基于成果導向教育的過控專業工程圖學課程體系改革探索

楊曉紅　劉平成　凌福林

摘要 工程圖學課程是工科機械類學生必修的一門重要的技術基礎課。基于成果導向教育（OBE）理念，從工程圖學課程體系入手，分成模塊進行改革探索，將專業裝備的零部件及中等難度的裝配件插進相應的知識體系，夯實基礎，以滿足過控專業（以建材裝備方向為例）的專業需求，相信定會取得不同凡響的教學效果。

關鍵詞 成果導向教育（OBE）；過程裝備與控制工程專業；工程圖學

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）08-0080-05

1 前言

成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）是1981年由美國學者William G.Spady提出的一種先進教育理念，一經提出便迅速發展，已成為美、英、加等國教育改革的主流理念。OBE指教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。Spady認為，學習成果應當具備高質量的特點，不僅僅是一個分數或成績，而應當是學生通過明確定義的教育過程所取得的最終頂峰成果，即學生通過某一階段實踐后所達到的最大能力。《華盛頓協議》已全面接受OBE教育理念，并將其作為工程教育專業認證的核心理念。目前，我國已全面啟動工程教育專業認證，并已于2013年6月被接納為《華盛頓協議》簽約成員。以OBE教育理念引導工程教育改革，對我國推行專業教育與國際接軌，實現工程教育專業國際互認，提高我國高等工程教育的國際競爭力具有重要意義。

過程裝備與控制工程專業在我國高等工程教育中具有重要地位，是一個涉及多學科的跨學科專業，也是一門綜合性的應用學科，涉及機械工程、化學過程、生物工程、能源與動力工程、控制工程等學科，是以機械為主、工藝與控制為輔的“一機兩翼”的復合型交叉專業。其中，過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）是以機械工程、材料工程和自動化為基礎的交叉應用學科，本科教學所培養的是具有較扎實機械工程和控制工程等方面理論基礎，且具有較強的工程實踐能力和工程創新意識，能夠從事建材、化工、能源、環保等過程裝備及控制工程的設計和經營管理等工作的高級工程技術復合型人才，要求學生具備較扎實的工程技術基礎知識和實踐應用能力。

建材生產過程中對于水泥生產工藝、流程及建材裝備的主要表達方式之一就是應用圖紙，因此，熟練繪制和正確閱讀圖紙即為學生必須掌握的一項基本技能。結合專業培養目標，要求學生既要具備工程圖學基礎知識，還要掌握建材生產的平面布置圖、工藝流程圖、設備裝配圖及結構件布置圖等。

工程圖學課程是工科機械類學生必修的一門重要的技術基礎課，也是各工科院校都極為重視的一門先導課程，實踐性很強，其教學內容以圖形為主，主要研究從三維抽象到二維，再由二維想象到三維的復雜轉換過程，要求學生具備徒手繪制草圖記錄設計思維及應用計算機實現設計思想的能力，對培養學生的空間想象力和形象思維能力，以及對工程圖樣的繪制和閱讀能力起到至關重要的作用，為后續的課程設計、畢業設計直至入職后的從業能力打下堅實的基礎。因此，工程圖學課程體系是否完備及其教學效果好壞，對學生的職業成長有著十分重要的意義。

2 過程裝備與控制工程專業工程圖學課程的教學現狀

由于過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）隸屬于機械工程學科，故長期以來，該專業方向的工程圖學課程一直采用沿襲已久的機械大類的培養套路。

第一學期從畫法幾何模塊的點、線、面的投影特性和作圖入手，主要講解基本幾何體的截切和相貫、組合體的構型設計和視圖表達、機件常用的表達方法等。該部分是機械制圖模塊的理論基礎，強調徒手繪圖和尺規作圖。

第二學期進入機械制圖模塊，主要講解標準件和常用件、零件圖和裝配圖，要求學生學會查閱國家標準，熟練掌握多種標準件和常用件的規定畫法，并能根據使用場合正確選用，能夠讀懂具有一定難度的零件圖和裝配圖并能正確繪制；以三維造型和二維繪圖等軟件教學為主的CAD模塊則根據各高校教學情況不同，分為全程融入式和獨立成課式等模式緊密結合到工程圖學課程教學中。該部分強調用三維軟件造型和熟練繪制二維零件圖與裝配圖的計算機繪圖能力。其實踐教學體系分為計算機上機實驗和機械部件測繪課程設計。課程教學方法以多媒體為主，傳統教學方法已經弱化；大多數高校因工程圖學課時減少，授課方法仍以平鋪直敘式和集中注入式為主，學生主要處于被動接受的學習狀態。

近年來的教育實踐證明，該工程圖學課程體系已經成功地為機械行業培養了大批技術人才，取得了豐碩的教學成果。

3 現有過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）工程圖學課程體系存在的問題

從近些年過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）畢業生入職單位反饋的信息分析來看，現有工程圖學課程體系還存在下面一些問題。

1）現有課程體系只注重本課程的理論基礎知識，未能及時將圖學學科前沿的新發展和新動向融入進去，限制了學生的眼界，不利于激發學生的求知欲。

2）現有課程體系對建材行業的宏觀發展和技術進步關注度低，教學內容相對籠統及陳舊，缺少對行業最新主流設備的介紹，不利于增強學生的學習興趣，學生的專業素養沒有得到及時更新。

3）現有課程體系缺乏雙語元素。隨著我國改革開放的進一步深化，國際經濟技術交流日益頻繁，加之我國建材產能已嚴重過剩，必須貫徹“走出國門”的市場戰略原則，這就要求學生必須具備比較過硬的專業英語交流能力。而現實狀況是原有課程體系的畢業生沒有掌握行業專業技術詞匯，更不了解工程圖樣的國際標準，看不懂外方訂制加工的技術圖紙，更無法與外方派駐的技術監理自由交流等。因語言障礙和翻譯誤會引發的跨國索賠和錯失的工程合同簽署機會已經到了令人扼腕痛心的地步。

4）現有課程體系與專業工程實踐結合度差，缺少工程實例，畢業生入職后從事技術工作時出現圖形表達不完善、設計結構件不合理、設備裝拆不方便等。

5）現有課程體系的專業實訓嚴重不足，學生觀察力不強，動手能力差，導致學生普遍缺乏工程實踐經驗，工作上手慢，甚至出現對焊接結構件下料和設計不知所措的狀況等。

6）現有課程體系雖已加入三維造型和二維繪圖等CAD軟件內容，但仍無法滿足過程裝備與控制工程各專業方向對所培養學生的特定行業需求。

總之，現有過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）工程圖學課程體系的教學現狀與企業界期待的工程圖學教育效果存在巨大落差。原有課程體系導致學生工程實踐不充分，綜合應用能力較差，也是長期以來一直困擾高等工程教育界的共性首要問題。由于目前尚未有專門為過程裝備與控制工程專業編寫的工程圖學教材出版，故教學中仍沿用機械大類的教材及教學模式。然而，從建材裝備專業方向特點和復合型人才培養的視角出發，過程裝備與控制工程專業與機械大類有很大差異。因此，基于成果導向教育理念（OBE），借鑒國外工程圖學優秀教材先進的教學理念和模式，建設好作為重要教學資源的課程教學教材，探索一種既滿足工程圖學學科要求，又符合過程裝備與控制工程專業特色的教學模式，非常必要又迫在眉睫。

4 成果導向教育（OBE）與傳統工科教育的教學設計區別

傳統工科教育遵循學科導向原則，從課程體系開始決定畢業要求，接著決定培養目標，再到需求。教學設計更加注重學科的需要，而在一定程度上忽視了專業的需求。成果導向教育（OBE）遵循的是反向設計原則，即從內部需求和外部需求開始，由需求決定培養目標，由培養目標決定畢業要求，再由畢業要求決定課程體系。成果導向教育是反向設計、正向實施，克服了傳統工科教育一般只能滿足工科教學規律和辦學定位等內部需求，卻難以滿足國家、社會、行業和用人單位等外部需求的固有缺陷。

正向與反向設計過程如圖1所示。基于成果導向教育理念（OBE），在新的工程圖學課程體系中應更加注重專業需求，既要科學合理，又要有效支撐畢業要求所搭建的圖學能力結構。

5 過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）工程圖學課程體系改革構想及實踐

基于以上敘述，按照過程裝備與控制工程專業特色對工程圖學學科知識的需求，應形成與行業技術縱向貫通，與專業實踐前后銜接的教學新模式和工程圖學課程新體系，如表1所示。

該體系能讓學生及時了解本學科本專業前沿的動態發展及行業技術進步的最新成果，在每個模塊循序漸進的學習訓練中，逐步培養出學生的工程素養、實踐意識和創新能力。新的工程圖學課程體系始終注重理論與實踐并重，其教學組織應以工程實踐為基礎，以專業產品的科學表達為核心。具體改革構想如下。

1）對機械大類而言，畫法幾何模塊中的展開圖部分教學已取消，但針對建材機械和化工裝備中結構件眾多的特點，如選粉機中的旋風筒、風管、管接頭、內外錐體，磨機和烘干機的簡體，化工設備中的球形罐等，均由鋼板下料卷制并焊接而成，故新課程體系中，畫法幾何模塊中的展開圖部分教學非但不應取消，反而應當加強。

2）機械制圖模塊中，零件圖和裝配圖的講授應具備鮮明的建材裝備專業方向特色：軸套類零件可選用選粉機的轉子主軸或烘干機的傳動軸為實例；盤蓋類零件可選用磨機的中空軸和端蓋為實例；叉架類零件可選用烘干機的揚料板和磨機內的活化環為實例；箱體類零件可選用破碎機或輥壓機的機架為實例；裝配圖可選用選粉機的轉子部件或磨機的隔倉板部件為實例，并補充設備工作原理及工程應用內容。只有將專業裝備的零部件及中等難度的裝配件插進相應的知識體系，夯實基礎，才能滿足過程裝備與控制工程專業（建材機械方向）的專業需求。

3）由于學時少，知識點多，現有工程圖學課程體系已將焊接一章去除。基于建材裝備和化工設備以焊接結構件為主的特點，新的工程圖學課程體系中應將焊接一章獨立列出，從焊接工藝、焊機設備、焊縫種類及選用等入手，按照最新的國家標準，重點放在焊接結構件的正確工程圖樣的表示上，并應考慮下料和焊接工藝的成本以及焊接參數的正確選擇，以應對畢業生就業后所面臨的工程實踐的挑戰。

4）為了增加學生的工程實踐經驗，在新的工程圖學課程體系的測繪實訓環節中，應選用建材裝備行業普遍使用的小型風機、鎖風閥等真實部件供學生實時測繪。動手測繪前，教師應通過工藝布置圖講授這些部件的功用及應用場合，讓學生了解其工作原理、用途及拆裝順序，增加學生的感性認識；測繪過程中，要求學生列出每類零件和標準件的明細表；對部件中可自主設計的零件，要求學生先徒手畫草圖構思，再應用三維軟件進行構型設計，著重培養學生的動手能力和創新能力。

5）新的工程圖學課程體系注重教學內容編排的多樣性。為滿足行業人才素質培養的要求，根據過程裝備與控制工程學科發展的不同特點，新的課程體系涵蓋面和適用面較廣，既應有工藝布置圖、焊接圖、管道圖、電路圖，還應增加過程裝備的部分結構設計及常用機械加工過程的介紹等內容。另在表達方法部分，應強調因專業的特定需求，與機械大類不同，建材裝備和化工設備則較多地采用多次旋轉、局部放大圖和夸大畫法，斷開和分段畫法，以及簡化畫法。

6）新的工程圖學課程體系強調雙語教學的必然性和緊迫性，主要教學內容均應有雙語表達，側重工程圖樣的國際標準介紹，列出國內與歐美主要工業國家工程圖樣的主要區別。由于歐美、日本等發達國家的工程圖樣采用“第三角投影”，而我國采用的是“第一角投影”，若沒講清兩者的異同點，則學生很難接受國外圖紙的表達方式，這對學生走出國門、接軌國際市場極為不利。在教學過程中，宜采用以“第一角投影”為主、“第三角投影”為輔，兩者對照講解的方法，使學生不僅加深對國內國外投影理論的理解，也能很快適應國外工程圖樣的畫法。另在每個教學模塊后均附有英語專業技術詞匯表，并列出其音標和在本模塊中的專業詞義，以便于學生自學。在教學過程中，教師不必面面俱到，可根據重要性主次選講教學內容。

7）隨著目前過程裝備與控制工程專業各分支行業正朝著淘汰落后產能方向發展，故業內主機和輔機也日益變成大容量和高規格，這也為二維工程圖樣的合理表達，尤其是繪圖比例的正確選用帶來挑戰。在新的工程圖學課程體系中，教師應通過圖片和視頻適時穿插介紹行業內的最新設備及工藝，如圖2所示為出口歐洲的φ4.2 m×13 m中心傳動球磨機筒體；采用真實工程案例教學法，以淺顯易懂和生動有趣的教學方式開闊學生的眼界，調動學習興趣，增強學生的工程素養，如圖3所示為與大型球磨機配套的剖分式大齒圈，圖為鹽城工學院實習教師正在車間現場講解大齒圈的結構及剖分式連接方式。

8）適當弱化三維軟件的教學。新的工程圖學課程體系以模塊插入式和分段融入式安排AutoCAD和Pro/E等軟件授課，使計算機繪圖模塊內容更加完整。將三維軟件的實例以圖例形式穿插于各教學模塊中，教師只做適當介紹及演示，其內容以學生自學為主，以學生會用為度，不列入考核范圍，以解決教學課時少而講授內容多的矛盾。

鹽城工學院從2009年起，先后在2009級、2010級、2011級過程裝備和控制工程專業及2010級國際班學生中開展了新的工程圖學課程體系試點工作。在實施過程中發現，新的課程體系拓寬了學生的視野，極大地增強了學生自主學習的積極性和自信心。從手工繪圖到學習繪圖軟件，從制圖測繪模型到進入企業車間接觸真實設備，學生始終表現出濃厚的興趣，爭先恐后，躍躍欲試，動手能力和實踐能力明顯提高，工程圖學課也從學生最怕上的課轉變為最受歡迎的課程之一。從2009級和2010級畢業生的用工反饋看，用人單位普遍反映畢業生工程素質高，動手能力強，上手快，接地氣，踏實肯干，能很快在企業部門獨立開展工作，并能逐步接手外商的出口訂單業務。

綜上所述，基于成果導向教育（OBE）理念，新的工程圖學課程體系多方位分層次拓展了現有的工程圖學教學領域，進一步優化了課程體系，更加注重工程素質教育，加強了學生綜合能力的培養，與行業的聯系更加緊密，也更加滿足過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）的專業需求。新的課程體系還在從以教師為中心組織教學向以學生為主體實施教學轉變，從傳統的滿堂灌講授型教學方式向學生自主學習、自發研究的學習方式轉變等方面作了有益的嘗試與探索。

6 結語

過程裝備與控制工程專業（建材裝備方向）不同于機械大類，遵循成果導向教育（0BE）的原則，結合其鮮明的專業特點，以專業產品的科學表達為核心，以加強專業實踐為主線，對現有的工程圖學課程體系進行改革探索，摸索出一種新的成熟的教學模式，更能滿足專業特色的需求。成果導向的工程教育是一個持續改進的過程，為了滿足不斷變化的內外需求，本文提出的新的工程圖學課程體系還具有柔性，以適應持續改進的需要；也同樣適用于極具個性的其他工程專業分支，相信在今后的教學實踐中定會取得不同凡響的教學效果。

（致謝：文中照片由江蘇海建股份有限公司提供，特此致謝！）