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基于Pro/E构建机电类专业课程的生态课堂

   【摘要】:本文针对五年制高职院校机电类专业传统教学存在的问题,提出了基于Pro/E软件构建生态课堂的思路, 并说明了构建机电类专业生态课堂的具体方法。

   【关键词】Pro/E  机电类专业  生态课堂

  一、问题的提出

  机电类专业是工科院校历史悠久的传统专业,其教育教学一直受到陈旧及落后观念的束缚和制约,部分教师教育教学手法单一、陈旧,现代教育教学理念缺乏,知识技能更新不快,与当今机电专业的飞速发展已形成强烈的矛盾和脱节。机电类专业课程传统教学方式存在以下问题:
  1、机电类专业课程设置老化,教学理念和方法陈旧、僵化,知识更新缓慢、滞后,专业设施落后、不全,学生专业意识不强,学习被动无兴趣,特别是专业理论课学生学习起来感觉比较枯燥,难以理解。
  2、机电类专业要求学生具有较高的抽象思维、较强的实践能力,而五年制高职校的学生由于是初中起点,各方面的基本素质不十分理想,再加上传统僵化的课堂教学模式,从而使教学成效不如人意。其专业主干课程的课堂教学主要存在以下一些问题:
  (1)、在机械制图、机械设计基础等课程的传统教学中,经常需要实物模型和挂图帮助学生理解教学内容,但实物模型携带不方便,而且容易损坏,不便于保管,学生能接触实物及模型的时间很少,只能是走马看花,一知半解,扼制了学生的课程学习兴趣,达不到应有的教学效果。而且教学实物模型一成不变,更新换代的速度慢,更换新实物模型成本又很高,旧模型基本没有再利用的价值,造成很大的浪费。
  (2)、讲解各类机械部件组成、结构特点及工作原理内容时,教师经常需要花大量的时间和精力讲解教材中的装配图、原理图,而且很多图并不能完整地表达机械部件的所有结构,给学生的看图带来很多困难。如果仍然采用原来的教学方法,仅用挂图进行结构讲解,所能达到的教学效果可想而知。
  (3)、传统的教学模型作运动演示和运动分析存在很多缺陷。一是学校很难保证有一套完整的机械专业的教学模型,而且成本也较大;二是有些空间的机构内部的运动很难观察到;三是装配模型时容易损坏零件,运动容易出故障;四是运动特性的分析也很困难。
  3、很多高职校仍然沿袭中学的教学方式,教师将书上的知识“照本宣科”,学生被动地接受教师的“言传身教”,理论与实际相脱节,从书本到书本,进行闭锁式小循环。教师只要求学生掌握现成的结论,不要求洞察结论产生的过程。
  4、课堂生态环境过于封闭,学生上课不爱发言、集体讨论不愿参与、公共场合不敢开口。课堂生态空间环境超过了生态个体的承受力和耐受度。在面积固定的教室中,过于拥挤导致班级群体生理与心理压力的增加,使学生感到烦躁,影响上课效果。
  纵观目前的高职教育现状,我们可以看到在实践能力和开拓创新精神越发受到重视的当今社会,面对社会形势的变化和教育改革的不断深化,我们应该从课堂教学的改革入手,创建一个和谐的“生态课堂”,以适应不断变化的外部环境,求得自身的更加良性的发展。

  二、五年制高职“生态课堂”的构建理念

  1、课堂教学的“生态因素”
  在自然生态系统中,影响生物的分布、形态和生理等因素叫生态因素。课堂教学的“生态因素”是指影响课堂教学中“教师的教”和“学生的学”的一切事物的总和,它包含了物质因素、制度因素、文化因素和心理因素。
  五年制高职院校的课堂应该是学生和教师及其影响课堂教学的各种“生态因素”共同组成的生态课堂。一块黑板、一支粉笔的课堂应该坚决遭到淘汰,即便是多媒体辅助教学也不一定能使课堂教学的这些“生态因素”实现其教学功能。作为教师需要思考的是如何将这些“生态因素”综合、联系、平衡成为生态课堂。
  2、课堂教学的“生态平衡”
  生态学中把生态系统处于成熟的、稳定的状态称为生态平衡。在生态课堂中,要注重学生的实践和体验,通过转变生态课堂中的教师行为、学生行为,平衡课堂群体生态,使教师与学生成为合作的探索者、平等的对话者,学生与学生成为协同的学习者,这就是平衡的生态课堂。
  五年制高职教育的生态课堂应该是生活化的课堂。应该把教学活动还原为生命活动,把师生还原为真心真意、有真情实感的人。要营造一种“生活态”,将学习过程与生活情境、游戏情境等融为一体,让学习成为有生命意义的生活。
  生态课堂平衡的标志是学生能自己“生产”知识。学生的学习以体验、感悟作为学习的基础,通过师生之间、生生之间的相互合作逐渐完成。学生作为一个活生生的力量,带着自己的知识、经验、思考、灵感参与课堂活动,教师要充分运用各种媒体为学生主动学习提供的有利条件,培养学生的学习兴趣,启发学生积极思考问题,鼓励学生自己看书,自己动手做实验,自由地发表意见、开展讨论,自由地质疑和求索。生态课堂必须尽量减少对学生学习的时空占领,给学生以更多的独立有效的思维时间,实现教师、知识、学生的多元、多向、多层次的课堂生态系统的开放与互动。
  3、“生态课堂”的基本特征
  动态性、生成性、真实性是生态课堂的基本特征。
  传统课堂教学要求教师的教和学生的学在课堂上完成预定的教案。事实上我们身边的教学情境总是处于不断的发展变化中,教师面对的每一个学生的每一天都是不同的,教师必须对教学方法、手段和教学组织形式按教学需要作灵活的选择与组合。
  生成一方面指人的生成,另一方面是指文化的生成,两者是相互统一,密不可分的。这种生成是一种创造,一种转换。要使学生能利用自己原有认知结构中有关的经验去产生新知识。要通过“合作学习”,使学习者的思想、智慧可以被整个学习者群体所共享,从而提高对当前所学知识的意义生成质量。 “一切为了每一个学生的发展”应作为课堂教学的最高宗旨。
  教师要遵循人才的成长规律,让学生真实地发展。教师应使学生逐步认识到“一切事情的真正价值”在于获得它时所付出的辛苦劳动,从而使学生刻苦学习,在困难的磨砺下去实现他人生的价值。在生态课堂中,教师要认识到教学是教师与学生生命消耗的过程,是师生之间生命质量的丰富、体验、提升的过程,在教学中使教师、知识、学生在课堂环境中发生共振,使教师和学生的生命质量得以全面提高。
  总之,生本教育理念下的生态课堂就是以一切为了学生,高度尊重学生,全面依靠学生为宗旨的教育,真正以学生好学而设计的教育,它的深层意义其实就是以生命为本,其实这也是我们一直以来追求的理想教育模式。

  三、以Pro/E为支撑,构建机电类专业课程的生态课堂

  在五年制高职机电类课堂教学中,好多学校都选择了Pro/E作为CAD/CAM课程的教学软件。Pro/E软件是美国PTC公司推出的大型CAD/CAM软件,具有操作容易、使用方便、可动态修改的特点。无论是造型设计、工程出图,以及3D装配等方面,Pro/E软件都以其基于特征的参数化设计、单一数据库下的全相关性等新概念而闻名于世。另外Pro/E还具有模具设计,动态、静态干涉检查,计算质量特征等功能模块,广泛应用于机械、电子、模具等行业,集合了零件设计、产品组合、模具开发、数控加工等多种功能。笔者在教学中感到学生对Pro/E的学习非常喜欢,投入了极大的热情。Pro/E软件可以作为构建机电类生态课堂的支撑平台。
  1、调整教学计划,提前Pro/E课程的开设时间
  在五年制高职院校,Pro/E软件课程一般放在第四学年第二学期讲授,其性质是作为专业课程的拓展和补充,主要以三维实体建模、曲面设计、零件装配、工程图等为主要讲授内容。虽然学生在学习过程中表现出极大的兴趣和热情,但学习内容过于独立,失去了该课程对其它课程应有的支撑和辅助作用。而且,Pro/E的学习并不需要太多的专业知识作为支撑,只需要一定的计算机基础和空间思维能力,因此,调整教学计划,提前Pro/E软件课程的开设时间,是完全可行的。学习完Pro/E的初级课程之后,再让Pro/E贯穿于其它专业课程的学习当中,成为机电类专业课程教学的有效工具,为创设生本课堂提供有效保证。
  具体教学计划可作如下调整:
  (1)在《机械制图》的教学当中穿插进行教学;
  (2)在《机械制图》教学完成之后,开设该课程;
  (3)在《机械设计基础》教学当中穿插进行教学。
  总之,Pro/E课程完全可以提前至五年制高职一、二年级开设。
  2、基于Pro/E构建生态性的课堂教学模式
  我国现行的高职教育,在教学过程中依旧是一种单向传输结构,其表现形式就是记忆水平的教学。学生对教师的传授只是简单的模仿,完全处于被动、受教的地位,缺乏主观能动性和创造性。以Pro/E为支撑的机电类专业课教学,可以从专业学习一开始就让学生进入到一个生活化的“生态课堂”。
  以《机械制图》为例,在《机械制图》的课堂教学中,让学生运用Pro/E对课本上及习题集中的三视图所对应的实体模型进行制作,从感性上理解三维实体的结构与相对位置。同时也架起了投影视图与实体之间的桥梁,有效地培养学生思维、想象、创造、构形的能力。这种教学方法改变了《机械制图》课程过于理论化、程式化的教学方法,可以贯穿于《机械制图》课程学习的始终,比如基本体的三视图、轴测图、截交线和相贯线、组合体、视图的表达方法、零件图和装配图等。
  比如机械制图中相贯线和截交线这部分是教学的难点和重点,通常学生是很难想象的。但是利用Pro/E在计算机上制作模型时,学生就可以动态完成各个形体的相贯和截交,直观而又方便,提高了学生对形体组合的空间想象能力。这样,把制图教学搬到计算机机房里进行,利用Pro/E进行自主学习,小组合作,学生在这样的生态课堂中体验到了生命的乐趣!
  在这样的互动的学习过程中,既学习了制图又掌握了Pro/E的三维建模方法,学生的空间想象能力得以迅速提高,这是对《机械制图》课程课堂教学的重大改革和突破。更重要的是,《机械制图》这门公认为很难学的课程实现了从传统教学模式到“生态课堂”的转变。以此为突破口,抛砖引玉,机电类专业好多专业课程都可以享受到Pro/E这样一个软件平台所带来的无限乐趣。
  3、基于Pro/E使用生态性的课堂教学手段
  在机械基础课程教学中,让学生利用Pro/E亲自制作零件教学模型,从真正意义上来认识机构,调动了学生的学习积极性,达到了辅助教学的目的。以齿轮为例,由于齿轮种类繁多,传动形式多样,在传统教学过程中不可能提供这样的齿轮模型,所以这段内容相当枯燥,无法调动学生学习的兴趣。而应用Pro/E制作各类的齿轮模型,并在现场改变同类型齿轮的各个参数生成不同大小齿数的齿轮模型,可以很方便地让学生产生感性认识。同时利用本软件还可以方便地实现齿轮间的相互传动,这样就吸引了学生的注意力,让学生对学习齿轮产生了兴趣,有了强烈的学习欲望,很快进入学习状态。
  在讲解凸轮从动件的运动规律和凸轮的画法时,采用Pro/E制作各式凸轮,让学生从感性上认识凸轮,并加上从动件进行动画模拟仿真,生成从动件运动规律图,让学生有一个理性的认识,真正学懂这一内容。机械基础课程中有很多机构都是组合体,单纯讲解其中的零件是没有实际意义的,也很难让学生理解掌握。Pro/E有着十分强大的三维拆装模块,可以让学生应用Pro/E进行简单机械的拆装,激发学生的好奇心和求知欲。
  在讲解轴系零件时,制作好阶梯轴,A型普通平键,齿轮等零件,让学生当场操作这些零件的装配过程,学生在动手操作中掌握了键连接、轴的结构、轴上零件的定位等知识。最后可用这样的方法完成一个减速箱的装配,使学生对先前学习的内容形成一个完整的概念,很好的达到了教学效果。
  在工程力学课程教学中,可以利用Pro/E提供的质量特征功能,自动地提供模型的一些物理特性,如密度、质量、体积、表面积、重心、惯性力矩和惯性主轴等。Pro/E与其独立的分析软件包,可以非常方便地对实体进行设计分析,同时可以快速求解计算结果,如应力、应变、形变等。
  在《液压气动》课程中,齿轮泵的组成及装配是一个难点,教师可以使用Pro/E逐一讲解齿轮泵的组成及其装配方法,也可以用半剖的形式向学生讲解。这样,减速器的构造及装配方法表现得淋漓尽致,学生通过制作、观察齿轮泵不仅掌握了齿轮泵的构造,还能掌握其装配方法。
  在模具设计教学中,Pro/E提供了专门模具设计模块和设计模具的一般方法。通过Pro/E可以让学生直观地体会什么是“拔模斜度”,什么是“分模”等,可以让学生初步了解铸造车间的主要工作流程和铸造件形成的步骤,学习如何合理地对铸造件进行分模,以及浇口和冒口的合理设置。还可以运用Pro/E的模具设计功能来模拟铸件模具的实际加工,加深学生对模具设计理论的理解,提高学生实际运用知识的能力。
  Pro/E还可以对课程设计及毕业设计成果进行预视。以往只能按传统的方式表现在二维平面上的这些设计借助于Pro/E就可以转化为立体图像,把静止的信息变为动态的效果,检验了设计的合理性。同样在课程设计评价阶段,教师可利用参数化的虚拟装配模型,对不同的设计结果进行运动模拟,对每位同学的设计成果进行预视,以对课程设计效果有一个快捷、直观的评价。
  在这些课程的课堂教学中,借助于Pro/E这样一个平台使用小组合作、头脑风暴、动画演示、研究性学习等教学手段,让死气沉沉、枯燥无味的课堂变成了生机勃勃的“生态课堂”。
  4、基于Pro/E“串联”机电类专业课程
  我们经过实践摸索,以Pro/E软件为支撑,对部分机电类专业课程的教学方法进行了创新尝试,将Pro/E贯穿机电类专业课程的始终,取得了十分显著的效果。
  以数控专业为例,该专业应掌握或了解计算机辅助二维绘图技术、计算机三维零件造型技术、计算机辅助制造技术、计算机辅助工程项目管理技术等。Pro/E均有相应的模块来实现以上技术。Pro/DESIGNIER用来进行零件三维造型设计,Pro /Assembly用来进行零件装配,Pro/NC可用来进行数控零件加工仿真并自动生成数控加工代码。因此在相关的课程中融入合适的模块进行教学不仅能够满足知识技能的需要,还能还学生一个生态的课堂。
  作者根据近年教学实践,总结出以下具体实施方法:
  (1)、将整个Pro/E软件知识的传授分为三个阶段,即机械制图基础、专业软件工具应用和专业软件知识扩展。
  (2)、对应以上阶段在五年制高职中依次将机械制图类课程、机械制造技术基础类课程、机床数控常识类课程、数控加工技术类课程和机械CAD/CAM类课程串联起来。
  (3)、以Pro/E为主线贯穿若干门课程的教学,在机械制图类课程中讲授Pro/E三维造型及二维工程图的生成方法;在专业软件工具应用类课程中讲授各专业对应的应用模块,如数控专业讲授Pro/NC,模具专业讲授Pro/E的模具设计模块;机械CAD/CAM课程以Pro/E的系统结构为例,讲授各种造型方法原理及发展历史,如参数化建模技术、特征建模技术、尺寸驱动技术等,并结合Pro/E自身的数据库介绍工程数据库及软件二次开发技术。
  基于Pro/E这样一个单一的软件包来教学有许多好处。首先可以保证教学的连续性和系统性;其次能够保证对专业软件使用的概念上的完整性;最后所有的软件包在操作方法上和习惯上可能各不相同但所用的原理是一致的,所以在学会一门软件后再学习其它相似软件包,不会存在太大的困难,这对学生就业后接触其它软件大有好处。

  四、结束语

  基于Pro/E软件进行机电类专业课程的辅助教学具有举足轻重的作用。利用该软件,可以提高学生对很多课程内容的理解和掌握,锻炼学生解决实际问题的能力,也因此极大地调动了学生学习专业课的积极性和创造性,彻底改变了传统的教学理念,优化了课堂教学环境,提高了教学效果。
  实践证明,只要认真研究和大胆尝试,不断地去研究“生态课堂”的构建方法,创设生态课堂,才能取得课堂教学效益与生命质量的整体提升。相信随着教学改革的深人与计算机在学校的普及应用,Pro/E等软件在教学中将越来越广泛地被我们所运用,为机电类专业课程构建“生态课堂”起到支撑平台的重要作用。

  参考文献

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