張小雪

面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的逆向工程技術(shù)教學(xué)探索

張小雪

（山東華宇工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，山東 德州 253034）

逆向工程技術(shù)是車輛工程、材料以及機(jī)制專業(yè)一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程，為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，根據(jù)課程特點(diǎn)，通過分析目前教學(xué)中存在的問題，探索了“以學(xué)為中心，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力為主線”的課程教學(xué)改革；文章主要圍繞課程內(nèi)容、教學(xué)方法、課程建設(shè)以及考核評價(jià)等四個方面進(jìn)行探索，打破了原有知識結(jié)構(gòu)，將課程以項(xiàng)目貫穿始終。通過教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對課程的參與度，對學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)起到了關(guān)鍵的作用，對縮短學(xué)校所學(xué)與社會所需之間的差距具有一定的推動作用。

實(shí)踐能力；教學(xué)改革；逆向工程技術(shù)；教學(xué)探索

逆向工程技術(shù)又稱反求工程、反向工程等，我國作為最大的發(fā)展中國家，消化、吸收發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)是重要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段，逆向工程技術(shù)為產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了更加快捷的工具，縮短了開發(fā)周期，據(jù)統(tǒng)計(jì)逆向工程技術(shù)可使產(chǎn)品的研制周期縮短40%以上[1]，極大地提高了生產(chǎn)效率，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械制造、工藝等方面，已成為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力的支撐。逆向工程技術(shù)作為高校本科機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化和材料成型及控制工程的一門課程，是對現(xiàn)有零件或者產(chǎn)品進(jìn)行分析，通過測量設(shè)備、CAD/CAM軟件以及快速成型制造技術(shù)對其再創(chuàng)造的過程。課程包括實(shí)物或產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及反求建模、模型制造幾個階段，是一門跨越多學(xué)科、多領(lǐng)域的課程。這就要求學(xué)生不僅要有建模相關(guān)的理論知識，還要具備較強(qiáng)的動手能力，能夠熟練操作設(shè)備對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行再創(chuàng)造的能力。基于應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)要求培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才總目標(biāo)，重視學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]，從教學(xué)現(xiàn)有問題出發(fā)，積極探索課程改革內(nèi)容，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容缺乏連貫性

逆向工程技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，教學(xué)內(nèi)容缺乏完整性和系統(tǒng)性。逆向工程作為一種新興技術(shù)，一方面在原理層面上還在不斷地有大量研究成果出現(xiàn)，另一方面已成熟的一些技術(shù)已進(jìn)入企業(yè)實(shí)用階段。課程包括數(shù)據(jù)測量、反求建模和快速成型三大部分，目前學(xué)校將其分成了三門課程，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容分散，無法形成以數(shù)字化貫穿測量、設(shè)計(jì)與成型的整體意識?；趹?yīng)用型本科院校要求培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型本科人才的前提下，有必要對內(nèi)容進(jìn)行整合，突出學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1.2 教學(xué)重理論輕實(shí)踐，不足以支撐人才培養(yǎng)方案

逆向工程技術(shù)作為一門交叉學(xué)科的課程，從整個產(chǎn)品開發(fā)看，一個完整的流程應(yīng)該包括逆向測量→逆向建?！焖俪尚?。逆向工程技術(shù)有近三分之二的工作是應(yīng)用軟件和設(shè)備的操作，目前課程教學(xué)更偏向于注重培養(yǎng)學(xué)生的理論知識，這就使得很多學(xué)生的理論知識牢固，但實(shí)際操作應(yīng)用能力不強(qiáng)，在學(xué)生就業(yè)過程中還要接受一定的崗前培訓(xùn)才能適應(yīng)現(xiàn)有的工作，然而很多企業(yè)在培養(yǎng)人才的時(shí)候并不愿意再花更多的時(shí)間來對學(xué)生進(jìn)行崗前培訓(xùn)，這就使得學(xué)生的就業(yè)能力下降。一些學(xué)生也會因?yàn)槿狈?shí)踐能力而放棄自己所學(xué)的專業(yè)。

1.3 教學(xué)方法單一

逆向工程技術(shù)課程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。要求學(xué)生具有熟練操作設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的能力、熟練運(yùn)用軟件進(jìn)行反求建模的能力以及熟練運(yùn)用快速成型技術(shù)制造的能力，傳統(tǒng)教學(xué)主要以教師講授為主，花費(fèi)多學(xué)時(shí)讓學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識，但是在實(shí)際操作中，往往無法將所學(xué)理論知識應(yīng)用上，導(dǎo)致理論知識的脫節(jié)和學(xué)生應(yīng)用能力的缺乏。

2 面向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)探索

2.1 教學(xué)改革思路

基于目前學(xué)現(xiàn)狀的分析，在教學(xué)中轉(zhuǎn)變思維，變“以教為中心”為“以學(xué)為中心”，更多地關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)完課程后，具備怎樣的知識和能力？他們學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該完成哪些學(xué)習(xí)任務(wù)，我如何通過這些學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況來評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果？

確定了以學(xué)為中心，以培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力為主線的建設(shè)思路，整合教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法、豐富教學(xué)資源，改進(jìn)評價(jià)方式，達(dá)到從多維度聯(lián)合提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，縮小學(xué)校所教與企業(yè)所需之間的差距，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力，如圖1所示。

圖1 教學(xué)改革思路

2.2 以培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力為主線的教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合我校專業(yè)特色，對逆向工程技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)研究，構(gòu)建以實(shí)用性內(nèi)容為主的，培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的課程內(nèi)容體系?；诖艘援a(chǎn)品數(shù)據(jù)采集→造型→產(chǎn)品制造為導(dǎo)向，打破原有章節(jié)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了劃分與融合，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)容從模塊化到項(xiàng)目化[3-4]的轉(zhuǎn)變過程。將教學(xué)內(nèi)容細(xì)化為軸承座測量及建模、汽車指示燈罩反求建模2大項(xiàng)目貫穿全部內(nèi)容，2個小組學(xué)習(xí)項(xiàng)目，如表1所示，使學(xué)生能夠通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成項(xiàng)目內(nèi)容。

表1 教學(xué)內(nèi)容

項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容要求備注 鼠首反求造型（觀看視頻）逆向工程技術(shù)概述以視頻案例引出，了解逆向工程技術(shù) 逆向工程關(guān)鍵技術(shù)（數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)字化反求建模和快速成制造技術(shù)） 軸承座測量及建模三坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀察軸承座結(jié)構(gòu)特征，完成數(shù)據(jù)采集及建模對比兩種模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對不同的物體選用合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，學(xué)習(xí)快速成型制造相關(guān)知識，完成產(chǎn)品的逆向成型 三坐標(biāo)測量機(jī)的認(rèn)知 平面立體測量 曲面立體測量 汽車指示燈罩反求建模激光掃描儀觀察汽車指示燈罩結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及建模 關(guān)節(jié)臂式測量機(jī) 建模(快速曲面造型和傳統(tǒng)曲面造型 計(jì)算機(jī)輔助檢測 汽車后視鏡逆向設(shè)計(jì)逆向工程技術(shù)的綜合應(yīng)用小組自選任務(wù) 公交車乘客拉手逆向設(shè)計(jì)

根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)程的需要設(shè)計(jì)的實(shí)踐項(xiàng)目，具有規(guī)模小、成本低、學(xué)時(shí)短的特點(diǎn)，通過項(xiàng)目的分析與實(shí)施串聯(lián)知識點(diǎn)，加深和強(qiáng)化同學(xué)對課程內(nèi)容的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的測量設(shè)備的動手操作能力、反求建模能力、繪圖能力及3D打印操作能力，使學(xué)生在學(xué)習(xí)完課程后，能夠針對某一實(shí)物，通過分析選擇合適的測量設(shè)備對其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理建立模型，選用合適的3D打印設(shè)備進(jìn)行打印成型。實(shí)現(xiàn)了源于實(shí)物，歸于實(shí)物的閉環(huán)學(xué)習(xí)。

逆向工程技術(shù)主要服務(wù)于創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及還原設(shè)計(jì)。這就需要學(xué)生具有勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的能力及精益求精的大國工匠精神，思政建設(shè)目標(biāo)為堅(jiān)持知識傳授與思政教育密切融合的原則，以新時(shí)代工匠精神為切入點(diǎn)，把愛國情懷、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度與學(xué)習(xí)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，思政元素如表2所示。

表2 課程思政融入

課程內(nèi)容融入案例培養(yǎng)目標(biāo) 逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)電影《十二生肖》片段愛國情懷、責(zé)任感 三坐標(biāo)測量系統(tǒng)因圖紙審核不清楚造成的鉆孔定位偏差嚴(yán)謹(jǐn)性、責(zé)任意識 手持式激光掃描儀3D掃描儀助力整形外科手術(shù)高效開展創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力 快速成型制造江西寶航新材料有限公司，已經(jīng)成功研制了超高強(qiáng)度鋁合金HS5601科技是第一生產(chǎn)力 3D打印技術(shù)3D打印技術(shù)之父查克·赫爾的故事踏實(shí)敬業(yè)，開拓創(chuàng)新的工匠精神

2.3 教學(xué)方法多樣化

課程注重“以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為主線，以學(xué)為中心”，由傳統(tǒng)的課堂講授優(yōu)化為以線下教學(xué)為主，線上教學(xué)為輔的教學(xué)新方式[5]。以學(xué)為中心的教學(xué)方式，更好地促進(jìn)了“以學(xué)生為中心”和學(xué)生能力的培養(yǎng)。

線上，學(xué)生通過提前預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，參與線上測試，做好筆記；線下，利用三坐標(biāo)測量實(shí)驗(yàn)室、兩個快速成型實(shí)驗(yàn)室，五個機(jī)房，以學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為主，實(shí)現(xiàn)兩個一體化：教學(xué)內(nèi)容一體化，即理論知識和實(shí)踐知識融合在一起，實(shí)現(xiàn)做中學(xué)，學(xué)中做；教學(xué)場所一體化，即軟件操作、硬件操作和知識講解同在一個場所。

在教學(xué)過程中以項(xiàng)目化教學(xué)為主，融合了任務(wù)化教學(xué)、小組討論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，讓學(xué)生“知其然，并知其所以然”。

例如在學(xué)習(xí)汽車指示燈罩的制造過程中，采用項(xiàng)目化教學(xué)和小組式教學(xué)，班級共32人，5人一組，合作完成從數(shù)據(jù)的采集，反求建模和模型的成型制造（見圖2）。學(xué)生首先在線上學(xué)習(xí)手持式激光掃描儀的原理并搜集相關(guān)應(yīng)用資料，參加線上測試，線下上課時(shí)，要求學(xué)生匯報(bào)所學(xué)資料，教師根據(jù)各組匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)講解，并進(jìn)行演示操作，學(xué)生按照分好的小組進(jìn)行測量，完成數(shù)據(jù)的采集及處理，同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)采集和成型制造的過程較慢，課上時(shí)間不足以完成整個的制造過程，要求學(xué)生利用課下時(shí)間完成模型的3D成型過程，與項(xiàng)目一軸承座進(jìn)行對比，總結(jié)激光掃描測量與三坐標(biāo)測量機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，加深印象的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)采集能力、數(shù)據(jù)處理能力、建模的能力和成型制造的能力。同時(shí)也會將小組的自選任務(wù)進(jìn)行下發(fā)，要求學(xué)生充分利用時(shí)間完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

圖2 小組式學(xué)習(xí)

為了進(jìn)一步提高學(xué)生對課程的參與度，基于此優(yōu)化教學(xué)資源建設(shè)方式，課程資源采用“師生共建”的方式，如圖3所示。例如由于軟件版本的不同，遴選學(xué)生優(yōu)秀演示案例加入課程資源建設(shè)，或者通過布置作業(yè)的方式，學(xué)生梳理每一項(xiàng)目或任務(wù)的知識點(diǎn)（為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力，會提醒學(xué)生用思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行梳理知識點(diǎn)），遴選優(yōu)秀案例加入每一節(jié)的學(xué)習(xí)導(dǎo)論，這樣的方式既能夠激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的積極性，又能提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，也提高了學(xué)生對于課程的參與度，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對課程的興趣。

圖3 遴選學(xué)生優(yōu)秀案例

2.4 過程性考核為主的評價(jià)

課程優(yōu)化后，通過對教學(xué)內(nèi)容的研究與探索，整合了教學(xué)內(nèi)容，加大了實(shí)踐環(huán)節(jié)占比，基于此加強(qiáng)教學(xué)過程性考核，其中平時(shí)成績占50%，期末考試成績占50%。具體課程成績評定標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。根據(jù)逆向測量→逆向建?！焖俪尚偷慕虒W(xué)思路，通過對學(xué)生數(shù)據(jù)處理的結(jié)果、建模的質(zhì)量以及作品的完成度等全方位的教學(xué)過程性評價(jià)，消除學(xué)生等、靠的懶惰思想，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。

表3 課程成績評定標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目分?jǐn)?shù)占比評分 一級指標(biāo)二級指標(biāo) 過程性考核（50%）線上資源學(xué)習(xí)10%根據(jù)超星平臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行評分 線上測試5%根據(jù)學(xué)生回答是否正確，提交是否及時(shí)評閱得分 課中討論及總結(jié)10%主要根據(jù)學(xué)生是否參與討論以及課堂小結(jié)得分 小組作業(yè)15%根據(jù)小組間的互評和小組匯報(bào)綜合量化得分 實(shí)驗(yàn)10%根據(jù)學(xué)生動手操作情況以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確情況綜合量化得分 期末測試（50%）專業(yè)知識測試50%由評分標(biāo)準(zhǔn)評閱試卷給出得分

3 改革成效

結(jié)合人才培養(yǎng)方案，以項(xiàng)目引領(lǐng)，結(jié)合多種教學(xué)方式，將傳統(tǒng)的理論課堂搬到了學(xué)、練、做于一體的實(shí)驗(yàn)室，將課程所有知識點(diǎn)及技能穿插在各個項(xiàng)目中，化知識的“無形”為實(shí)物的“有形”，教學(xué)中突出學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)，提高了學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課程的參與度，對于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力起到了關(guān)鍵作用。其中，在小組任務(wù)中除了自選任務(wù)之外學(xué)生完成了公交車?yán)帧⑥r(nóng)用車燈、汽車后視鏡等的逆向工程設(shè)計(jì)，另外完成了實(shí)驗(yàn)室汽車輪轂的數(shù)據(jù)采集、建模及快速成型，并參與了課程的任務(wù)的拓展及課程模型的制作中，通過對比，2018級本科機(jī)制1班的逆向工程技術(shù)考核成績相較于2017級本科機(jī)制1班的學(xué)生成績良好率由原來的6.25%，提高到了23.73%。

4 結(jié)論

以現(xiàn)有教學(xué)問題出發(fā)，確定了“以學(xué)為中心，以培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力為主線”的建設(shè)思路，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組，以項(xiàng)目為核心，穿插理論與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了源于實(shí)物，歸于實(shí)物的閉環(huán)學(xué)習(xí)。深挖思政元素，使思政教育與專業(yè)教育同步同行，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了教學(xué)方法和教學(xué)評價(jià)方式，使其更加貼合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)為進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對課程的參與度，確定了師生共建的方式，使學(xué)生真正成為課程的主人，進(jìn)一步提高學(xué)生對課程的參與度，激發(fā)學(xué)生的自主性和對課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

[1] 成思源,楊雪榮.逆向工程技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022.

[2] 張圓圓,王躍飛,莊遠(yuǎn),等.面向工程能力培養(yǎng)的“電工電子實(shí)訓(xùn)”課程改革[J].裝備制造技術(shù),2022(6):193- 195.

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[5] 張軍科.線上線下混合式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐:以“精細(xì)化學(xué)品檢驗(yàn)技術(shù)”課程為例[J].安徽化工, 2022,48(4):200-203.

Exploration of Reverse Engineering Technology Teaching Oriented to Practical Ability Training

ZHANG Xiaoxue

( School of Mechanical Engineering, Shandong Huayu University of Technology, Dezhou 253034, China )

Reverse engineering technology is a professional course with strong practicality for the majors of vehicle engineering, materials, mechanical design and manufacturing and automation. In order to improve the students' engineering practice ability, according to the characteristics of the course, by analyzing the problems existing in the current teaching, this paper explores the curriculum teaching reform of "learning centered, and cultivating students' engineering practice ability as the main line".The article mainly focuses on the four aspects of curriculum content, teaching methods, curriculum construction and evaluation, breaking the original knowledge structure, and running the curriculum through projects. Through the teaching reform,students'interest in learning and participation in the curriculum have been improved, which has played a key role in the cultivation of students' engineering practical application ability, and has a certain role in promoting the gap between what the school has learned and what the society needs.

Practical ability; Teaching reform; Reverse engineering technology;Teading exploration

G420

A

1671-7988(2023)11-202-05

張小雪（1993－），女，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)，E-mail:1120898096@qq.com。

山東華宇工學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“面向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的《逆向工程技術(shù)》課程教學(xué)改革研究”（2021JG12）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.038