面數(shù)字化模型，采用數(shù)控加工程序或3D打印快速成型制造技術(shù)加工所需的模型截面輪廓數(shù)據(jù)。

2.1.3 實(shí)踐性

Reverse Engineering學(xué)科是實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，點(diǎn)云的獲取、處置等根本功能都離不開上機(jī)實(shí)踐操作。其中包括使用單目式掃描儀對現(xiàn)有模型進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲??；應(yīng)用Geomagic Studio等相關(guān)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件；到最后的快速成型技術(shù)-3D打印。在實(shí)踐的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生不但將單目式掃描儀、三坐標(biāo)測量儀等設(shè)備作為實(shí)現(xiàn)采集創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一種“武器”讓這種“武器”在模型的構(gòu)思與創(chuàng)造環(huán)境的強(qiáng)有利的工具，經(jīng)過數(shù)據(jù)的獲取和處理能造就學(xué)生們的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手操作能力、探索能力和創(chuàng)新意識(shí)。

2.2 PBL模式在逆向工程技術(shù)課程教學(xué)中的優(yōu)勢

2.2.1 PBL模式有利于教學(xué)情境的設(shè)計(jì)

Problem-Based Learning是以問題為基礎(chǔ)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中起主體位置，能夠提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的興趣，培育學(xué)生的綜合能力。老師針對核心的教學(xué)內(nèi)容，正當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)出適宜學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情境問題體系，這是PBL教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一。問題設(shè)計(jì)小組由老師和學(xué)生，或?qū)W生和學(xué)生組成，共同對技術(shù)核心難題情境進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，并且情境問題的設(shè)計(jì)既要符合教學(xué)大綱，又要突破教學(xué)重難點(diǎn)，更要貼近現(xiàn)實(shí)生活，才能夠最有力地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所以PBL模式有利于教學(xué)情境的設(shè)計(jì)。endprint

2.2.2 PBL模式有助于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

《逆向工程技術(shù)》課程的總體目標(biāo)是“培養(yǎng)具有創(chuàng)新型專業(yè)技能人才”，培養(yǎng)出即具有較高的創(chuàng)新意識(shí)，并運(yùn)用創(chuàng)新技能解決“問題情境”的能力。學(xué)習(xí)者建構(gòu)靈便的知識(shí)框架、造就更高層次思維能力和創(chuàng)造力、成為學(xué)生主體最有效的參于者；PBL不僅以獲得知識(shí)為目的，而且要從本源上解決教學(xué)情境中所提及到的重點(diǎn)、難點(diǎn)的真實(shí)問題，在學(xué)習(xí)過程中，強(qiáng)調(diào)如何使用所能獲取到的各種數(shù)據(jù)信息資源的手段，每個(gè)學(xué)生在小組中都發(fā)揮本身的作用、合作、探尋，并解決問題。

2.2.3 PBL模式更有針對性的突破教學(xué)重難點(diǎn)

有針對性的突破教學(xué)重難點(diǎn)是實(shí)施PBL形式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)者在處置問題的同時(shí)，更要深化討論問題中的難點(diǎn)和要害點(diǎn)，使用Geomagic Studio等相關(guān)軟件，能化靜為動(dòng)，化形象為直觀，化難為易。使在《逆向工程技術(shù)》課程的教學(xué)中，學(xué)生能夠接受抽象、直觀、活躍的影音視頻等媒體信息，沖擊學(xué)生視覺和聽覺，時(shí)時(shí)刻刻抓住學(xué)生的注意力，更有效地突破教學(xué)重難點(diǎn)。

因而，在教學(xué)過程中要施展PBL形式的情境長處，打破教學(xué)難點(diǎn)。老師依據(jù)學(xué)生的不同知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)趣味、個(gè)人愛好，巧妙地籌備和設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)資源包，不但對問題情境中重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的理解具備積極推進(jìn)的作用，而且教學(xué)資源難易得當(dāng)，既有基礎(chǔ)知識(shí)，也有提高知識(shí)，既能支持自主探索學(xué)習(xí)、按部就班的學(xué)習(xí)，也能支持獨(dú)立創(chuàng)新、循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)。

3 基于PBL模式的教學(xué)設(shè)計(jì)過程

3.1 營造情境，提出問題

在教學(xué)中，老師要依據(jù)《逆向工程技術(shù)》課程的特點(diǎn)、教學(xué)目的、情感目標(biāo)，以及學(xué)生的主要特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的問題情境，并用運(yùn)用信息手段對上節(jié)課的重難點(diǎn)進(jìn)行深層次的討論，目標(biāo)課使用什么樣的方法，處理的是什么問題。這個(gè)問題是與現(xiàn)實(shí)理想的生活息息相干、密不可分的，以便能夠更好的吸引學(xué)生注意力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性。老師在教學(xué)過程中對學(xué)生進(jìn)行有效的組織實(shí)施、資源供給、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入自設(shè)情境。

PBL教學(xué)形式體現(xiàn)了建構(gòu)主義的“如何學(xué)”與“如何教”的教學(xué)理念。強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的問題情境中，在老師的指導(dǎo)、學(xué)生和學(xué)生之間的互相協(xié)助下，學(xué)生使用原有知識(shí)構(gòu)造中的有關(guān)閱歷經(jīng)驗(yàn)，分析處理現(xiàn)有問題所需的知識(shí)、技能，并利用必要的教學(xué)資源包，對現(xiàn)有問題進(jìn)行分析、判讀、創(chuàng)新。積極、主動(dòng)地建立新舊知識(shí)之間的關(guān)系，剖析這種“關(guān)系”，完成知識(shí)框架的建構(gòu)，從而更有效地處置問題。

3.2 分析問題，明確目標(biāo)

學(xué)生在問題情境自行分析題，如本節(jié)課需要哪些軟件操作命令，哪些是問題的難點(diǎn)，而又通過什么辦法解決這些問題；在這些問題的“連環(huán)”引導(dǎo)下，明確了教學(xué)目標(biāo)。這樣的學(xué)習(xí)形式大大地縮短了學(xué)生剖析問題的時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)效率。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。教師更靈活地、自然地創(chuàng)設(shè)互助學(xué)習(xí)場景，在此基礎(chǔ)上明確課程的學(xué)習(xí)命令，布置任務(wù)。學(xué)生在圍繞問題，在相應(yīng)的工作環(huán)境下進(jìn)行思考的同時(shí)，也對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有新的創(chuàng)新思路。

3.3 自主探究，應(yīng)用目標(biāo)

學(xué)生利用Geomagic Studio軟件對知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)的運(yùn)用進(jìn)行了嘗試，培育學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)對問題情境中所提及到的重難點(diǎn)問題的了解，致使對新知識(shí)、新技能有了更進(jìn)一步的理解、掌握，并“消化”。學(xué)生針對問題可以采用3D打印的快速成型技術(shù)，馬上把自己的思想“變成”現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品，通過對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的再次分析，可以對原模型進(jìn)行更改。教師在學(xué)生的應(yīng)用目標(biāo)的過程中強(qiáng)調(diào)操作要點(diǎn)、巡回觀察、指導(dǎo)和總結(jié)。掌控整個(gè)教學(xué)進(jìn)程并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)卣{(diào)控，提供優(yōu)化方案。

3.4 評價(jià)總結(jié)、夯實(shí)基礎(chǔ)

經(jīng)過交流和討論、總結(jié)和評價(jià)，使學(xué)生在問題情境中所發(fā)現(xiàn)的問題和整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行自我的評價(jià)、鑒定和反思，有利于教學(xué)目標(biāo)的“消化”，更有利于培育學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維，完成正確的情感目標(biāo)。老師經(jīng)過組織學(xué)生展開交流總結(jié)，對學(xué)生進(jìn)行主觀地評價(jià)，對學(xué)習(xí)中呈現(xiàn)的問題進(jìn)行歸結(jié)、演繹、解析。聯(lián)合工作的實(shí)踐進(jìn)程及實(shí)踐結(jié)果，進(jìn)行主張、探尋、歸納、總結(jié)、反思、反饋等。

4 結(jié)束語

①PBL教學(xué)形式的理念與目的、教學(xué)措施與手段合乎人類對科學(xué)探索的自然規(guī)律，而傳統(tǒng)的教學(xué)以老師為核心、學(xué)習(xí)者被動(dòng)的學(xué)習(xí)形式難以到達(dá)造就終身學(xué)習(xí)的目標(biāo)，PBL教學(xué)法則適應(yīng)這一條件，在處理問題的方法中，能夠培育學(xué)生的創(chuàng)新能力和素養(yǎng)：如剖析并處理問題的才能，利用參考資料和圖書館獲取知識(shí)的技藝，集體合作協(xié)作以及自主學(xué)習(xí)的才能。并且學(xué)習(xí)方法百變多樣，不限時(shí)間、空間和地區(qū)的制約，能適應(yīng)各種學(xué)界，滿足終身學(xué)習(xí)需求，適應(yīng)了時(shí)代的進(jìn)步趨勢。

②PBL教學(xué)形式有利于造就學(xué)生綜合判辯和處理現(xiàn)實(shí)問題的技能，培育自主學(xué)習(xí)的能力和素養(yǎng)，與當(dāng)代信息社會(huì)對人才培育的條件根本同一，其特有的先進(jìn)性、科學(xué)性，是值得模仿和推行的教學(xué)模式。

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