新工科背景下基于OBE理念的《工程圖學》課程建設改革

楊放瓊 彭高明

【摘要】基于OBE教學理念，對新工科建設背景下的《工程圖學》課程進行了深入改革，緊緊圍繞課程教學目標，將思政教學貫穿于整個教學過程，混合式教學與課程思政相結合，從立德樹人、價值塑造、能力培養三個方面深入挖掘思政元素，精心設計各個教學環節，采取線上線下混合式教學方式，引入項目驅動，以學生為中心，成果導向，打造翻轉課堂，培養了學生的創新設計能力和綜合素質，構建線上線下全方位、全過程的思政教育與課程教學有機融合的教學新模式。

【關鍵詞】工程圖學;新工科;OBE理念

【基金項目】2020年湖南省課程思政建設研究項目——“基于OBE理念的《工程圖學》課程思政教學設計研究與實踐”（HNKCSZ-2020-0044）;2021年山東魏橋創業集團有限公司教育部產學合作協同育人項目——“新工科背景下基于OBE理念的《工程圖學》課程建設改革”。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】 A

當前，教育部積極推進“新工科”建設，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育的強國建設。各高校都非常重視“新工科”建設，而要建設一流“新工科”，需工程教育專業認證“點石成金”[1]。《工程圖學》課程是面向機類、近機類本科專業的重要的公共基礎課，隨著機械與計算機、信息技術的交叉融合，3D打印等新興制造技術的出現，使工程圖學這門古老的課程煥發了生機。如何適應形勢的發展和社會的需求，是本課程所面臨的機遇與挑戰。將機械圖學知識與現有工程實際相結合、與學生的工科思維方式相結合，是新工科對工程圖學教學的要求，也是企業對畢業生的要求[2]。工程教育專業認證遵循三個基本理念：OBE成果導向、以學生為中心和持續改進，以保證專業教育質量和專業教育活力[3]。課程團隊根據“兩性一度”的要求，對教學內容、教學方式等進行全面改革，以學生為中心，OBE成果導向，力求打造面向社會需求的一流課程，努力探索《工程圖學》課程知識傳授、能力培養和價值引領的有機統一。

一、對標專業認證，制定培養目標

（一） 課程現狀以及需要解決的關鍵問題

信息技術、計算機技術與機械的交叉融合，對圖學教育提出了更高的要求。傳統教學內容、手段和教學模式已與“新工科”背景下的社會需求嚴重脫節。工科類專業畢業的學生，其能力是否達到行業認可的要求，應作為教學目標重要的評價指標之一[4]。

課程內容與工程應用及社會需求脫節的問題。

擯棄陳舊教學內容，注重現代設計方法的運用，將三維創新設計、典型工程案例融入課程教學。

教學方式手段單一落后、教學資源不足的問題。

采取多種教學模式和手段、注重信息化教學手段運用，充分激發學生的潛能，賦能課堂。

（二） 課程培養目標

堅持“立德樹人，以學生為中心、以產出為導向”的教育理念，面向機械工程、航空航天、先進制造等國民經濟主戰場，著力培養理論基礎、創新能力、工程素質和人文素養俱佳的綜合型人才，以支撐機械類專業人才培養的需求。課程的培養目標，是對標“新工科”建設，結合我校人才培養要求，以“報效祖國、回饋社會”作為價值引領，在知識探究、能力培養、素質養成等方面全面培養學生。

1. 知識目標： 掌握工程圖樣的繪制和閱讀基本方法，掌握各種圖樣的畫法與綜合應用，掌握各種形體的3D構形、裝配與視圖生成方法。

2. 能力目標： 具備圖學思維能力、空間想象能力、團隊協作能力、工程思維能力和初步創新設計能力。

3. 素質目標： 通過課程思政，培養精益求精的工作態度，一絲不茍的工匠精神，為國效力、奉獻社會的人文情懷。

二、課程建設主要內容

重構教學內容、梳理邏輯關系

課程內容的知識構架與邏輯關系如圖1所示。課程分為兩個學期完成，分別對應為工程圖學（一）、工程圖學（二）。其中，工程圖學（一）為圖學基礎知識部分，主要內容包括課程總覽、立體的3D構形與2D表達、圖樣的畫法與綜合應用。工程圖學（二）為圖學專業知識部分，包括零部件的構形與表達、“發條玩具”的工程思維訓練、機械創新設計、無碳小車等典型案例的項目驅動應用實例。

重構教學內容主要是基于以下幾點考慮：

1.現代設計工具與理論知識的有機結合

將二維計算機繪圖與三維構形工具與教學內容有機融合，圍繞形體的三維構形和二維表達，建立3D-2D人機協同思維模式;通過對組合體結構剖析，培養學生工程思維能力;根據零部件結構，闡述各種圖樣的形成和畫法。

2.通過工程訓練項目的課后拓展，培養工程思維

理論知識與工程實際緊密結合，同時注重本課程與后續課程的銜接與拓展延伸。通過對齒輪油泵、球形閥等典型零部件的測繪實訓，將現代設計知識、工程知識融入零件部的內容。

通過“發條玩具”的工程訓練、“無碳小車”、機械創新大賽等的創新設計項目的引入，培養學生工程思維能力、創新設計能力、運用現代設計工具的能力， 拓展課程內容難度深度。

3.課程思政元素與章節內容的無縫對接，全方位育人

精心提煉各章節課程思政元素，挖掘課程思政內涵，以工匠之心，鑄制造強國，提升學生的愛國情操和政治素養。

通過分組學習等形式增強團隊協作和溝通能力，培養良好的職業素養和社會責任感;通過手工繪圖培養學生一絲不茍的工匠精神。

資源建設

根據課程大綱，配置了豐富的線上線下教學資源。出版“互聯網+”立體化教材三本，撰寫了課程教案、制作相關的PPT課件。二維碼資源80套，微課視頻50多個、模型素材300多個，課程思政典型教學案例多套，實現了資源共享。

三、實施路徑與具體措施

OBE理念強調教學設計和教學方法的實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向。學生的學習成果就是運用所學知識解決工程問題的能力，而這種能力一般要通過對課程進行精心的教學設計，以及對學生潛移默化的培養[5]。

（一）教學方法設計原則與策略

以學生為主體，采取混合式教學模式。精心融入課程思政，將課程思政與專業知識有機融合，實現同向同行。根據學生信息反饋，適時調整教學方式和手段，通過線下答疑和線上互動等方式解答學生疑難問題。教學方法遵守以下原則與策略：

1.課程思政貫穿整個教學過程。注重課程思政與專業知識的無縫對接，從言傳身教、課堂組織、微課視頻、思政案例各方面進行思德培養。

2.精心設計線上線下教學過程。采取“理論+實踐”、“線上+線下”、“課堂學習+創新設計”的多模態教學形式，打造翻轉課堂。通過線下答疑和線上互動等方式解答學生疑難問題。圖2為課前、課堂、課后各階段混合式教學流程、教學方法的基本框架。

3.注重信息化教學，拓展學習空間。教學多種教學平臺實現教學信息化。將教學資源上傳到教學平臺，使學生學習空間得到全方位拓展。

4.項目驅動引入課堂教學。將創新設計與課堂教學結合，激發學生興趣與求知欲，通過“做中學”達到探求知識、培養能力的目的。

（二）實施措施

1.利用超星學習通、TronClass等互動式教學平臺打造翻轉課堂，實現師生互動、生生互動。圖3為組合體構形分析的翻轉課堂設計實例。圖（a）為組合體3D構形分析教學設計，圖3（b）為翻轉課堂學生活動場景。

2.運用“互聯網+”、AR技術、網絡教學平臺實現信息化教學。通過手機掃碼可以得到三視圖所對應的AR模型，并對其進行翻轉、放大等操作。

將“發條玩具”、“無碳小車”等典型設計案例引入課堂教學，實現工程知識與圖學課程深度融合，促進知識向能力與素質的轉化，實現本課程與后續課程的銜接與拓展延伸，達到連接理論與實踐、課堂與課外、知識與應用的目的，培養學生的工程思維和創新能力。

第一學期末引入“發條玩具”工訓項目，要求學生分組進行3D建模，拆分玩具，分析機械運動原理和零件組成，最后寫出訓練報告并分組進行答辯，如圖4（a）所示。

第二學期末引入“無碳小車”創新設計項目，與大學生工程綜合能力競賽相結合，根據老師提供的設計模板撰寫設計報告并進行分組答辯。在后續的《制造工程訓練》課程制作出實物模型，如圖4（b）所示。

通過典型工程案例考核學生的知識理解能力、工程思維能力。圖5為在講解標準件一章時所用到的典型工程案例。

（三）考核方式改革

原有的考核方式形式單一、目標僵化，忽略學生在教學中的主體作用，忽略其在學習過程中的思考、綜合與積累，扼殺學生的創新意識，阻礙其個性發展[5]。從分析和解決實際工程能力的角度出發，圍繞培養目標，制定全方位、全過程的考核體系，線上、線下多模式考核學生的綜合能力，在學生能力、素質上的評價權重逐年增加。工程圖學（一）、工程圖學（二）的各部分知識的考核比重如圖6所示。在工程圖學（一）的考核中，著重于基礎知識和作圖能力、表達能力的考核;在工程圖學（一）的考核中，注重過程考核，強調知識的運用、綜合能力與素質。

四、課程改革成效

改革成效體現在以下幾個方面：首先，通過對近幾年學生考核成績數據分析，形成了各年度課程質量評價報告。從報告可以看出，學生的制圖能力、學習成績、工程分析能力明顯提升。圖4為2020、2021級學生成績的對比，我們的試卷在增加了工程綜合能力的基礎上，學生的成績還有明顯的提升。

其次，后續課程中學生的綜合創新設計能力明顯增強。發條玩具、機械創新設計等典型工程能力訓練項目的引入，并通過PPT匯報、提交課程報告等方式，極大地提升了學生的綜合素質與創新設計能力，學生的思想境界、人文素質顯著提升。圖8是學生的課程設計作品：仿生機械以及海洋環保裝置。

圖9為學生完成的S型、雙8字型無碳小車作品。采取三人一組、自由組合，分工合作方式，進行無碳小車的設計計算、運動仿真、3D建模，虛擬裝配，并根據老師提供的設計模板撰寫設計報告并進行分組答辯。

第三，結合章節內容，設計了多個課程思政案例，通過開發特色化課程思政項目，師生共同參與，共同成長。例如：結合幾何作圖與平面圖形的Solidworks軟件繪制，通過講解黨徽的含義和由來，布置了班徽設計的課后拓展作業，要求學生兩人為一小組，采用三維設計軟件，完成班徽的創意設計，學生上臺講述，講述班徽的制作理念，元素構成，既教育了自己，又感染了大家。同學們的家國情懷、使命擔當充分得以體現。

第四，學生踴躍參加各類創新設計大賽，取得顯著成績。近幾年學生申請各類創新創業項目達158項，其中國家級57項，呈上升態勢。

結論

對標專業認證，圍繞《工程圖學》的課程建設與深度改革，取得了顯著成效，特色鮮明。主要體現如下：

以學生為中心、項目驅動，營造混合式課堂教學新模式。將“發條玩具”、“無碳小車”的設計案例融入課堂教學，多課程、多學科知識的融合，課程教學與工程設計深度融合， “結果導向”貫穿整個教學過程。

構建了線上線下全方位、全過程的思政教育與課程有機融合的新型態。注重思政案例的收集凝練，思政微課的制作，課程思政潛移默化地貫穿于整個教學過程。

3.提出了3D-2D雙向式人機協同思維的教學新理念，構建了工程圖學理論+實踐+創新設計的課程構架。理論學習、計算機建模、讀圖畫圖幾種思維方法的協同融合，3D構形與2D表達雙向并行;創新實踐與課程教學深度融合，融知識探究、能力提升、素質養成、創新訓練于一體，促進知識向能力的轉化。

隨著科技的進步與不斷發展，圖學教育也一直面臨著挑戰。如何使課程內容、教學方式適應社會的發展與時代的需求，還需要課程團隊長期不斷的努力與探索。

參考文獻

[1]高崇一，魏云平，戴 俊，李 然，肖春英.基于OBE理念的“工程制圖”課程教學改革研究[J].唐山學院學報，2021（34）：95-98+103.

[2]劉思遠，張志輝，張云輝，柴博森，于征磊.基于大學生工科思維發展的工程圖學教學改革淺談[J].教育教學論壇，2020（46）：192-194.

[3]游少鴻，白少元，李艷紅，等.以工程教育認證助推環境工程專業全面深化改革[J].高教學刊，2017（16）：90-92+95.

[4]王振寧.工程教育認證背景下工程制圖類課程教學改革[J]，安陽工學院學報，2019（18）：115-117.

[5]范芳蕾， 張克義， 余宏濤， 史冬敏.提升工程實踐能力背景下“工程制圖”教學改革探索[J].東華理工大學學報 （ 社會科學版），2020（39）87-93.