基于OBE工程教育模式的UG模具教學設計與實踐

杜 靜，金守峰，姚麗娜

(1. 西安工程大學 機電工程學院，陜西 西安 710048；2. 西安工程大學 電子信息學院，陜西 西安 710048)

0 引言

成果導向教育(OBE)是一種以學生產出為導向，進行組織、實施和評價活動的教育模式。其核心理念是“以學生為中心、以成果為導向、持續改進”，適合于工程性、綜合性較強的機械設計、制造的理論與實踐教學[1]。根據模具行業對數字化設計及職業素養的要求，高校不斷在課程設置及教學模式等方面進行改革，以提高學生的職業競爭力。

UG軟件是一款集CAD，CAE，CAM于一體的計算機輔助設計/分析/制造軟件，應用范圍涉及航天航空、汽車、模具制造等多個領域，是本科院校的機械、材料類學生必學的CAD軟件之一[2]。為了滿足模具制造業對人才需求，大部分高校機械類、材料類專業均開設了《基于UG軟件的模具設計》課程，要求學生掌握UG軟件模具設計要點，能夠完成模具三維結構設計。本文針對教學過程中存在的一些問題，引入OBE工程教育模式，注重課程思政建設，強調以學生為中心、以成果為導向，由多個項目構成教學體系，發揮教師示范、診斷、評價作用，引導、協助學生達成預期目標，培養大學生工程創新實踐能力和團隊合作意識，提高學生綜合素質，以培養創新型人才[3]。

1 UG模具設計課程存在的問題

1.1 教學模式落后

數字化設計與制造是裝備制造業發展的必然趨勢，是高等院校CAD/CAM教學內容的重要組成部分。目前，教師往往按照教學大綱，以課堂講授理論知識為主，多數采用媒體幻燈片和一些模具結構動畫進行演示，僅僅介紹成型原理和簡單模具結構。學生在學習過程中容易感覺枯燥乏味，以死記硬背為主，缺乏學習的主動性。學生學完知識點后，不能融會貫通，遇到實際操作時無法靈活應用功能命令[4]。

1.2 教學內容單一

目前，很多教師在講解模具設計時，只是介紹模具的結構形式，缺乏對成型零部件的尺寸精度、表面質量、加工方法以及工作環境的講解。學生對模具總體結構認識不夠全面，不理解各種結構形式模具的適用范圍及工作過程。此外，傳統教學內容及模式與企業生產脫節嚴重，缺少創新性、綜合性的內容，無法培養現代企業需要的模具設計師[5]。

1.3 課程考核、評價方式單一

傳統模具設計教學對學生的評價方式以考試為主，試題單一、客觀，以記憶型題目為主，學習進度和深度受限于教師，缺少對學生探索熱情、創新思維、創新能力的培養，不鼓勵學生運用知識解決實際問題。此外，課程只重視學生對知識點的掌握，而忽視了對學生創新能力、團隊協作能力的培養，后者才是高素質工程人才應具有的能力的培養。

2 UG軟件課程設計與實踐

2.1 項目化教學的重要意義

針對現狀，高校需加強對UG軟件課程的改革，明確教學目標、改進教學內容、優化教學方法、完善考核體系。項目化教學是一種實踐性教學方法，是由師生共同在實施一個完整的項目過程中展開的教學活動，同時將課程思政元素融入專業知識的授課過程中，實現專業課程內容和思政育人的互相融合。

為了提高學生的學習興趣及主動性，所設計的UG模具課程，通過讓學生體驗企業實際生產任務，帶著興趣、問題去學習，教師針對學生提出的問題進行答疑、指導，引導學生自主設計，并發揮創造力。例如讓學生自主設計生活中常見、又具備一定復雜性的產品，如游戲手柄外殼、手機殼、吹風機外殼等，將UG軟件的建模、模具設計、裝配等知識貫穿其中，讓學生用專業知識解決身邊的實際問題，將理論知識與實踐操作有機結合，增強了實踐環節趣味性與專業性，激發學生學習主動性[4]，培養學生具備一定的工程創新實踐能力。

2.2 教學項目實施過程

UG軟件模具設計屬于實踐性較強的課程，學生在掌握Mold Wizard模塊基本操作流程、指令之后，還需進行項目練習，為了保證學生能夠順利完成規定的項目，每次授課安排4學時。將教學環節分為項目引入、教學演示、任務實施、任務評價4個階段[6]，如表1所示。實踐教學應以項目為驅動，選擇與實際生產相結合、具有代表性的模具。本設計選擇游戲手柄外殼、手機殼等典型模型，軟件使用NX UG9.0，教師在引入項目、講解相關知識點后，讓學生自主完成模具設計任務，其中涵蓋了設置分型面、模腔布局、頂出、鑲塊、澆口等內容，把課堂所學的理論知識與實踐操作結合起來，使學生具備產品制作的工程實踐能力及創新能力。

表1 項目實施方案

2.3 教學項目引入

圖1為游戲手柄外殼的模型結構圖，以游戲手柄外殼模具項目為載體開展實踐教學。教師引入項目后，提出完成項目所需學習的專業知識，講解項目的難點、重點及技巧，并具體講解游戲手柄外殼模具結構特點及模具設計過程涉及指令的應用。學生在領取任務之后，在教師引導下查找相關資料，學生自主完成模具設計內容，整個教學過程緊緊圍繞項目的解決而開展。

(a) 三維模型

(b) 型芯

(c) 型腔

(d) 模具三維模型

2.4 教學項目實施

教學項目的關鍵在于項目實施過程，教師將項目引入后，給學生下達工作任務，學生根據任務書，明確任務要求，收集、學習項目所需的相關知識。教師通過多種教學手段，包括微課、翻轉課堂等，讓學生熟悉課堂內容，并將學習過程中遇到的問題提前記錄下來[7-8]。

教師演示主要以游戲手柄外殼、手機殼等經典項目為導向，通過對模型的構建，講解設計思路、設計步驟、操作要領等相關基礎知識，使學生掌握基本模具設計的思路和命令。后續由學生獨自完成項目任務，教師負責相關指導工作。學生在項目實踐中掌握模具設計思路和掌握基本指令的使用，達到熟練運用的程度。實踐中多鼓勵學生獨立思考、多思多想，激發學生潛能。創新實踐階段以一次綜合項目實踐為主線，綜合建模、裝配、仿真等知識點，采用分組形式，通過學生的自主探究和合作來解決問題，共同完成項目。讓學生通過項目的學習，循序漸進、逐步提高，以培養學生的創新能力和知識遷移能力。

項目任務實施階段，由于模具設計過程較為復雜，安排項目任務時應由簡單到復雜。為了避免學生中途放棄，可適當降低設計難度。項目團隊由3～4人組成，由實踐能力強的學生擔任組長。組長領取任務后，負責組織小組成員討論、分析項目任務、明確學習任務和要求，并根據任務要求查閱相關資料、制定項目實施方案。為了保障項目順利完成，可將任務分解，合理安排工作量，落實責任到人。在整個教學實施過程中，堅持以學生為中心，教師作為引導者，對教學內容進行拓展，發掘哲學思想，培養學生的辯證思維和創新思維，鼓勵學生大膽探索創新，同一個零件可以設計成多種模具結構，對不同模具結構進行對比，選擇最佳實施方案。任務完成后，教師組織各小組學生進行互評，教師再點評，在點評過程中發現問題，開拓學生的思維，培養濃厚的學習興趣。不僅使學生掌握了UG軟件模具設計的相關知識，更培養了他們的團隊合作能力和創新能力。

2.5 教學任務評價

考核評價體系是實踐教學的重要組成環節，其應采用多元化評價模式，貫穿于整個教學過程中；應將理論與實踐相結合，教學過程評價與結果評價相結合，教師評價與學生評價相結合；應注重考核職業能力和合作態度。考核評價體系不僅用來檢驗學生學習成果，更是教學內容的延續，其具體內容見表2。通過對資料查閱、項目實踐、團隊合作情況，小組自評、教師評價等多方面進行考核評價，能更加全面、有效地評價學生的學習情況[9-10]。

表2 考核評價體系

3 結論

基于OBE工程教育理念的UG模具課程教學設計將思政元素融入專業課程教學中，緊緊圍繞學生為主體，以模具設計成果為導向，通過具體的項目展開UG模具課程教學，讓學生發揮主動性和積極性，活躍課堂氣氛，教師引導每組學生完成預期的實踐成果，學生自主完成模具的設計任務，獲得一定的成就感。此外，將課程教學和企業生產實踐有機結合，簡化了模具設計難度，縮短了模具設計周期，培養學生系統學習能力及模具行業的職業素養，對培養學生的實踐能力、創新能力及團隊合作意識具有重要意義。