基于Pro／E软件构建平面四杆机构项目教学的生态课堂

李国芹，石 岩，任红霞

（1.河北工程技术高等专科学校 电力工程系，河北省沧州市浮阳南大道6号 061001；2.河北工程技术高等专科学校 基础部，河北省沧州市浮阳南大道6号 061001）

随着时代的发展和教育改革的深入，传统的“教师为中心、课本为中心”的教学模式，教师单一传授，学生被动受教的教学模式已成为影响素质教育在课堂中推进的一个阻碍，影响课堂教学效果。在传统教学过程中以教师讲授为主，教师是课堂的垄断者、表演者、灌输者，学生在讲台下主要听教师传授知识、做笔记。这种被动的学习方式致使大多数学生逐渐养成一种不爱问、不想问“为什么”，也不知道要问“为什么”的麻木习惯，从而束缚了学生的思维发展［1］。这就无法引起学生对知识的深入思考，理解不透就简单的机械记忆，学生完全处于被动、接受的地位，缺乏主观能动性和创造性。由于缺乏参与、互动，学生学起来枯燥、乏味，造成课堂教学吸引不住学生的注意力，学生以旁观者角色进入课堂，导致学生对课程厌学，甚至放弃学。因此单向传输知识的传统教学模式弊端必须予以摈弃。基于Pro／E软件的应用创建灵活的机械设计基础课生态课堂教学模式，可充分发挥学生的主观能动性和创造性，激发学生的学习兴趣，优化课堂教学环境，提高教学效果。

1 生态课堂教学

所谓生态教育就是指按照生态学的观点系统思考教育问题，在优化的教育外部生态环境下实现教育内涵的科学、全面、协调发展和不断创新，从而为师生的生存与合理发展寻找最合适的道路，最终实现人的全面发展、个性发展、终身发展。具体到课堂教学中，就是尊重学生的主体地位，建构“生态课堂”教学模式。生态课堂是完全以学生发展为本，通过更优的现代课堂教学设计和高效的课堂教学活动，使每个学生的各种潜能都能得到有效的开发，每个学生都能获得最有效的发展，实现教学与学生发展的真正统一的课堂。教学要“创设能引导学生主动参与的教育环境，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，使每个学生都能得到充分的发展”，教师不再是刻板的执行教学计划，学生被动接受知识的活动，而是以学生为本的生态模式，提倡学生自主、合作的学习方式，崇尚探究性学习和探索性学习，可以让学生进入到一个生活化的“生态课堂”，促使学生的主体意识、能动性和创造性不断得到发展，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知的能力、分析解决问题的能力，以及交流合作的能力，使学生的知识与技能、过程与方法、情感、态度与价值观这三个维度的目标得到整体发展，对培养未来需要的创新人才具有现实意义和理论意义。

2 基于Pro／E 构建生态性的课堂教学模式

生态性的课堂教学模式，把学生作为教育本体，充分依靠学生，教师的角色从全权代理的灌输者转变为设计者和促进者;学生由被动的教学信息接受者转变为一个具有创造性的学习者。课堂中教师的语言方面应该加以适当的减少，课堂上教师只是扮演个指导者，学生是演员，教师要精心设计的教学，教师只是用适当的、精练简洁语言加以引导和点播，激发学生的课堂参与度。比如讲平面四杆机构时，教师将平面四杆机构各个基本类型的运动仿真播放给学生，如图1所示。

图1 平面四杆机构

教师引导学生从各构件连接方式、各构件的运动形式去观察分析，得出平面四杆机构的特点及其基本形式有哪些，再告诉学生那个构件为输入的主动件，那个为输出的从动件，让学生观察速度快慢变化，并思考这些机构在哪里应用。经学生思考讨论后，将Pro/E软件测量的构件运动速度图演示出来，印证学生回答的是否正确。比如双曲柄机构，主动曲柄与从动曲柄的速度图如图2所示。

图2 主动曲柄与从动曲柄的速度图

其他内容也是一样，教师设置情境，整堂课中在教师的指导下，学生作为一个活生生的力量参与课堂活动，通过教师提问引导、学生提出问题，师生间以及生生间的合作与交流互动，启发学生积极思考问题，鼓励学生自由地发表意见、开展讨论，自由地质疑和求索，在平等的课堂气氛中，在师生、生生双方共同的合作中，使学生都学懂知识和掌握方法，提高学生分析问题，解决问题能力。培养学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性和创造性。

3 基于Pro/E应用的生态性课堂教学方法和手段

上课前由于学生刚接触机械专业知识，实践几乎为零，对实际使用中的一些机构都很陌生，对机械设备了解又很少，这造成学生对常用机构缺乏感性认识，再加上学生空间想象能力不足，看到二维的图样学生无法想象出各种机构的具体运行方式，似懂非懂，遇到具体问题不会分析，传统的教学方法是采用挂图与教学模型，挂图易损，图上机构模型不能动，难以表达运动的直观性，主要还是通过老师描述，但对于教学模型结构复杂，体积大，给上课时携带带来诸多不便，使用时间一长不免要损坏，而且教材的变化较大，模型往往与教材相脱节，教师不能根据实际情况灵活选用教具，虽现在多数使用了PPT，可展示一些图片，但图片是静态的［2］，缺乏真实运动的直观性，虽然可进行某个过程单一画面演示，但不能随意进行反转、拆卸，使学生观察内部结构及装配关系，更不能充分展示动态变化过程，结果导致学生对一些知识只是简单的记忆，没有真正理解，再加上专科院校的学生基础相对较差，上课时学生对部分较难的内容不能很好理解，难以掌握，因而学生的学习积极性受到挫伤，有的甚至产生厌学情绪，因此改变教学方式，突出学生的主体地位，倡导自主、合作、探究的学习方式，对培养未来需要的创新人才具有现实意义和理论意义。

基于Pro/E软件的教学方法，是采用启发式、引导式教学方式，发挥学生在教学中的主体作用，在机械设计课堂教学中加入了虚拟的机构动画，对于刚刚接触工程实践的学生来说，可大大增强对各种常用机构的感性认识，针对平面四杆机构这章，我们用Pro/E软件把常用典型机构的各种构件进行建模造型设计，生成构件库，在教学过程中可随时调用，组装成不同的机构。教师在Pro/E环境中可以随意装拆、放大，同时可根据实际情况随意旋转、改变对模型的观察方向，可以直观地演示整个机构的装配结构、各构件之间的连接关系，以双曲柄机构为例如图3展示［3］。

图3 双曲柄机构

零件的真实感完全与现实中的零件一样，使教学中的各知识点更加清晰、生动、形象，让学生从真正意义上来认识机构，对各种机构的结构及组成的真正理解;Pro/E软件能进行机构仿真，可以把各种复杂的机构通过形象、生动、逼真的动画演示以三维的形式直观地展示给学生，克服了采用PPT教学中平面图形直观性的不足，从而使学生建立起良好的感性认识;其次，Pro/E是美国参数技术公司的主打产品，其设计过程可以实现真正的相关性，任何修改都会自动反映到所有的相关对象，利用模型仿真不仅可以验证所设计的机构是否满足要求，同时还可以改变相应的参数、或以不同的构件为机架或调用不同长度的连杆进行装配，让学生参与设计并对设计结果进行现场演示加以验证，改变了以往单纯的教学方式，在课堂上真正实现教学的互动，既激发了学生的学习兴趣又加深了印象。

4 结论

课程的课堂教学中，借助于Pro/E软件改变传统的“教师为中心、课本为中心”的教学模式，教师单一传授，学生被动受教的教学模式，转变为主动学习，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，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，充分发挥学生的主观能动性和创造性。

课程的课堂教学中，借助于Pro/E这样一个平台，使用启发式、引导式教学方式，通过机构虚拟装配、拆卸和运动仿真演示，随意旋转模型、改变对模型的观察方向等教学方法，提高了教学的直观性，通过学生主动参与、积极思考、大胆提问、开展讨论探究学习等教学手段，让死气沉沉、枯燥无味的课堂变成了生机勃勃的“生态课堂”。激发学生的观察力和想象力，提高学习的趣味性。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，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，从而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。

［1］ 王 雪.Pro/E课程“教学做”一体化教学模式探讨［J］.课程教育研究，2014(11):290-291.

［2］ 孟婷婷.Pro/E软件在高职高专机械制图课程中的应用［J］.中国现代教育装备，2011(23):38-39.

［3］ 葛正浩，杨芙莲.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0机构运动仿真与运动分析［M］.北京:化学工业出版社，2008.