PBL模式在逆向工程技術課程中的應用探索

陳海吉

摘要：PBL模式基于問題學習（Problem-Based Learning，簡稱PBL，也被翻譯成“問題式學習”，“問題本位學習” ），與以教師為中心的傳統教學模式有所不同，PBL教學模式是以學生為中心的教學方法。在逆向工程課程中滲透這種教學方法，以達到學習者終身學習的目的。本文簡要介紹PBL模式應用于逆向工程技術課程的優勢，并對其在教學情境設計中的應用進行綜述。

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.

關鍵詞：PBL模式；逆向工程技術；教學設計

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

中圖分類號： G424.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0178-02

0 引言

隨著科學技術的發展，人類從十八世紀英國的工業革命，到現在全面步入信息時代。機械工業將成為國家發展相當重要的要素和資源，是推進經濟發展、產業進步和科技創新改革的動力之一。信息化時代對機械工業提出了更高的要求，由原來傳統手工業的去除材料的加工方式，到現在3D打印逆向工程技術的變革，再到智能工業的自動化無人值守，都要求教育者培育出具有相對較高知識素養的技術人才。所以，為造就駕馭先進制造知識的專業型、技能型人才，大力推動國家基礎工業，已成為未來教育的重要工作任務之一。《逆向工程技術》課程作為一門機械類專業必修課，學好《逆向工程技術》課程需具備較扎實的專業基礎知識，如何進一步提高學生的學習效率、調整學習狀態，如何把學生造就成具備專業素養和專業技術的應用人才，是專業課教師應深化鉆研的問題。本文擬探討PBL模式在逆向工程技術課程中的應用。

1 源于問題模式的教學方法

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

2 PBL模式應用于逆向工程技術課程的優勢

2.1 創新性逆向工程技術課程的主要特點

2.1.1 創新性

工業領域的實際應用中，逆向工程技術在新產品設計研發中起著至關重要的作用，逆向工程技術主要針對復雜外形的、外形不規則的零件進行復制，特別是空間的自由曲面或很難用常規方法加以精確處理的。在創新設計方面對已有零件損壞或磨損，以及特殊領域，如：文物、骨骼等產品的復制、還原、修復，能夠使用Reverse Engineering的方法進行制作、修改、創新，從而優化產品的精度，直至滿足客戶的各種需求。

2.1.2 技術性

Reverse Engineering，是指采用一定的接觸式或非接觸式的測量方法對實物或模型進行測量，依據測量數據，經過UG、Pro/E等建模軟件重構實物的立體模型的過程。Reverse Engineering，也稱反求工程或反向工程，即RE。是對現有三維實物，利用三維數字化測量設備疾速、精確的獲取內外輪廓的點云數據，并加以重建、優化、修正、編輯，生成通用輸出格式如：*.igs等的曲面數字化模型，采用數控加工程序或3D打印快速成型制造技術加工所需的模型截面輪廓數據。

2.1.3 實踐性

Reverse Engineering學科是實踐性極強的學科，點云的獲取、處置等根本功能都離不開上機實踐操作。其中包括使用單目式掃描儀對現有模型進行點云數據的獲取；應用Geomagic Studio等相關點云數據處理軟件；到最后的快速成型技術-3D打印。在實踐的過程中，教師引導學生不但將單目式掃描儀、三坐標測量儀等設備作為實現采集創新設計的一種“武器”讓這種“武器”在模型的構思與創造環境的強有利的工具，經過數據的獲取和處理能造就學生們的自主學習能力、動手操作能力、探索能力和創新意識。

2.2 PBL模式在逆向工程技術課程教學中的優勢

2.2.1 PBL模式有利于教學情境的設計

Problem-Based Learning是以問題為基礎，學生在學習過程中起主體位置，能夠提升學生的自主學習的興趣，培育學生的綜合能力。老師針對核心的教學內容，正當的設計出適宜學生自主學習的情境問題體系，這是PBL教學的重要環節之一。問題設計小組由老師和學生，或學生和學生組成，共同對技術核心難題情境進行相關的設計，并且情境問題的設計既要符合教學大綱，又要突破教學重難點，更要貼近現實生活，才能夠最有力地激發學生的學習興趣。所以PBL模式有利于教學情境的設計。endprint

2.2.2 PBL模式有助于教學目標的實現

《逆向工程技術》課程的總體目標是“培養具有創新型專業技能人才”，培養出即具有較高的創新意識，并運用創新技能解決“問題情境”的能力。學習者建構靈便的知識框架、造就更高層次思維能力和創造力、成為學生主體最有效的參于者；PBL不僅以獲得知識為目的，而且要從本源上解決教學情境中所提及到的重點、難點的真實問題，在學習過程中，強調如何使用所能獲取到的各種數據信息資源的手段，每個學生在小組中都發揮本身的作用、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重難點

有針對性的突破教學重難點是實施PBL形式的關鍵環節。學習者在處置問題的同時，更要深化討論問題中的難點和要害點，使用Geomagic Studio等相關軟件，能化靜為動，化形象為直觀，化難為易。使在《逆向工程技術》課程的教學中，學生能夠接受抽象、直觀、活躍的影音視頻等媒體信息，沖擊學生視覺和聽覺，時時刻刻抓住學生的注意力，更有效地突破教學重難點。

因而，在教學過程中要施展PBL形式的情境長處，打破教學難點。老師依據學生的不同知識基礎、學習趣味、個人愛好，巧妙地籌備和設計相關的教學資源包，不但對問題情境中重點、難點內容的理解具備積極推進的作用，而且教學資源難易得當，既有基礎知識，也有提高知識，既能支持自主探索學習、按部就班的學習，也能支持獨立創新、循序漸進的學習。

3 基于PBL模式的教學設計過程

3.1 營造情境，提出問題

在教學中，老師要依據《逆向工程技術》課程的特點、教學目的、情感目標，以及學生的主要特點，創設相應的問題情境，并用運用信息手段對上節課的重難點進行深層次的討論，目標課使用什么樣的方法，處理的是什么問題。這個問題是與現實理想的生活息息相干、密不可分的，以便能夠更好的吸引學生注意力、激發學習興趣、調動學生學習的積極性、主動性。老師在教學過程中對學生進行有效的組織實施、資源供給、引導學生進入自設情境。

PBL教學形式體現了建構主義的“如何學”與“如何教”的教學理念。強調在真實的問題情境中，在老師的指導、學生和學生之間的互相協助下，學生使用原有知識構造中的有關閱歷經驗，分析處理現有問題所需的知識、技能，并利用必要的教學資源包，對現有問題進行分析、判讀、創新。積極、主動地建立新舊知識之間的關系，剖析這種“關系”，完成知識框架的建構，從而更有效地處置問題。

3.2 分析問題，明確目標

學生在問題情境自行分析題，如本節課需要哪些軟件操作命令，哪些是問題的難點，而又通過什么辦法解決這些問題；在這些問題的“連環”引導下，明確了教學目標。這樣的學習形式大大地縮短了學生剖析問題的時間，提高了學習效率。進一步培養學生的學習習慣，激發學生的學習主動性。教師更靈活地、自然地創設互助學習場景，在此基礎上明確課程的學習命令，布置任務。學生在圍繞問題，在相應的工作環境下進行思考的同時，也對產品的設計有新的創新思路。

3.3 自主探究，應用目標

學生利用Geomagic Studio軟件對知識點、技能點的運用進行了嘗試，培育學生的動手能力，加強對問題情境中所提及到的重難點問題的了解，致使對新知識、新技能有了更進一步的理解、掌握，并“消化”。學生針對問題可以采用3D打印的快速成型技術，馬上把自己的思想“變成”現實的產品，通過對產品數據的再次分析，可以對原模型進行更改。教師在學生的應用目標的過程中強調操作要點、巡回觀察、指導和總結。掌控整個教學進程并進行恰當地調控，提供優化方案。

3.4 評價總結、夯實基礎

經過交流和討論、總結和評價，使學生在問題情境中所發現的問題和整個學習過程進行自我的評價、鑒定和反思，有利于教學目標的“消化”，更有利于培育學生的自主學習能力、創新意識、創新思維，完成正確的情感目標。老師經過組織學生展開交流總結，對學生進行主觀地評價，對學習中呈現的問題進行歸結、演繹、解析。聯合工作的實踐進程及實踐結果，進行主張、探尋、歸納、總結、反思、反饋等。

4 結束語

①PBL教學形式的理念與目的、教學措施與手段合乎人類對科學探索的自然規律，而傳統的教學以老師為核心、學習者被動的學習形式難以到達造就終身學習的目標，PBL教學法則適應這一條件，在處理問題的方法中，能夠培育學生的創新能力和素養：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的技藝，集體合作協作以及自主學習的才能。并且學習方法百變多樣，不限時間、空間和地區的制約，能適應各種學界，滿足終身學習需求，適應了時代的進步趨勢。

②PBL教學形式有利于造就學生綜合判辯和處理現實問題的技能，培育自主學習的能力和素養，與當代信息社會對人才培育的條件根本同一，其特有的先進性、科學性，是值得模仿和推行的教學模式。

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