基于OBE理念的機(jī)械制圖課程教學(xué)方式研究

董妍 張磊 趙恩蘭

摘? 要 分析傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題，以O(shè)BE理念引導(dǎo)教學(xué)方式創(chuàng)新，通過開放3D打印室、附加模型二維碼、融合慕課資源、引入VR技術(shù)等方式提升學(xué)生空間想象力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識以及學(xué)習(xí)的主動性，并依據(jù)成果評價反饋，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方式。

關(guān)鍵詞 OBE理念;機(jī)械類專業(yè);機(jī)械制圖;3D打印實驗室;虛擬現(xiàn)實技術(shù);慕課

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）06-0090-03

0 引言

OBE（Outcome-Based Education，成果導(dǎo)向教育）理念始于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革。該理念在1981年由Spady率先提出，目前被認(rèn)為是追求卓越教育的正確方向，并已形成比較完整的理論體系[1]。我國于2016年6月成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員，該協(xié)議的大多數(shù)成員國以成果導(dǎo)向作為認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生表現(xiàn)作為評價教學(xué)成果的主要依據(jù)。在OBE教學(xué)模式中，學(xué)生處于主導(dǎo)與中心地位，OBE理念更多強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生學(xué)到了什么，而不是怎樣學(xué)習(xí)以及什么時間學(xué)習(xí)，滿足學(xué)生多元化的學(xué)習(xí)需求并打破傳統(tǒng)教育在時間上剛性的限制，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異性進(jìn)行個性化評定，并根據(jù)成果反饋持續(xù)改進(jìn)原有的課程教學(xué)。用OBE理念引導(dǎo)課程改革，對促進(jìn)教學(xué)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足

機(jī)械制圖作為應(yīng)用型本科院校機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要通過課堂教學(xué)以及實踐環(huán)節(jié)，講授制圖基礎(chǔ)知識、畫法幾何、零件圖以及裝配圖等內(nèi)容，要求學(xué)生具備一定的空間想象、空間分析、空間構(gòu)思的能力，具有較強(qiáng)的理論性和實用性。通過分析歷年學(xué)生課堂表現(xiàn)及試卷，可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)主要存在以下幾點(diǎn)不足。

多媒體灌輸式教學(xué)，教師占主導(dǎo)，學(xué)生主動少? 傳統(tǒng)的教學(xué)方式以多媒體講授形式為主，輔以板書、動畫展示。對于理論性較強(qiáng)的章節(jié)，學(xué)生課堂上難免會感到枯燥乏味，不僅影響學(xué)習(xí)的積極性，而且會失去思考探索的主動性，最終影響整體的教學(xué)效果。

教學(xué)模型有限，不能滿足課堂需求? 機(jī)械制圖課程在大一學(xué)年開設(shè)，對于新生而言，無專業(yè)基礎(chǔ)和空間想象力薄弱這兩個因素成為他們學(xué)習(xí)制圖最大的阻力。雖然教學(xué)模型在一定程度上能幫助學(xué)生理解結(jié)構(gòu)特征，但在組合體章節(jié)的學(xué)習(xí)中，并不是每個組合體例題都有相應(yīng)的模型來輔助教學(xué)，而對于較復(fù)雜的零件圖以及裝配圖，更是缺少相應(yīng)模型供學(xué)生觀摩及拆裝，僅使用動畫展示的方式并不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐及空間構(gòu)思能力。空間想象能力薄弱的學(xué)生在學(xué)習(xí)組合體章節(jié)后，由于不能構(gòu)思出空間結(jié)構(gòu)特征，看不懂組合體三視圖，會嚴(yán)重影響后續(xù)學(xué)習(xí)的積極性。

教學(xué)內(nèi)容繁多，課程學(xué)時少? 機(jī)械制圖知識點(diǎn)較多且關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，但目前機(jī)械制圖課程總學(xué)時少，課堂教學(xué)進(jìn)度安排緊湊，學(xué)生難以完全掌握整堂課知識點(diǎn)。另外，實踐學(xué)時有限，學(xué)生難以熟練掌握制圖技能。

2 以成果為導(dǎo)向的教學(xué)方式

OBE理念在很多方面吸納了布魯姆的掌握學(xué)習(xí)理論的特征：彈性的時間框架去實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo);使用不同的資源去創(chuàng)設(shè)豐富的教育環(huán)境;使用形成性教學(xué)評價來反饋學(xué)習(xí)產(chǎn)出以改善教與學(xué)[2]。任課教師以明確學(xué)生學(xué)習(xí)后所達(dá)到的最大能力為前提，分析上述傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題，對教學(xué)方式進(jìn)行創(chuàng)新改革，主要通過3D打印技術(shù)、中國大學(xué)MOOC平臺、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，使課堂教學(xué)向課外延伸，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生將理論轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用的能力。此外，根據(jù)學(xué)情的差異性，制定階段性測試，利用評價反饋持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法。

開放3D打印實驗室? 3D打印技術(shù)屬于快速成型技術(shù)之一，不需模具和夾具，僅以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，利用塑料等可黏合材料，即可逐層疊加構(gòu)造模型。由于其工藝的特殊性，可加工外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高的模型。對于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生而言，將3D打印技術(shù)融入教學(xué)過程可激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新的積極性，進(jìn)而增強(qiáng)教學(xué)效果[3]。3D打印技術(shù)為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)建模的平臺，空間想象力豐富且學(xué)習(xí)主動性較強(qiáng)的學(xué)生可以在課余時間自學(xué)建模軟件，從簡單模型入手，將二維平面圖轉(zhuǎn)換成三維立體圖。教師可以在此基礎(chǔ)上將班級分成若干學(xué)習(xí)小組，以基本掌握建模軟件的學(xué)生為組長，通過打印立體模型將二維視圖具體化，引導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生在實際參與過程中進(jìn)一步熟悉掌握先前所學(xué)理論知識，提升實際理解的能力。學(xué)生在逐步了解3D打印技術(shù)后，會促進(jìn)機(jī)械制圖課程的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣以及主動性。3D打印技術(shù)使學(xué)生將理論與實踐高度結(jié)合，真正意義上培養(yǎng)了學(xué)生實際應(yīng)用的能力。此外，學(xué)生3D打印的模型可以豐富任課教師課堂上的輔助教學(xué)資源，并可用于促進(jìn)空間想象力相對薄弱的學(xué)生逐步提升空間構(gòu)思能力，有利于組合體章節(jié)的學(xué)習(xí)。

附加立體模型二維碼? 為了便于學(xué)生課下完成習(xí)題，在布置相關(guān)作業(yè)時針對部分難度較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的習(xí)題，可以建立三維模型及動畫，或?qū)⒆鲌D步驟詳細(xì)分解并生成二維碼，學(xué)生解題困難時可向任課教師要二維碼尋求幫助，通過掃描相應(yīng)題目中的二維碼，獲取立體模型、提示等。通過面向?qū)W生調(diào)研，可知此方法比較受學(xué)生歡迎，將手機(jī)轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)的工具，并具有一定的引導(dǎo)性和便利性。特別是空間想象、空間構(gòu)思能力較差的學(xué)生，在解題過程中可通過對照三視圖及立體模型，更好地理解三視圖和與之相應(yīng)的投影關(guān)系，逐步建立起良好的空間想象能力，非常適用于前期基本體、組合體的學(xué)習(xí)。但此方法要求學(xué)生具有較強(qiáng)的自制力，不可直接使用二維碼提示而缺少獨(dú)立思考，否則會影響學(xué)生主動探索求知的積極性，因此需要教師做好監(jiān)督管理工作。

融合中國大學(xué)MOOC平臺精品資源? 慕課是大規(guī)模開放的在線課程，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物。慕課的優(yōu)勢是根據(jù)課程內(nèi)容的特點(diǎn)進(jìn)行模塊化處理，將每一個知識模塊進(jìn)行劃分，最終形成短視頻的形式。慕課能高效精準(zhǔn)地幫助學(xué)生解決在某一知識點(diǎn)上學(xué)習(xí)的困難，學(xué)生可依據(jù)自身情況進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)清晰。機(jī)械制圖課程課堂時間有限，知識點(diǎn)安排緊湊，課堂上理解能力薄弱的學(xué)生很難完全跟上教學(xué)的節(jié)奏。因此，筆者為學(xué)生推薦北京理工大學(xué)國家精品課程“機(jī)械制圖及數(shù)字化表達(dá)”以及天津大學(xué)國家精品課程“工程圖學(xué)”，這兩門慕課能夠幫助這部分學(xué)生及時解決問題，他們可以反復(fù)觀看知識點(diǎn)相應(yīng)視頻，并做針對性的課后練習(xí)以便熟練掌握知識點(diǎn)。慕課的應(yīng)用完全遵從了OBE教學(xué)理念，在彈性時間內(nèi)利用豐富的資源來完成教學(xué)目標(biāo)，同時解決了傳統(tǒng)課程學(xué)時有限的問題。

引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)? 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)是目前熱門的交互技術(shù)，基于計算機(jī)圖形學(xué)來構(gòu)建虛擬的空間場景，用戶可以第一視角置身其中，通過將多個傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋到虛擬場景中，完成與虛擬場景的自然交互，使用戶具有真實環(huán)境的體驗感[4]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征為沉浸性、交互性以及想象性，此特性使虛擬現(xiàn)實技術(shù)非常適合與機(jī)械制圖教學(xué)相融合，學(xué)生可以佩戴特殊的頭盔及傳感設(shè)備，置身于虛擬環(huán)境中進(jìn)行實時交互，實現(xiàn)無限制觀察三維空間的物體，并通過旋轉(zhuǎn)、放大等功能獲取較全面詳盡的認(rèn)知。

機(jī)械制圖課程的VR技術(shù)應(yīng)用主要包括兩方面。

1）虛擬零件模型，主要適用于零件圖章節(jié)。由于大一學(xué)生無專業(yè)背景，接觸機(jī)械零件的機(jī)會極少，在學(xué)習(xí)零件圖章節(jié)時未免會覺得課堂枯燥且零件圖難以讀懂，而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可清晰觀看各個零件的三維立體結(jié)構(gòu)。在表達(dá)零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，通常采用剖視圖的表達(dá)方法。以內(nèi)形復(fù)雜的箱體類零件為例，空間想象力較差的學(xué)生難以理解零件哪些部分被剖切，剖切后哪些外輪廓線不需要畫出，剖視圖中哪些部分要畫剖面線。此時可利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對零件進(jìn)行剖切，學(xué)生可對剖切后的零件進(jìn)行操作，實現(xiàn)分合展示，清晰了解零件剖切后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2）虛擬拆裝，適用于裝配圖章節(jié)的學(xué)習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可將機(jī)器中各零件進(jìn)行拆卸、組裝，幫助學(xué)生理解機(jī)器的工作原理、裝配體的結(jié)構(gòu)特征以及各零件間的裝配關(guān)系，使學(xué)生讀懂相應(yīng)裝配圖。以柱塞泵為例，部分學(xué)生無法理解柱塞泵工作時吸油、排油的過程，對于兩個單向閥的工作原理理解不透徹。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可模擬柱塞泵工作過程，仔細(xì)觀察單向閥的結(jié)構(gòu)特征、閥體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用能很好地解決目前教學(xué)過程中缺少零件模型及機(jī)器供學(xué)生觀摩、拆裝的問題，從而有效提升學(xué)生的空間分析、空間想象能力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。

設(shè)計個性化階段性測試? OBE教育理念中十分重要的一個環(huán)節(jié)是評估成果產(chǎn)出。專業(yè)教育成果評價方法主要有四種：課程成果分析法、評分表分析法、問卷調(diào)查法、檔案袋評價法等[5]。筆者在課程教學(xué)中主要采用課程成果分析法和問卷調(diào)查法，結(jié)合學(xué)生學(xué)情的差異性，設(shè)計多檔個性化階段性測試，通過統(tǒng)計測試成績，了解學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況以及相應(yīng)能力水平;通過對比學(xué)生多次成績，了解學(xué)生的能力提升情況。此外，對學(xué)生發(fā)放調(diào)查問卷，調(diào)查內(nèi)容涵蓋學(xué)生相關(guān)能力達(dá)成度的自我評定以及對于課程教學(xué)方式的意見和建議，請學(xué)生如實填寫。最終將測試成績反饋和問卷反饋綜合起來，反映學(xué)生能力達(dá)成的真實情況;依據(jù)評價反饋結(jié)果，對課程后續(xù)教學(xué)方式的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行微調(diào)，以保證學(xué)生最終能力的達(dá)成。在課程結(jié)束后，基于學(xué)生的期末課程考核成績，計算各指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度和課程達(dá)成度，總結(jié)反思教與學(xué)的兩個過程，獲取形成性評價，進(jìn)而不斷改善教學(xué)方式的細(xì)節(jié)，使之具有較強(qiáng)的有效性和普適性。

3 結(jié)語

用OBE理念引導(dǎo)機(jī)械制圖課程改革，改善傳統(tǒng)教學(xué)方式，突出教師在教學(xué)中的主導(dǎo)性，將學(xué)生置于教學(xué)活動的中心地位，通過引入熱門的3D打印技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及豐富的教學(xué)資源，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)多元化的教學(xué)環(huán)境。改革實踐表明，此教學(xué)方式解決了傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程教學(xué)內(nèi)容繁多而課時有限的矛盾，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)了學(xué)生相關(guān)能力的達(dá)成。

參考文獻(xiàn)

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作者：董妍，徐州工程學(xué)院，助理實驗師，研究方向為磁性形狀記憶合金;張磊，徐州工程學(xué)院，副教授，研究方向為工業(yè)工程質(zhì)量控制;趙恩蘭，徐州工程學(xué)院，實驗師，研究方向為激光加工（221000）。