基于项目式教学的“逆向工程技术”课程教学探索*

周渝庆

基于项目式教学的“逆向工程技术”课程教学探索*

周渝庆

（重庆工业职业技术学院机械工程学院，重庆401120）

在“逆向工程技术”课程中，选取企业的真实项目为教学内容，并实施了项目式教学法.提出了在项目式教学过程中需要注意的问题，并采用对学习者制作的产品进行质量评价、教师的观察清单和问答清单等方式对学习成果进行鉴定.教学实践表明，所采用的教学方法能让学习者很好地掌握逆向工程技术的知识与技能，提高了学习积极性与主动性；学习成果的鉴定方法比期末一次性考试更加客观.研究为高职的CAD类课程提供了一套切实可行的教学方法.

项目式教学法；逆向工程技术；职业教育；学习鉴定

在产品的开发和制造过程中，由于各种原因，设计师和制造者不能得到产品的计算机辅助设计（CAD）模型，面对的是实物样件.为了应用先进制造技术，需要通过一定途径和手段将实物样件转化为CAD模型，并进一步应用计算机辅助工程分析（CAE）和计算机辅助制造（CAM）技术实现分析、再设计、制造，进而开发出符合要求的先进产品［1］.与正向设计相比，应用逆向工程技术能大大降低制造周期，并节约成本.逆向工程技术广泛应用于汽车、摩托车、模具、玩具、医学、艺术品的设计［2］.逆向工程过程如图1所示.

图1 逆向工程流程图

目前，一些高职院校已经认识到逆向工程技术在现代产品开发和制造中的重要性，在机械设计与制造、工业设计等相关专业开设了“逆向工程技术”课程.让学生学习和了解逆向工程的理论和基本过程，掌握一些常用的逆向设备和软件操作方法，提高解决问题的能力，掌握一门实用技术，拓宽就业渠道和对未来工作的适应能力，实现可持续发展［3］.

基于工作过程的项目式教学法，是结合高职院校学生的学习特点，按照工作过程设置学习项目，以学生自主学习、自主寻求解决问题的方法为主，通过师生共同努力完成的教学活动.基于工作过程的项目式教学法与传统的教学方法不同，不以老师讲授、学生被动接受的方式为主进行教学，它将教学过程与具体的工作项目充分融合，围绕具体的、来自企业的项目组织教学内容，使教学内容的知识体系与能力体系深度融合［4］.采用企业的真实项目来组织教学，不仅能让学生参与到实践项目中来，与实际职业岗位工作结合更紧密，极大地提高学生学习的积极性；而且能通过项目的实施，使学生养成主动思考、主动寻求解决问题方法的好习惯，并培养团队协作能力.

本文针对“逆向工程技术”课程，在教学改革中实施项目式教学法，并采用对学习者制作的产品进行质量评价、观察清单、问答清单等方式对学习成果进行鉴定.

1 项目式教学法在“逆向工程技术”课程中的实践

1.1项目式教学法的项目选取

在项目式教学的实践中，我校主要是通过校企合作，利用企业丰富的项目、技术资料和技术人才来实现课程教学项目的设立.在制定课程标准时，结合专业的培养方向对教学内容进行了重构，确定了基于工作过程的项目式教学内容.教学内容选取具有典型性、全面性、由简单到复杂的项目，如简单的汽车零部件、汽车覆盖件和车身的逆向工程项目.每个项目都包括：逆向工程数据采集、数据预处理和模型重建三个阶段.

1.1.1 数据采集

数据采集，是指通过数据采集设备（如三坐标测量机、拍照式三维扫描仪等）和采集方法，将物体的表面形状转化成离散的几何点坐标数据（称为点云），在此基础上，就可以进行曲面的模型重建、精度和曲面质量评价、改进和再制造.因而，高效、高精度地实现实物样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步骤.逆向工程中物体表面数据采集方法包括接触式和非接触式两大类.接触式包括三坐标测量机和关节臂测量机；而非接触式主要有基于光学的三角法、激光测距法、结构光法、图像分析法以及基于声波、磁学的方法等，如使用激光扫描仪、拍照式三维扫描仪等［5］.

1.1.2 数据处理

由于数据采集设备、各种人为或随机因素以及环境因素的影响，数据采集过程中不可避免地会引入一些模型重建不需要的点，称为噪声点.点云的预处理包括去除噪声点、数据精简和提取数据的特征信息.目前采用的方法主要有傅里叶变换方法、非线性的中值滤波和高斯滤波等方法［6］.数据精简能够减少数据总量，提高计算机数据处理速度，但数据精简过多又会影响模型重建的精度和细节特征的重建，所以通常在保证一定精度和特征的前提下减少点云数据量.

1.1.3 模型重建

产品的逆向工程模型重建包含实物样件点云的网格化、特征提取、数据分块和曲面生成等［7］.模型重建是整个逆向过程中最关键、最复杂的一环，也为后续的计算机辅助工程分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等应用提供CAD模型支持.其内容涉及计算机技术、图像处理技术、测量和数控加工等众多交叉学科和工程领域.当前使用的逆向工程模型重建软件主要有Imageware、Geomagic、CopyCAD等专用逆向工程软件和CATIA、UG、Pro＼E等通用三维软件［8］.根据专业培养方向和企业的需要，我校针对目前企业使用得最广的Imageware、CATIA软件进行教学.

1.2项目式教学法的实施过程

在“逆向工程技术”课程的教学中，将教学内容包含于简单的汽车零部件、复杂的覆盖件和车身等项目中，通过项目的实施学习知识，培养和训练数据采集设备和软件操作技能，使学生真正做到在做中学，学中做，提高实践能力和解决项目实施中的问题的能力.实施步骤如下：（1）学生自主查找项目相关的资料并分析工作项目，熟悉工作项目的基本要求，找到完成工作项目所需的知识点.（2）教师结合工作项目讲解相关知识点和能力点，在适当的时机聘请企业的技术人员讲解实施项目的方法.（3）学生在教师的指导下制定项目实施方案，形成书面记录，并完成项目实施的工作分工.（4）学生根据项目实施方案实施项目，独立完成自己的工作任务.在任务驱动下，采取“做学合一”的方式在实训室利用数据采集设备、计算机、逆向工程软件等教学资源，按照项目式教学方法的要求，在教师的指导下查阅技术资料、进行模型重建，直至完成项目为止.

2 学习成绩鉴定和教学效果

2.1学习成绩鉴定

学习成绩鉴定包括形成性鉴定和终结性鉴定.形成性鉴定注意学生的学习进展，同时，便于教师修改教学方案；终结性鉴定对学生的总结性评价，判定学生是否满足该项目要求的技能.鉴定方法包括评价学生做出的产品、观察、问答等方法.鉴定工具包括能力标准执行清单、鉴定说明书（操作说明书、鉴定单、评分标准）、学生鉴定的说明书（鉴定单、鉴定说明）.项目包含的内容清单、观察清单，书面回答问题，具有统一标准的答案及评分标准.

通过观察学习过程和收集学习者做出的产品，并采用问答方式对学习者进行考核.按照50%的形成性鉴定和50%终结性鉴定对学习者进行综合评价.教学实践表明，这种方法更加客观地评价了学习者的学习过程和学习能力，提高了学习者学习的主动性和积极性.

2.2教学效果评价

在采用项目式教学方法前，学生普遍认为“逆向工程技术”课程不好理解，与实际工作结合不紧密，不知在企业有什么用处，缺乏学习积极性，教学效果不理想.在项目式教学法中，教师充当顾问、协调者和客户等多重角色，通过行为方式激发学生的学习积极性，引导学生自主完成工作项目，帮助学生按确定的计划完成任务，从而达到课程的学习要求；同时，强调学生要有独立思考、独立寻求解决问题方法的机会，能在一定的时间范围内自行组织、安排他们的学习时间.学生要自行处理工作项目中的困难和问题，并清晰地知道自己在学什么，对将来的就业和可持续发展有什么用处，学习兴趣明显提高，取得了良好的教学效果.

3 项目式教学法在“逆向工程技术”课程实施中的关键问题

3.1教学方式和要求的转变

在传统的教师讲授、学生被动学习的教学方式下，大多数学生基本上都已经习惯了被动接受知识的学习方式，而“逆向工程技术”课程采用项目式教学，要求学生要自己积极主动地自主学习.学生必须面对工作项目，自己寻找解决问题所需要的资料，自己去探索解决问题的途径和方法，清楚自己在团队中的作用，这对学生来说无疑是一个巨大的挑战.教师应当尽量让学生理解项目式教学的意义，当学生遇到问题时应及时给予指导和引导.学生在做项目的过程中，会遇到不同的困难，甚至教师在以前的教学工作中都没有遇到的问题，所以教师应有宽广的知识和熟练的操作技能，同时也需要花费比传统授课方式更多的时间和精力.

3.2项目实施过程中相关设备和软件的操作

在应用逆向工程数据采集设备时，教师先慢速做示范，并进行讲解.然后再按正常速度进行数据采集，然后学生分组动手操作逆向工程数据采集设备，让学生自己真正学会和掌握设备的操作，同时也提高了团队协作的能力.

在数据处理和模型重建的教学中，学生过去没有接触过逆向工程专用软件，命令太多，记不住，容易混淆，不能灵活使用.这时，教师应对项目实施过程中用到的软件命令进行详细讲解和操作，并提供必要的参考资料，学生不断地模仿直至能熟练操作软件，让每个学生都能完成项目，完成课程的学习.

3.3营造适合项目式教学的学习氛围

项目式教学法强调以学生自主学习为中心，以小组学习为单位，学生积极主动参与项目的实施.因此教师要善于创设宽松、民主、自由的学习氛围来激发学生的学习兴趣、团队协作能力和解决问题的能力.

4 结论

“逆向工程技术”课程在实施项目式教学法后，改变了传统的教学方式.这种改变使学生不是被动地学习知识和技能，而是主动地参与到项目中进行学习，符合高职院校学生学习的特点.在教学过程中，学生的自主学习能力、动手能力、团队协作能力、寻找问题解决方案的能力都得到了锻炼和提高.我们将继续深入探讨项目式教学法在其他课程中的应用，加强与企业的联系，改进项目素材的选取，争取项目来源于企业而高于企业，让学生的学习成果达到企业的要求.

［1］Raja V，Fernandes K J.Reverse Engineering：An Industrial Perspective［M］.Springer，2008.

［2］成思源.逆向工程技术综合实践［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［3］罗烽.开设逆向工程实训课程的探索［J］.现代教育技术，2011，（5）：145－148.

［4］李志明，易磊.项目教学法在工程机械PLC与单片机课程中的应用［J］.职教通讯，2011，（6）：34－36.

［5］Bagci E.Reverse engineering applications for recovery of broken or worn parts and re－manufacturing：Three case studies［J］.Advances in Engineering Software，2009，（6）：407－418.

［6］董三锋，吴小晴，冯兰芳，等.基于反求工程的汽车内饰件逆向设计［J］.机械设计与制造，2009，（9）：30－31.

［7］Wickers GW，Bradley C.Curved surfacemachining through circular arc interpolation［J］.Computer Industry，1992，（3）：329－337.

［8］Aoyama H，Suzuki Y.Autonomousmeasurement of physicalmodel shape for reverse engineering［J］.Journal of Manufacturing Systems，2001，（6）：375－382.

Study on the Project－based Teaching Method for the“Reverse Engineering”Course

ZHOU Yuqing
（School of Mechanical Engineering，Chongqing Industry Polytechnic College，Chongqing 401120，China）

Taking real projects of companies as the teaching contents，the project－based teachingmethod is applied in the“Reverse Engineering”Course.This study proposes issues which should be paid attention to in the process of project－based teaching，and assesses students’academic performance via evaluating the quality of students’works，and using teachers’watching lists and Q＆A lists.It is indicated that the teachingmethod can enable learners to bettermaster the knowledge and technique of reverse engineering，and improve their learning initiation；the assessmentmethod is better than just relying on the final examination.It provides a feasible method for the CAD courses in higher vocational college.

project－based teachingmethod；reverse engineering；vocational education；assessment of learning performance

G712

A

1008－4681（2014）02－0127－03

（责任编校：晴川）

2013－11－19

周渝庆（1980－），男，四川内江人，重庆工业职业技术学院机械工程学院讲师，硕士.研究方向：CAD／CAM技术、逆向工程技术.