PBL模式在逆向工程技术课程中的应用探索

陈海吉

摘要：PBL模式基于问题学习（Problem-Based Learning，简称PBL，也被翻译成“问题式学习”，“问题本位学习” ），与以教师为中心的传统教学模式有所不同，PBL教学模式是以学生为中心的教学方法。在逆向工程课程中渗透这种教学方法，以达到学习者终身学习的目的。本文简要介绍PBL模式应用于逆向工程技术课程的优势，并对其在教学情境设计中的应用进行综述。

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.

关键词：PBL模式；逆向工程技术；教学设计

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

中图分类号： G424.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）33-0178-02

0 引言

随着科学技术的发展，人类从十八世纪英国的工业革命，到现在全面步入信息时代。机械工业将成为国家发展相当重要的要素和资源，是推进经济发展、产业进步和科技创新改革的动力之一。信息化时代对机械工业提出了更高的要求，由原来传统手工业的去除材料的加工方式，到现在3D打印逆向工程技术的变革，再到智能工业的自动化无人值守，都要求教育者培育出具有相对较高知识素养的技术人才。所以，为造就驾驭先进制造知识的专业型、技能型人才，大力推动国家基础工业，已成为未来教育的重要工作任务之一。《逆向工程技术》课程作为一门机械类专业必修课，学好《逆向工程技术》课程需具备较扎实的专业基础知识，如何进一步提高学生的学习效率、调整学习状态，如何把学生造就成具备专业素养和专业技术的应用人才，是专业课教师应深化钻研的问题。本文拟探讨PBL模式在逆向工程技术课程中的应用。

1 源于问题模式的教学方法

PBL模式基于问题学习（PROBLEM-BASED LEARNING，简称PBL，也被翻译成“问题式学习”），与以老师为中心的传统教学模式有所不同，PBL教学形式是以学生为核心的教学方法。最早起源于二十世纪50、60年代的医学教育。学生课上分成小组进行讨论，在教师的参加、辅导和引领下，围绕特定的、复杂的、多情境的、基于实践问题的专题或传染病例进行问题的提出、讨论和学习的全过程，其中心是以情境式的问题为核心，以学生探讨为主体，教师为领引者。这种新的教学形式，教学上从提出问题、讨论并研究问题、解决情境问题、实施问题等步骤。极大的激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力，提高学生创新思维和综合能力，有着传统教学法无可替代的优越性，是近年来受到普遍重视的教学形式之一。

2 PBL模式应用于逆向工程技术课程的优势

2.1 创新性逆向工程技术课程的主要特点

2.1.1 创新性

工业领域的实际应用中，逆向工程技术在新产品设计研发中起着至关重要的作用，逆向工程技术主要针对复杂外形的、外形不规则的零件进行复制，特别是空间的自由曲面或很难用常规方法加以精确处理的。在创新设计方面对已有零件损坏或磨损，以及特殊领域，如：文物、骨骼等产品的复制、还原、修复，能够使用Reverse Engineering的方法进行制作、修改、创新，从而优化产品的精度，直至满足客户的各种需求。

2.1.2 技术性

Reverse Engineering，是指采用一定的接触式或非接触式的测量方法对实物或模型进行测量，依据测量数据，经过UG、Pro/E等建模软件重构实物的立体模型的过程。Reverse Engineering，也称反求工程或反向工程，即RE。是对现有三维实物，利用三维数字化测量设备疾速、精确的获取内外轮廓的点云数据，并加以重建、优化、修正、编辑，生成通用输出格式如：*.igs等的曲面数字化模型，采用数控加工程序或3D打印快速成型制造技術加工所需的模型截面轮廓数据。

2.1.3 实践性

Reverse Engineering学科是实践性极强的学科，点云的获取、处置等根本功能都离不开上机实践操作。其中包括使用单目式扫描仪对现有模型进行点云数据的获取；应用Geomagic Studio等相关点云数据处理软件；到最后的快速成型技术-3D打印。在实践的过程中，教师引导学生不但将单目式扫描仪、三坐标测量仪等设备作为实现采集创新设计的一种“武器”让这种“武器”在模型的构思与创造环境的强有利的工具，经过数据的获取和处理能造就学生们的自主学习能力、动手操作能力、探索能力和创新意识。

2.2 PBL模式在逆向工程技术课程教学中的优势

2.2.1 PBL模式有利于教学情境的设计

Problem-Based Learning是以问题为基础，学生在学习过程中起主体位置，能够提升学生的自主学习的兴趣，培育学生的综合能力。老师针对核心的教学内容，正当的设计出适宜学生自主学习的情境问题体系，这是PBL教学的重要环节之一。问题设计小组由老师和学生，或学生和学生组成，共同对技术核心难题情境进行相关的设计，并且情境问题的设计既要符合教学大纲，又要突破教学重难点，更要贴近现实生活，才能够最有力地激发学生的学习兴趣。所以PBL模式有利于教学情境的设计。endprint

2.2.2 PBL模式有助于教学目标的实现

《逆向工程技术》课程的总体目标是“培养具有创新型专业技能人才”，培养出即具有较高的创新意识，并运用创新技能解决“问题情境”的能力。学习者建构灵便的知识框架、造就更高层次思维能力和创造力、成为学生主体最有效的参于者；PBL不仅以获得知识为目的，而且要从本源上解决教学情境中所提及到的重点、难点的真实问题，在学习过程中，强调如何使用所能获取到的各种数据信息资源的手段，每个学生在小组中都发挥本身的作用、合作、探寻，并解决问题。

2.2.3 PBL模式更有针对性的突破教学重难点

有针对性的突破教学重难点是实施PBL形式的关键环节。学习者在处置问題的同时，更要深化讨论问题中的难点和要害点，使用Geomagic Studio等相关软件，能化静为动，化形象为直观，化难为易。使在《逆向工程技术》课程的教学中，学生能够接受抽象、直观、活跃的影音视频等媒体信息，冲击学生视觉和听觉，时时刻刻抓住学生的注意力，更有效地突破教学重难点。

因而，在教学过程中要施展PBL形式的情境长处，打破教学难点。老师依据学生的不同知识基础、学习趣味、个人爱好，巧妙地筹备和设计相关的教学资源包，不但对问题情境中重点、难点内容的理解具备积极推进的作用，而且教学资源难易得当，既有基础知识，也有提高知识，既能支持自主探索学习、按部就班的学习，也能支持独立创新、循序渐进的学习。

3 基于PBL模式的教学设计过程

3.1 营造情境，提出问题

在教学中，老师要依据《逆向工程技术》课程的特点、教学目的、情感目标，以及学生的主要特点，创设相应的问题情境，并用运用信息手段对上节课的重难点进行深层次的讨论，目标课使用什么样的方法，处理的是什么问题。这个问题是与现实理想的生活息息相干、密不可分的，以便能够更好的吸引学生注意力、激发学习兴趣、调动学生学习的积极性、主动性。老师在教学过程中对学生进行有效的组织实施、资源供给、引导学生进入自设情境。

PBL教学形式体现了建构主义的“如何学”与“如何教”的教学理念。强调在真实的问题情境中，在老师的指导、学生和学生之间的互相协助下，学生使用原有知识构造中的有关阅历经验，分析处理现有问题所需的知识、技能，并利用必要的教学资源包，对现有问题进行分析、判读、创新。积极、主动地建立新旧知识之间的关系，剖析这种“关系”，完成知识框架的建构，从而更有效地处置问题。

3.2 分析问题，明确目标

学生在问题情境自行分析题，如本节课需要哪些软件操作命令，哪些是问题的难点，而又通过什么办法解决这些问题；在这些问题的“连环”引导下，明确了教学目标。这样的学习形式大大地缩短了学生剖析问题的时间，提高了学习效率。进一步培养学生的学习习惯，激发学生的学习主动性。教师更灵活地、自然地创设互助学习场景，在此基础上明确课程的学习命令，布置任务。学生在围绕问题，在相应的工作环境下进行思考的同时，也对产品的设计有新的创新思路。

3.3 自主探究，应用目标

学生利用Geomagic Studio软件对知识点、技能点的运用进行了尝试，培育学生的动手能力，加强对问题情境中所提及到的重难点问题的了解，致使对新知识、新技能有了更进一步的理解、掌握，并“消化”。学生针对问题可以采用3D打印的快速成型技术，马上把自己的思想“变成”现实的产品，通过对产品数据的再次分析，可以对原模型进行更改。教师在学生的应用目标的过程中强调操作要点、巡回观察、指导和总结。掌控整个教学进程并进行恰当地调控，提供优化方案。

3.4 评价总结、夯实基础

经过交流和讨论、总结和评价，使学生在问题情境中所发现的问题和整个学习过程进行自我的评价、鉴定和反思，有利于教学目标的“消化”，更有利于培育学生的自主学习能力、创新意识、创新思维，完成正确的情感目标。老师经过组织学生展开交流总结，对学生进行主观地评价，对学习中呈现的问题进行归结、演绎、解析。联合工作的实践进程及实践结果，进行主张、探寻、归纳、总结、反思、反馈等。

4 结束语

①PBL教学形式的理念与目的、教学措施与手段合乎人类对科学探索的自然规律，而传统的教学以老师为核心、学习者被动的学习形式难以到达造就终身学习的目标，PBL教学法则适应这一条件，在处理问题的方法中，能够培育学生的创新能力和素养：如剖析并处理问题的才能，利用参考资料和图书馆获取知识的技艺，集体合作协作以及自主学习的才能。并且学习方法百变多样，不限时间、空间和地区的制约，能适应各种学界，满足终身学习需求，适应了时代的进步趋势。

②PBL教学形式有利于造就学生综合判辩和处理现实问题的技能，培育自主学习的能力和素养，与当代信息社会对人才培育的条件根本同一，其特有的先进性、科学性，是值得模仿和推行的教学模式。

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