“專創(chuàng)融合”背景下Pro-E課程情景模擬教學改革與實踐

［摘要］將專業(yè)技能與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相融合的“專創(chuàng)融合”培養(yǎng)模式是我國高職院校正在積極探索的教育方向。Pro-E課程情景模擬教學法是依據“專創(chuàng)融合”人才培養(yǎng)標準，引導學生依據實際項目任務，扮演工程角色，使用Pro-E軟件、3D打印機等教學工具，協作完成機械設計流程的教學模式。教學實踐證明，情景模擬教學法提升了學生的專業(yè)技能和學習主動性，培養(yǎng)了學生的“雙創(chuàng)”能力。［關鍵詞］高職教育；機械專業(yè)；Pro-E課程；情景模擬教學法；“專創(chuàng)融合”一、引言“專創(chuàng)融合”是將專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（“雙創(chuàng)”）教育相融合的教學模式，引導學生將專業(yè)知識與技能運用到“雙創(chuàng)”實踐中，培養(yǎng)既具備扎實專業(yè)知識與技能，又具備“雙創(chuàng)”能力的復合型高素質人才。Pro-E（Pro/Engine）是一款面向對象的三維計算機輔助設計軟件（CAD），其功能涵蓋三維建模、運動仿真與分析、渲染、逆向建模、數控加工等，是高職院校機械類專業(yè)學生必修的三維設計軟件之一。當前Pro-E課程教學主要采用講授理論知識和軟件操作技巧的方式，重點培養(yǎng)學生的軟件操作能力。然而，單純的理論知識傳授和技能訓練已無法滿足社會對大學生創(chuàng)新能力、解決復雜問題的能力以及創(chuàng)業(yè)精神的全面發(fā)展需求。情景模擬教學法是教師依據教學大綱，有針對性地在課堂上創(chuàng)建以實際工作任務和流程為背景的教學情境，由學生扮演某些角色，以便于學生在近乎真實的環(huán)境中學習和實踐的教學方法[1]。這種教學方法已經在醫(yī)學、管理學等專業(yè)具體課程中的具體研究較為廣泛[2-4]，研究發(fā)現，情景模擬教學法不僅可以有效提高學生的主動性、代入感和團隊意識，還有利于提升理論和實踐教學效果[5]，增強學生的“雙創(chuàng)”精神[6]。高職院校作為培養(yǎng)應用型技術人才的重要基地，急需要在教學中融入工廠和企業(yè)的真實工作情景，提升學生對Pro-E軟件的綜合應用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。然而，情景模擬教學法在高職機械類專業(yè)Pro-E課程教學中的應用研究較少。本研究基于Pro-E教學，融合情景模擬教學法，在課堂上還原工廠和企業(yè)的真實工作情景，旨在為學生創(chuàng)建一種能夠將理論知識、實踐技能、“雙創(chuàng)”教育緊密結合的學習模式。二、Pro-E課程教學現狀（一）缺乏實際應用情景隨著教學改革和創(chuàng)新的發(fā)展，部分高職院校將項目式教學模式、案例教學模式與Pro-E課程教學相結合，并應用于課堂教學[7]。但歸根結底，這些教學模式都注重軟件操作技能的訓練，缺乏Pro-E軟件在實際機械設計流程中的綜合應用。這會導致學生僅掌握了軟件操作方法，卻無法將Pro-E軟件與其他專業(yè)課程相聯系，缺乏綜合應用的能力，進而使課堂學習和實際應用脫節(jié)。（二）學生參與度不高在高職院校的機械專業(yè)課中，Pro-E相對其他軟件而言學習難度較大。多數高職院校會開設多門三維建模軟件課程。因此，若沒有在教學模式上體現出Pro-E對于機械設計與制造實際應用的重要性，會導致許多學生忽視該軟件，進而降低他們在課堂教學中的參與程度。另外，當前的教學模式仍然以教師為主導，偏向于訓練學生的軟件操作技能，較少考慮學生的主動參與和自主學習，學生往往處于被動接受知識的狀態(tài)，缺乏獨立分析、探索和創(chuàng)新的機會。這些缺乏互動性和實踐性的教學方法可能使學生感到學習缺乏吸引力，難以激發(fā)他們的學習熱情和創(chuàng)造力。（三）缺乏創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)課程教育應該是相輔相成、相互促進的關系。然而，大多數高職院校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)課程教育仍然相互獨立[8]，導致當前的Pro-E教學模式忽視了對學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)。在日益競爭激烈的就業(yè)市場中，僅具備軟件操作技能已無法滿足企業(yè)對機械專業(yè)人才的需求。因此，這種缺乏創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素的教育模式不利于學生適應快速變化的工業(yè)發(fā)展和就業(yè)環(huán)境，也會限制他們在未來職業(yè)發(fā)展中的潛力。通過分析Pro-E課程教學現狀，可以看出當前高職院校機械專業(yè)需要提出一種將實現實際應用、“雙創(chuàng)”教育、專業(yè)技能培養(yǎng)相融合，并能夠提高學生參與度的Pro-E教學模式。三、情景模擬教學法的優(yōu)勢（一）優(yōu)化課程結構：創(chuàng)設實踐導向情景情景模擬教學法是依據教學大綱所設定的教學內容、目標和要求，分析梳理出真實案例中解決問題所需的知識點，重新整合課堂教學。優(yōu)化的課程結構緊密貼合實際工作需求，讓學生在產品設計與開發(fā)流程中綜合運用Pro-E的各項功能進行設計和制造。這種教學方法可以將理論知識和實際操作緊密結合在一起，讓學生在實踐中加深對Pro-E的理解，提升學生對Pro-E綜合運用的實踐能力。同時，為了驗證零部件優(yōu)化設計的合理性，可以將3D打印技術融入課程，讓學生在設計過程中直觀地了解產品從設計到制造的完整流程，加深對機械設計原理和制造過程的理解。（二）激發(fā)學生參與：角色扮演與任務驅動情景模擬教學法改變了以教師作為課堂核心的傳統教學模式，強調以教師指導，生生互動為課堂的核心，突出學生在課堂中的主體地位。學生在情景模擬教學中扮演項目工程師、結構設計工程師、工藝工程師等角色，綜合運用Pro-E和前修課程所學的理論知識，在任務驅動下，以團隊協作的方式對具體的設計任務進行分析、決策和實施，直至完成任務。在這個過程中，學生可以互相學習、交流思想，共同解決設計過程中的問題。學生在解決實際問題的過程中主動探索、主動學習、主動交流、主動協作，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和解決復雜問題的能力，進而提高機械設計理論水平。在情景模擬過程中，教師的角色從知識的傳授者轉變?yōu)橹笇д吆蛥f助者，需要在模擬過程中全程把控，提供必要的引導和支持，使學生的判斷和決策得到反饋，幫助學生調整學習方法和策略，提升自我學習能力。（三）“專創(chuàng)融合”：創(chuàng)新思維與創(chuàng)業(yè)意識培養(yǎng)情景模擬教學法取材于典型的實際案例，模擬真實工作流程。因此，可以在Pro-E教學中融入創(chuàng)新理論、設計思維和創(chuàng)業(yè)基礎知識的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素，培養(yǎng)學生在解決問題中的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識，鼓勵學生在設計過程中思考產品的市場潛力和商業(yè)價值，引導他們探索如何將設計創(chuàng)意轉化為商業(yè)機會。同時引入市場調研、商業(yè)模式分析、產品設計創(chuàng)新等內容，鼓勵學生圍繞Pro-E設計的機械產品提出創(chuàng)新的商業(yè)模式和創(chuàng)業(yè)計劃，積極參加挑戰(zhàn)杯、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等活動，在實踐中培養(yǎng)“雙創(chuàng)”能力。四、教學實施（一）情景模擬教學設計我校機械制造及自動化專業(yè)以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為依托，制定Pro-E課程“專創(chuàng)融合”的教學標準，安排了72個學時的教學任務，教學目標是培養(yǎng)具備扎實的機械設計能力、良好的工程素養(yǎng)的創(chuàng)新應用型機械專業(yè)人才。Pro-E課程是在學生完成工程制圖、機械CAD、機械設計基礎、互換性與測量技術等課程學習后，對基礎理論和專業(yè)知識的綜合運用。教學內容中的實踐案例采用職業(yè)技能競賽真題、“互聯網+”及“挑戰(zhàn)杯”賽項創(chuàng)新產品設計、校企合作項目或教師科研項目中的部分環(huán)節(jié)，旨在鍛煉學生運用專業(yè)知識和技能解決實際問題的能力。本教學模式基于情景模擬教學法，主要通過以下8個環(huán)節(jié)實施[9]。1.案例引入在課程開始階段，教師可以通過圖片、動畫、視頻、產品模型等途徑介紹工程案例的技術背景，解釋其在實際生產中的應用和設計要求，使學生直觀地了解該案例的實際情境，隨后提出該工程案例所面臨的技術挑戰(zhàn)或技術問題，激起學習興趣和動機。2.情境創(chuàng)設教師根據課程目標和具體的教學內容，創(chuàng)建模擬的工程項目環(huán)境，詳細描述工作環(huán)境、項目目標、崗位類別、崗位職責等信息，并安排學生在情境中扮演項目工程師、機械設計工程師、工藝工程師、裝配工程師、3D打印工程師等崗位角色。每個角色都有明確的職責，確保項目從設計到應用的每一個環(huán)節(jié)都能得到充分的考慮。3.任務設定在設計的工程情境中，教師詳細說明項目任務，包括項目的設計要求、需要被解決的技術問題、完成項目的時間節(jié)點等信息。每個團隊根據項目任務要求和工作崗位，制定詳細的工作計劃和分工。任務設定的目的是使學生明確學習目標，激發(fā)學生在設計過程中進行創(chuàng)新思考，能夠創(chuàng)造性地解決問題。4.理論講解教師結合任務涉及的重點和難點，針對性地提供解決任務所需的理論知識，如Pro-E軟件操作方法、3D打印切片軟件操作、支撐添加方案等，幫助學生理解和掌握完成任務所需的專業(yè)知識。5.角色扮演學生根據各自崗位任務進行角色扮演。每個學生需要深入研究自己的崗位職責，并在模擬的項目環(huán)境中與團隊成員合作，運用Pro-E等工具進行設計和分析工作。學生在角色扮演過程中，需要定期與團隊成員召開會議，討論設計方案、進度安排和技術問題。這不僅模擬了真實的工作環(huán)境，還促進了學生之間的溝通與合作。這一階段，教師扮演指導者和協助者的角色，根據學生的進展提供反饋和指導，輔助學生解決技術或協作中的問題，達到提升學生知識轉化能力和實踐創(chuàng)新能力的效果。6.任務執(zhí)行任務執(zhí)行階段是將學生在理論學習和角色扮演階段獲得的知識和技能應用于實際項目中，完成設計任務的關鍵階段。在這一階段，學生需要根據任務要求制定設計方案，通過Pro-E軟件完成設計和建模工作，使用3D打印機加工設計零件，對設計結構進行驗證。學生需要不斷評估設計方案的可行性，必要時進行調整和優(yōu)化；教師也需要持續(xù)檢查學生的項目進展，提供專業(yè)的反饋和建議。7.成果展示學生團隊在此階段展示他們在項目中的工作成果。這一環(huán)節(jié)不僅是對學生工作的總結，還是他們學習成效的直接體現。每個團隊需要準備項目設計報告、產品三維模型、產品實物模型、答辯PPT，展示設計理念和工作成果。8.點評總結點評總結過程包括教師點評和學生團隊之間互相點評兩個部分，指出每個項目的創(chuàng)新點、設計實施、技術應用等方面的優(yōu)點、存在的不足和改進空間。此外，教師引導學生反思整個項目的執(zhí)行過程，包括團隊協作、決策過程、設計過程、執(zhí)行過程等，幫助學生總結并積累關鍵技能和項目經驗。（二）評價與考核Pro-E課程主要考查學生運用軟件實現三維實體建模的基礎操作能力、工程設計能力、工程問題解決能力以及團隊協作和技術溝通能力。因此，本課程的成績評價分為五個部分，第一部分為基礎建模評價，本環(huán)節(jié)占總成績的20%，主要考查學生軟件操作技能和三維建模準確性。第二部分為工程設計評價，占總成績的25%，主要考查結構設計的創(chuàng)新性、實用性以及應用機械專業(yè)基礎原理和設計規(guī)范的合理性。第三部分為問題解決評價，占總成績的20%，主要考查學生對結構問題的分析能力和優(yōu)化方案的有效性。第四部分為團隊協作評價，占總成績的15%，主要考查學生基于自身角色在團隊項目中的協作、協調和管理能力。第五部分為技術溝通評價，占總成績的20%，主要考查學生的技術表達能力和溝通效果。五、情景模擬教學實踐（一）教學實踐2022年—2023年第二學期，我校機械制造及自動化專業(yè)的Pro-E課程中應用了情景模擬教學法。該課程共設置了6個實踐項目，分別為：機器人夾爪設計項目、齒輪滑塊機構設計項目、差速器機構設計項目、千葉輪捆扎機設計項目、球面加工機設計項目、齒輪變速箱設計項目。情景模擬小組容量為6～8人，分別扮演產品工程師、機械工程師、3D打印工程師、裝配工程師等角色，根據設計任務要求和時間，分工協作完成實踐項目。組內每位學生都需要在項目完成后制作PPT，以答辯形式展示自己在團隊中的主要工作和成果。在情景模擬教學過程中發(fā)現，學生Pro-E軟件應用能力明顯提升，學生的畏難情緒、厭學情緒得到較大程度改善。課堂氛圍更加活躍，學生注意力更集中，在協作過程中更愿意主動交流。在項目成果中可以看出學生對機械基本知識的理解和掌握更深入，部分學生提出了具有實用性、創(chuàng)新性的機械結構優(yōu)化設計方案，這表明他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識有所提升。同時，大多數學生在3D打印技術、數字化設計與制造技術等方面也有顯著進步。（二）效果評價通過問卷星對進行情景模擬教學的99名學生就教學改革及其效果進行調查和分析，收回問卷90份。結果顯示，73.6%的學生對“專創(chuàng)融合”教學模式非常認可；76.1%的學生認為情景模擬教學模式對其理解專業(yè)知識有幫助；74.2%的學生參與項目實踐后，認為自己的創(chuàng)新設計能力得到了提升；71.0%的學生認為自己的溝通和合作能力在團隊協作中得到了鍛煉；70.6%的學生的Pro-E軟件應用能力得到提升；75.5%的學生認為情景模擬教學模式有助于理解機械設計與制造流程；72.5%的學生認為情景模擬教學模式提高了自主學習和獨立思考能力；78.9%的學生認為情景模擬教學模式有助于適應未來的職業(yè)生涯。調查結果顯示，大多數學生對Pro-E課程情景模擬教學模式表示出較高的滿意度，尤其是在提升專業(yè)知識理解和創(chuàng)新設計能力方面，學生給予了高度的評價。這說明情景模擬教學模式有助于促進“專創(chuàng)融合”，增強了學生的學習動力和專業(yè)技能。實踐項目是“專創(chuàng)融合”和情景模擬教學的核心組成部分，通過參與具體的實踐項目，學生認為自己在Pro-E軟件應用和團隊合作方面獲得了提高。這種通過實踐學習的方法不僅幫助學生鞏固了理論知識，還提高了他們解決實際問題的能力。這表明情景模擬教學法在培養(yǎng)學生綜合技能方面具有顯著效果。六、教學反思與總結情景模擬教學法的教學內容需要取材于接近實際的工作場景，學生在場景中擔任不同的項目角色，在實踐中掌握相關知識和技能，協作實現項目目標。經過教學團隊一個學期的教學實踐和探索，認為情景模擬教學法能有效促進專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結合，在提高教學實踐性、激發(fā)學生學習主動性、培養(yǎng)“雙創(chuàng)”意識等方面都具有顯著效果，為學生提供了一個既豐富又實踐性強的學習平臺。經過實踐，基于情景模擬教學模式的Pro-E課程教學改革能夠較好地解決“專創(chuàng)融合”教學中學生僅作為授課的對象，并沒有積極參與到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中的難題。情景模擬教學模式通過學生在工程項目背景下的主動參與、協同合作完成項目任務，提高了學生的課堂參度，真正發(fā)揮了他們作為教學主體的主觀能動性。由于學生在模擬過程參與到實際的工程設計項目中，有利于將理論知識和軟件操作技能應用于實際的機械設計案例中，更加清楚自己的學習目標和任務，進而能提高專業(yè)知識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育兩個層面的教學效果，顯著提高專業(yè)技能、創(chuàng)新設計能力、學