基于案例驅動和自主學習的Pro/E課程實踐教學探索

嚴明霞

（湖北工業大學機械學院，湖北 武漢 430068）

0 引 言

Pro/E基礎與應用作為一門三維CAD軟件技能操作的專業課程，已在我國工科院校機電類專業的本專科生中普遍開設。該課程直接服務于學生后續的畢業設計教學環節和畢業求職。在很多機械制造企業和科研院所的招聘入職條件中，直接注明了要求能熟練運用Pro/E軟件進行機械設計。因此，Pro/E課程的重要性非常突出。

機電類專業Pro/E課程主要教學內容包括：Pro/E基礎知識、二維草圖、三維造型、虛擬裝配和運動仿真等章節。由于該課程概念和指令繁多，傳統的做法是先對二維草繪中的每個指令，從直線、圓、矩形、樣條曲線到調色板等一一進行介紹，再介紹拉伸、旋轉、掃描、混合、孔、筋等特征，最后再講裝配。學生對單個知識點進行逐一練習，很孤立，畫完沒有成就感，不知道到底有什么用。學生普遍感覺學習枯燥，興趣不濃，教學效果和初衷相去甚遠[1-2]。

基于案例驅動和自主學習的教學，其主旨是讓學生的學習和實踐融入到具體案例的完成過程中，完成課程知識體系的構建，并在此過程中培養學生的自主學習能力、獨立思考能力、發現問題和解決問題的能力、以及創新能力等綜合能力。項目驅動和自主學習的教學模式已有不少人對其進行研究，并運用在一些實踐性較強的課程教學中，取得了不錯的效果[3-8]。

由于Pro/E課程是一門操作性很強的課程，它不僅是一個操作技能的訓練過程，更承載著培養學生獨立思考能力、分析問題和解決問題的能力及創新能力等綜合能力的任務。因此，筆者將案例驅動教學模式應用于Pro/E課程實踐教學中，采用“以案例為主線、以學生為主體、以能力培養為目標”的新型教學方法，改變了傳統教學的現狀，取得了預期的效果。

1 案例驅動教學模式

案例驅動教學是指在教學過程中不先進行理論知識的灌輸，而是從實際的案例入手，然后再上升到理論的高度，適當講解理論知識或相應的知識點，并拓寬知識的廣度和深度。特點是從案例到理論或知識點，從感性到理性，相關知識點都融入到各個案例中。目的是以案例為主線，結合多媒體教學和啟發式教學方法，培養學生的學習興趣和自主學習能力。

案例驅動教學在Pro/E課程一開始，就讓學生在做中學。即先給出一個典型的完整的例子，介紹創建思路，再創建該實體模型，在操作中對部分知識進行適當的講解，然后讓學生自己去操作。學生看到完整的實體模型擺在那兒，就會有一種自己制作的欲望。通過教師進行思路分析和操作示范，充滿了自己完成的信心。有了興趣和信心，學生的學習積極性就被充分調動起來。在創建模型的過程中，老師進行適當的引導，學生經過反復多次的練習創建模型，熟悉了命令，拓展了對命令的理解。學生自己完成實體模型的創建后，教師反過來再講解案例中包含的知識點，學生對名詞術語的理解就容易了。

2 教學案例設計

在挑選和設計案例時，教師要注意有意識的將一些重要的知識點貫穿其中，而且案例要盡量源于工程實際中最常用的、最實用的例子。案例應循序漸進，按從易到難的遞進方式設計，案例要有一定的綜合性和難度，不要過于簡單，也不要難度太大，讓學生“跳一跳夠得著”。

筆者結合多次的Pro/E課程教學經歷，總結凝練出該課程的系列案例。

2.1 講授二維草繪命令時使用的案例

二維草繪命令的熟練使用是創建復雜模型的基礎，是基本功。內容很多很雜，但是只要將主要知識點融入到幾個案例中，再通過這些案例進行知識點的延伸、拓展，就能覆蓋所有的命令練習。如圖1所示，在“階梯軸”和“法蘭”案例的練習中，包含如下知識點：旋轉中心線、封閉輪廓線、尺寸標注、尺寸修改、減料拉伸、孔和鏡像等。在“孔板”案例的練習中，包含如下知識點：圓弧、正三角形、過渡圓弧、陣列、幾何約束、圖元修剪和分割等。

圖1 二維草繪命令練習案例

在課堂開始時，示范性的給學生簡單操作一遍案例“階梯軸”和“孔板”，但并不刻意的反復講解知識點，目的是讓學生有個感性的認識。學生開始練習后，就會發現很多疑問，比如在草繪階梯軸的旋轉輪廓線時不封閉，無法生成模型，又找不到原因；還有的輪廓線一氣哈成了，可一修改尺寸，圖形全亂了。學生碰到這些問題是意料之中的，但直接講解效果并不好。問題通過案例呈現給學生，學生通過操作案例，親身體驗了這些問題，并想辦法解決問題。案例提供了實踐和探索的機會，學生從中發現問題、思考問題、解決問題。解決問題的方式建議可以同學間交流解決、自己查閱參考書解決或是請教老師解決。老師這時主要是啟發學生、引導學生，課堂呈現出以學生為主體的活躍氣氛，學生的自主學習意識明顯增強。

2.2 講授基準平面時使用的案例

在創建模型時經常要用到基準平面和基準軸，來做一些輔助性的鋪墊工作。直接介紹理論難以理解，可以先讓學生創建如圖2所示的案例“斜支撐”，學生就會發現創建斜圓柱時無法選取草繪平面的問題。此時引導學生類比思考數學上對幾何題進行證明時常用到輔助線，再進行知識遷移引出基準平面的概念，并完成模型的創建。案例“叉架”的練習一方面鞏固了基準平面的熟練使用，另一方面學習了知識點：使用邊界圖元、減料拉伸和幾何約束等。

圖2 基準平面練習案例

2.3 講授掃描特征時使用的案例

掃描特征的創建關鍵是操作復雜，但不適合采用反復講授的方法。學生在多次反復操作的過程中，通過自主學習和內隱學習掌握。如圖3所示，案例“水杯”包含知識點：掃描>伸出項、抽殼、圓角、使用邊界圖元等。“彈簧”包含知識點：螺旋掃描>伸出項、分割圖元等。開始讓學生創建圓柱彈簧，然后引導學生擴展思維，創建變節距彈簧。“螺柱”包含知識點：螺旋掃描>切口、減料旋轉等。

圖3 掃描特征練習案例

2.4 工程應用實體模型案例

在學習完系列案例的創建后，學生普遍具備了初步的模型創建能力，具有濃厚的學習興趣，并能主動的自主學習相關參考書和學習網站上的實例。這一階段，可以安排學生創建較復雜的“減速器”模型，如圖4所示。部分學生可以安排參與到教師的科研課題中，承擔三維實體建模任務。

3 教學實踐效果

以案例為主線，以能力培養為導向，筆者在Pro/E課程中開展案例驅動式教學，收到了明顯的教學效果。

1）充分調動了學生的學習積極性，學生通過主動學習和內隱學習，經過努力完成模型創建，產生強烈的成就感，增強了自信心，在抗壓和抗挫折能力方面得到提高。

2）開闊了學生的視野和思維，課程的學習不是局限于某一本教材或參考書，所有的教材都是參考書或手冊，讓學生會找書、會用書，會思考，勇于操作和實踐，有效的培養了學生的自主學習能力和獨立思考能力。

3）案例作為引導，學生主動學習，勇于實踐，勤于實踐，學生分析問題、解決問題的能力得到提高，探索精神和創新精神得到發展。

4）在機械創新設計大賽和挑戰杯大賽中，學生的三維實體建模能力、自主學習能力、獨立思考能力和創新能力都能得到體現、派上用場，并進一步得到鍛煉。部分同學積極參加教師承擔的項目，能力得到全方位的鍛煉。

在Pro/E課程中實施案例驅動教學模式，激發了學習興趣，培養了學生的綜合能力，收到了良好的學習效果，同樣可用于其他專業課程的教學過程中，只是要求教師投入更多的精力。

圖4 減速器案例

[1]王世斌,郄海霞.高等工程教育改革的理念與實踐[J].高等工程教育研究,2011(1):18-23.

[2]李培根,許曉東.我國本科工程教育實踐教學問題與原因探析[J].高等工程教育研究,2012(3):1-6.

[3]張純容,施曉秋.問題與案例驅動的課內實踐教學分級模式探索[J].實驗室研究與探索,2012，31(1):145-148.

[4]姜大志,孫浩軍.基于CDIO的主動式項目驅動學習方法研究[J].高等工程教育研究,2012(4):159-164.

[5]王立強,王曉萍.基于項目學習和實踐的課程改革創新探索[J].實驗室研究與探索,2012，31(4):114-116.

[6]申文達,董云鳳.啟發式教學方法在電工電子實驗教學中的運用[J].實驗技術與管理,2012，29(4):265-266.

[7]馮清.問題引導下的探究式實驗教學模式研究[J].實驗技術與管理,2012,29(5):164-166.

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