基于工程教育理念的三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)教學(xué)改革

張晶

[摘 要] 該文基于工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的三大核心理念，改變傳統(tǒng)教學(xué)以知識傳授為目的、以教師為中心、以學(xué)科導(dǎo)向的教學(xué)模式，聚焦于解決復(fù)雜機(jī)械工程問題，從課程定位、課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、教學(xué)評價(jià)與持續(xù)改進(jìn)等角度對三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，以支撐機(jī)械工程專業(yè)的畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

[關(guān)鍵詞] 工程教育;成果產(chǎn)出;持續(xù)改進(jìn)

[作者簡介] 張 晶（1982—），女，山東東阿人，碩士，濟(jì)南職業(yè)學(xué)院智能制造學(xué)院副教授，主要從事三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、PLC控制技術(shù)、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)維護(hù)和調(diào)試研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）17-0170-02 ? ?[收稿日期] 2019-07-01

一、工程教育認(rèn)證的核心理念

工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念包括：以學(xué)生為中心（Student Centered，SC）、以成果為導(dǎo)向（Outcome Based Education，OBE）和持續(xù)改進(jìn)（Continuous Quality Improvement，CQI）。工程教育認(rèn)證的核心理念是相互聯(lián)系的整體，涵蓋學(xué)生專業(yè)發(fā)展的全過程，是面向工程師職業(yè)的全面發(fā)展，是涵蓋知識、能力、素質(zhì)等多維度發(fā)展。工程教育認(rèn)可的成果，就是面向全體合格畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，體現(xiàn)在經(jīng)過工程專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備的職業(yè)素養(yǎng)和從業(yè)能力。

二、工程教育理念在三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的體現(xiàn)

1.三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題。教師是教學(xué)活動(dòng)的主體，教師關(guān)注的是教學(xué)目標(biāo)是否明確、教學(xué)行為是否規(guī)范、教學(xué)方法是否科學(xué)、教學(xué)效果是否達(dá)到。教學(xué)評教的對象也是教師教得怎么樣，而不是學(xué)生學(xué)得怎么樣。課程負(fù)責(zé)人制定教學(xué)大綱時(shí)，往往聚焦于學(xué)生能學(xué)到哪些知識、哪些知識是重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容、哪些知識點(diǎn)應(yīng)該考核，很少關(guān)注到學(xué)生通過學(xué)習(xí)本門課程在畢業(yè)時(shí)應(yīng)具備何種技術(shù)性和非技術(shù)性能力，是否對學(xué)生解決復(fù)雜機(jī)械工程問題提供支持。

2.基于OBE理念進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求體現(xiàn)的知識、能力要求，將三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)的課程目標(biāo)解構(gòu)為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)，以促進(jìn)學(xué)生技術(shù)性和非技術(shù)性能力的達(dá)成。其中，知識的傳授和應(yīng)用是提高學(xué)生工程素養(yǎng)與設(shè)計(jì)能力的途徑。知識目標(biāo)以知識應(yīng)用為目的，掌握解決復(fù)雜零件、裝配體和工程圖等建模設(shè)計(jì)方法。能力目標(biāo)定位在復(fù)雜零件、裝配體、工程圖的建模繪圖能力上。知識是能力的基礎(chǔ)，不是為了分?jǐn)?shù)而學(xué)習(xí)知識，而是為了解決復(fù)雜機(jī)械工程問題。OBE關(guān)注的是學(xué)生通過教育過程所取得的學(xué)習(xí)成果，把學(xué)生的獲得作為教學(xué)的最終目的，所有教學(xué)環(huán)節(jié)必須圍繞成果產(chǎn)出來組織，即課程目標(biāo)必須支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。首先要明確課程體系對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，然后再建立畢業(yè)要求和課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。

三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)是一門以機(jī)械CAD軟件為工具進(jìn)行三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具類課程，設(shè)計(jì)環(huán)境復(fù)雜，建模命令繁多，如果教師以具體知識點(diǎn)的講解出發(fā)進(jìn)行教學(xué)，單調(diào)乏味，學(xué)生參與感不強(qiáng)。因此教學(xué)過程需要以學(xué)生熟知的經(jīng)典案例為引導(dǎo)，以典型任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施。首先將課程內(nèi)容劃分為零件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)和工程圖三大模塊，而后在各模塊內(nèi)設(shè)置典型任務(wù)，且各模塊任務(wù)之間存在上下游關(guān)聯(lián)。以減速器為例，需要先建立其各零部件的三維實(shí)體模型，將各種建模命令及草圖繪制命令、基本參考體設(shè)定等融入典型零件的建模過程中，對于標(biāo)準(zhǔn)件介紹Toolbox設(shè)計(jì)工具及邁迪設(shè)計(jì)寶等第三方插件的調(diào)用方法;而后進(jìn)行裝配建模，將各種配合關(guān)系融入到減速器裝配過程中;最后介紹各種視圖生成和標(biāo)注命令。通過項(xiàng)目任務(wù)把“零件—裝配體—工程圖”三大內(nèi)容銜接起來，完成典型項(xiàng)目任務(wù)。教師發(fā)揮教學(xué)先行者作用，有側(cè)重點(diǎn)地選擇不同項(xiàng)目任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對課程目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的全面覆蓋，例如選擇臺燈的設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)重點(diǎn)練習(xí)曲面/曲線設(shè)計(jì)，平口鉗任務(wù)重點(diǎn)練習(xí)掃描建模及絲杠/螺母副配合關(guān)系等。

3.以學(xué)生為中心多種教學(xué)手段并舉。三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程的“實(shí)踐性”和“工具性”特征，決定了學(xué)生必須參與到整個(gè)課堂教學(xué)和上機(jī)教學(xué)的全過程，突出學(xué)生的主體地位和教師的引領(lǐng)者作用。通過采用“教—學(xué)—做”相結(jié)合、分組教學(xué)、科創(chuàng)比賽激勵(lì)教學(xué)等教學(xué)手段，從興趣培養(yǎng)、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新意識等多維度實(shí)施教學(xué)，將教學(xué)理念從“教得怎么樣”向?qū)W生“學(xué)得怎么樣”過渡。

（1）教、學(xué)、做相結(jié)合。“教”，教師要做好教學(xué)先行者，根據(jù)實(shí)際上課時(shí)長，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)建教學(xué)情境、設(shè)計(jì)典型任務(wù)，合理劃分理論授課和實(shí)踐內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生帶筆記本電腦上課，邊聽邊學(xué);“學(xué)”，學(xué)生實(shí)時(shí)跟隨教師授課節(jié)奏和建模方法，完成典型案例建模，體會建模中常見問題及解決方法，學(xué)會“自助式”“自主式”學(xué)習(xí);“做”，學(xué)生根據(jù)教師布置的任務(wù)，通過上機(jī)實(shí)操和課下練習(xí)，熟練掌握所學(xué)建模命令和建模思路。

（2）分組教學(xué)。解決復(fù)雜機(jī)械工程問題貫穿于機(jī)械工程整個(gè)專業(yè)認(rèn)證要求，反映在本課程中主要體現(xiàn)在零件建模的多樣性、裝配體建模的復(fù)雜性、工程圖視圖的規(guī)范性和完整性，通常采用分組教學(xué)法來實(shí)施教學(xué)。教師按照自愿組合、合理調(diào)配原則將學(xué)生劃分為若干項(xiàng)目組，組長負(fù)責(zé)項(xiàng)目任務(wù)管理，組織協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)任務(wù)的細(xì)分，各組員分工協(xié)作，既獨(dú)立完成各自建模任務(wù)，又協(xié)同完成裝配任務(wù)。

（3）科創(chuàng)比賽激勵(lì)教學(xué)法。興趣是最好的老師。鼓勵(lì)機(jī)械工程學(xué)生參與挑戰(zhàn)杯、先進(jìn)成圖比賽、智能制造大賽等科創(chuàng)比賽中通常都設(shè)置有三維虛擬設(shè)計(jì)內(nèi)容，因此在講授三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程時(shí)，將各類比賽相關(guān)項(xiàng)目的內(nèi)容設(shè)置、技術(shù)特點(diǎn)、選拔機(jī)制、獎(jiǎng)勵(lì)辦法、與本課程相關(guān)建模技術(shù)的關(guān)系等向?qū)W生做相應(yīng)介紹;鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生參與相關(guān)賽事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新興趣。

4.課程達(dá)成度評價(jià)與持續(xù)改進(jìn)。

（1）面向過程的課程培養(yǎng)環(huán)節(jié)和考核方案。通過授課、上機(jī)、作業(yè)、大作業(yè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)來達(dá)成課程目標(biāo)及畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。基于本課程的“工具性”特征，相對于形成性考核（如試卷等），教師更關(guān)注過程性考核。對于過程性考核，按照能力層級遞進(jìn)原則，從草圖繪制→零件建模→裝配體建模→創(chuàng)建工程圖→調(diào)用設(shè)計(jì)工具等布置相應(yīng)的作業(yè)，并在上機(jī)環(huán)節(jié)集中輔導(dǎo)，環(huán)節(jié)設(shè)定可衡量。形成性考核基于Rubrics尺規(guī)，建立各教學(xué)環(huán)節(jié)的評分細(xì)則表，實(shí)現(xiàn)考核方案的可衡量，為課程、畢業(yè)要求達(dá)成度評價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。具體到本課程，需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的復(fù)雜性、完整性，按照課程目標(biāo)和畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)來設(shè)置考核項(xiàng)目、各部分權(quán)重及考核細(xì)則。

（2）課程達(dá)成度評價(jià)與分析通過對上述各個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)和考核方案，對學(xué)生學(xué)習(xí)三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)效果、對課程目標(biāo)和必要要求的達(dá)成情況進(jìn)行評價(jià)和分析。由授課教師及課程負(fù)責(zé)人分別對授課班級和整門課程進(jìn)行達(dá)成度評價(jià)和分析，課程（班）達(dá)成度評價(jià)值的計(jì)算公式如下：

課程（班）達(dá)成度=

授課教師及課程負(fù)責(zé)人通過對各指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成情況進(jìn)行分析，找出對畢業(yè)要求支撐相對薄弱的課程目標(biāo)及內(nèi)容，從而從教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置、教學(xué)方法改進(jìn)、軟硬件設(shè)置更新等各方面分析原因，提出改進(jìn)措施;通過對近三年的課程（班）達(dá)成情況的對比分析，分析上次評價(jià)中的薄弱環(huán)節(jié)及改進(jìn)措施的實(shí)施效果、本次評價(jià)中薄弱環(huán)節(jié)及改進(jìn)措施，以促成本課程的持續(xù)改進(jìn)。

（3）課程反思。除了上述課程（班）達(dá)成度的評價(jià)與分析，本課程在課程結(jié)課時(shí)開展學(xué)生對學(xué)習(xí)效果及是否達(dá)成畢業(yè)要求的自我評價(jià)調(diào)查，通過量化評價(jià)結(jié)果形成對本課程達(dá)成度的間接評價(jià)，通過對比直接評價(jià)和間接評價(jià)的差異性，找出教學(xué)中的短板問題。在每學(xué)期課程開始之前，進(jìn)行學(xué)生座談和教學(xué)反思活動(dòng)，傾聽學(xué)生及同行的建議和意見，每學(xué)年根據(jù)課程達(dá)成情況、學(xué)生及同行反饋情況組織修改教學(xué)大綱，以達(dá)成教學(xué)工作的持續(xù)改進(jìn)。

三、結(jié)論

本文探討了機(jī)械工程專業(yè)認(rèn)證背景下對三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革的思路和方法，秉承工程專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)三大理念，結(jié)合三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)節(jié)及考核方案、課程達(dá)成情況評價(jià)、教學(xué)反思等角度對傳統(tǒng)三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)課程教學(xué)提供了教學(xué)改革的思路和方法。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：In this paper，the teaching innovation of 3D solid modeling design was carried out based on three engineering education concepts，including student centered，outcome based education and continuous quality improvement.The traditional teaching mode with knowledge objective，teacher centered and subject orientation have been changed by focusing on solving the complex problems in mechanical engineering field.In order to accomplish the graduation requirements and educational objectives for mechanical engineering specialty，the innovation research was made in different directions from teaching objectives，teachingcontents，teaching methods to teaching evaluation and continuous quality improvement.

Key words：Engineeringeducation;Outcomeoutput;Continuous improvement