基于OBE的三維造型設計課程教學實踐

常云朋 孫小撈 鄒武

摘? 要 針對學生三維設計應用能力不足現(xiàn)狀，以OBE理念為指導，對三維造型設計課程的學習成果、教學策略、成果評價進行設計。確定“一主二副”三個教學目標;整合課程內容，確定反映教學主要內容的主、副項目和案例;探索項目教學和混合式教學相結合的教學方法，并建立過程與終結性評價相結合的多元教學評價模式。

關鍵詞 應用型本科;三維造型設計;OBE理念;教學改革

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）02-0092-03

1 引言

為了滿足社會對應用型技術人才的需求，教育部在2014年明確指出，全國一半左右普通本科高等院校應向應用技術型轉變。課程教學是應用型本科高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在專業(yè)設置與行業(yè)需求對接的同時，應用型本科院校在課程建設上應以應用能力培養(yǎng)為目標，通過課程內容與職業(yè)標準對接、教學過程與生產(chǎn)過程對接，實現(xiàn)真正意義上的轉型。

OBE（Outcome based education）教育理念是“以學生為中心，以產(chǎn)出為導向”的教育理念，該理念重視學生能力的提高和教育的“產(chǎn)出”（Learning outcomes）[1-3]。以OBE理念為指導，課程的教學設計和教學實踐應以學生最后的學習成果為出發(fā)點，進行反向設計。隨著三維CAD技術的發(fā)展和廣泛應用，行業(yè)和企業(yè)要求機械類專業(yè)學生在具備機械設計、制造及自動化理論知識的同時，能夠掌握三維設計技術，具有良好的產(chǎn)品三維設計與分析能力。為此，將OBE理念引入三維造型設計課程教學，針對教學中存在的問題，確定課程的教學成果或目標，并以目標為導向，進行教學內容優(yōu)化、教學組織設計、教學方法選擇、教學實施與教學評價，從而改善教學效果。

2 課程教學現(xiàn)狀

三維造型設計是洛陽理工學院機械工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課，對于培養(yǎng)能夠在機械工程領域從事機械電子產(chǎn)品設計與開發(fā)、計算機輔助設計與制造等方面工作的高素質、應用型人才具有重要作用。根據(jù)機械行業(yè)對工程技術人員設計能力的需求，課程的總目標是培養(yǎng)學生的三維設計工程應用能力。但在實際教學中卻發(fā)現(xiàn)存在較多問題：

1）學生具有一定的單個零件模型三維造型能力，但在裝配體設計和工程圖創(chuàng)建方面相對較弱;

2）學生對于三維設計在實際工程中的應用缺乏認識，工程訓練訓練不夠，實際三維設計應用能力較低;

3）在和其他專業(yè)基礎課程或專業(yè)課程如機械原理、機械設計、機械制圖、互換性與技術測量等的結合和綜合應用方面存在脫節(jié);

4）傳統(tǒng)教學中根據(jù)知識點和教材章節(jié)授課，按照系統(tǒng)性知識結構的順序安排教學內容，過分注重知識結構的完備性和內容的系統(tǒng)性，造成課程內容覆蓋面廣而不專，總體教學效果表現(xiàn)為學生實際三維設計應用能力不足。

3 基于OBE理念的教學設計與實施

2018年，機械設計制造及其自動化專業(yè)被確定為洛陽理工學院轉型發(fā)展示范專業(yè)。專業(yè)轉型需要以課程改革為支撐。為了解決三維造型設計課程教學中存在的問題，提高教學質量，在教學中確定了以OBE理念為指導的三步走戰(zhàn)略。

第一步，根據(jù)企業(yè)和行業(yè)對機械工程技術人員三維設計能力的要求，確定課程預期的學習成果或目標;

第二步，針對學習目標，確定包括教學內容重組、教學組織方式優(yōu)化和教學方法改革在內的教學策略，并依據(jù)該策略一步步進行教學實施;

第三步，根據(jù)課程特點，建立過程性與終結性評價相結合的綜合評價方式，對教學成果的達成進行評價，并根據(jù)教學評價的結果進一步調整教學策略，做到持續(xù)改進。

基于OBE理念的三維造型設計教學改革方案如圖1所示。

課程成果或目標? 以OBE理念為指導，結合機械類企業(yè)對工程技術人員三維造型設計能力的需求，改變以前以課程知識掌握為出發(fā)點的單一教學目標，確定了“以應用能力培養(yǎng)為主、知識儲備積累和技術素養(yǎng)培養(yǎng)為輔”的課程目標或成果。

1）應用能力目標：掌握三維設計系統(tǒng)的基本操作，能夠靈活運用各種常用特征命令創(chuàng)建機電類產(chǎn)品零件模型;掌握自頂向下（TOP-DOWN）及自底向上（Bottom-UP）的組件設計原理和方法，能夠根據(jù)設計任務和要求選擇合適組件設計方法進行產(chǎn)品設計;能夠借助創(chuàng)建的產(chǎn)品和零件三維模型快速生成規(guī)范的二維工程圖，做到視圖表達合理、標注規(guī)范，符合機械制圖國家標準;能夠在較短時間內適應新的同類三維設計軟件平臺，具備跨軟件平臺的三維工程設計能力。

2）知識獲取目標：了解計算機圖形學（Computer Gra-

phics，CG）的基礎知識及CAD系統(tǒng)的關鍵技術;理解三維造型設計中的參數(shù)化、基于特征的實體建模原理，以及設計意圖、單一數(shù)據(jù)庫和父子關系等相關概念;掌握零件造型、組件設計和工程圖創(chuàng)建的基本思路和一般過程。

3）工程技術素養(yǎng)目標：熟悉工程技術標準與規(guī)范，具有嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，較強的標準化意識、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，具有良好的團隊合作精神。

課程教學策略及實施? OBE理念要求課程教學從“以教為主”向“以學為主”轉變，以“課內為主”向“課內、外結合”轉變。為了達到上述課程目標，以兩個轉變?yōu)橹笇枷耄n程小組在課程內容的設計、教學組織和教學方法等多個方面進行了改革和探索。

在課程內容設計、組織和教學方法方面，改變過去按照教材內容順序授課的傳統(tǒng)方式，突出項目驅動，加強課程內容和實際三維設計工作之間的聯(lián)系，實現(xiàn)主副項目結合、典型案例和真實項目結合、實踐與理論結合、項目教學法和混合式教學法相結合、課內學習和課外學習相結合的課程設計思路。

1）打破以往按照系統(tǒng)性知識結構順序安排教學內容的模式，對教學內容進行整合，將主要教學內容整合到幾個項目或案例中，以項目或案例為主要載體，使學生在完成項目過程中獲取知識、增強能力。教學內容整合情況如表1所示。

2）由于三維造型設計課程為專業(yè)基礎課，培養(yǎng)學生設計能力的機械設計基礎、互換性與技術測量等課程在此之前還未開設，學生尚不具有新產(chǎn)品開發(fā)的知識基礎。因此在提高類項目選擇時，選擇難度適中且有一定代表性的真實工裝輔具為輔助項目，使學生在完成項目的過程中不僅掌握了課程知識，也對企業(yè)產(chǎn)品三維設計過程有了一定的認識。通過機械模仿、獨立查資料、求助教師等方式，學生最終需要提交一套視圖表達和標注均符合國家標準、行業(yè)規(guī)范的技術文件，并能理解項目中產(chǎn)品的結構、功能和圖紙標注的具體含義。在此過程中實現(xiàn)本課程與前導課程（如機械制圖）和后續(xù)課程（如機械原理、機械設計、互換性與技術測量）的良好融合，使本課程的學習能夠促進學生對其他課程內容的理解。

3）改變以往理論、實踐教學分別進行的課程組織方式，打破理論教學和上機操作之間的界限，所有課程均在計算機房授課，以便根據(jù)學生團隊的項目實施情況動態(tài)調整理論和實驗教學的時間分配。

4）在課程綜合訓練環(huán)節(jié)，按照實用性、典型性及綜合性的標準選擇若干合適的綜合性項目，學生以團隊方式參與項目。通過該環(huán)節(jié)，使學生由被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，不僅能夠掌握課程要求的基本知識和技能，了解企業(yè)實際設計的一般過程，鞏固制圖、識圖能力，也可培養(yǎng)學生的團隊合作精神和實際工程應用中所需的信息獲取與解決問題能力。

5）針對參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和三維設計大賽的學生進行個性化輔導。根據(jù)競賽的需要和學生的接受能力，對學有余力的學生增加教學內容，引導他們進行機構三維設計與運動分析、有限元分析和計算機輔助自動編程等內容的學習。

6）在教學方法上，除了采用項目教學法外，依托超星學習通平臺，建立三維造型設計在線課程，將課程資源、試題、項目資料等上傳至網(wǎng)絡。學生在課堂上以項目為中心，掌握主要知識內容，課后通過在線課程進行課程內容的系統(tǒng)學習。此外，企業(yè)兼職教師也可通過在線課程與學生線上互動交流，使學生有機會了解工程實際。通過這種線上、線下混合式教學，引導學生線下系統(tǒng)學習、課上完成項目，在增加課堂信息量的同時，大大提高了教學質量。

課程評價? OBE教學理念下，教學評價應從“結果評價為主”向“結果和過程相結合評價”轉變。因此，在課程考核方面將過程性評價（學生在項目實施過程中的表現(xiàn)）、終結性評價（期末上機考試成績）、學生參加學院和全國三維設計大賽情況，以及考取行業(yè)認可的三維CAD證書情況四個方面相結合，對學生的綜合能力進行合理評價。

4 結論

在OBE理念的指導下，確定了本課程的教學成果、教學策略和成果評價方式，通過課程內容重組、課程組織改進和教學方法與手段探索，學生的三維設計能力有了很大的提高，在2019年全國3D大賽12周年精英聯(lián)賽中獲得全國總決賽一等獎一項，河南賽區(qū)二、三等獎多項。課程的下一步規(guī)劃是不斷優(yōu)化課程項目，進一步推進企業(yè)兼職教師在學生應用能力培養(yǎng)方面的作用，持續(xù)改進，不斷提高教學效率和質量。

參考文獻

[1]李志義.成果導向的教學設計[J].中國大學教學，2015（3）：32-39.

[2]董曉英.三維設計能力培養(yǎng)模式的研究與實踐[J].江蘇技術師范學院學報，2007，13（6）：57-60.

[3]董雅宏.基于OBE理念的《計算機三維輔助設計》建設策略探索[J].甘肅科技縱橫，2019（2）：68-70.