基于OBE理念的機械類專業學生成圖能力培養課程體系構建與實踐*

王 偉，畢 思，蔣慧瓊

（1.武昌工學院智能制造學院，湖北 武漢 430065；2.綠色風機制造湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430065）

成果導向教育（Outcomes-Based Education，OBE）由美國著名教育學者Spady于1981年首次提出，已成為歐美發達國家教育改革的主流理念[1]。強調將“產出導向”“以學生為中心”“持續改進”的教學理念貫穿人才培養全過程，對推動地方高校應用型人才培養有較強的指導意義。

制造業信息化技術的飛速發展，使設計方式產生了巨大變革。目前的設計方式有以二維為主、三維為輔的，也有完全立體化、數字化的。不管設計方式如何變革，成圖能力是機械類學生的必備技能。成圖能力包括二維工程圖的制圖、讀圖能力，也包括三維建模與仿真分析能力，兩種能力相輔相成，相得益彰。

1 傳統成圖課程教學的不足

成圖能力培養通常是由一系列的課程共同完成，包括機械工程制圖、二維CAD繪圖、三維建模及仿真等理論課程，還有制圖測繪等實踐課程。但是在以上課程的教學過程中未形成合力，尤其是二維CAD繪圖、三維建模及仿真等課程，授課內容僅僅關注軟件的基本操作。如三維建模及仿真教學內容只是側重介紹三維建模、由三維到二維的轉換等基本知識，使該課程僅僅讓學生多學了一種軟件，沒有體現其作為輔助設計的軟件功能；另外，相關軟件課程與專業課程結合不夠緊密，僅作為一門課程，結課后并未進行進一步的學習和應用[2]。由于上述原因，導致本科畢業設計中學生工程圖紙質量不高[3]，畢業生成圖能力偏弱。

2 基于OBE理念的成圖能力培養課程體系構建與實踐

2.1 課程體系構建與實踐

本課題以學生成圖能力培養為對象，探討基于OBE理念的課程體系構建與實踐。以機械工程制圖、二維CAD繪圖、制圖測繪、三維建模與仿真、三維數字化設計系列實踐課程構建成圖能力課程群，從教學內容、教學方法以及評價體系等方面進行綜合性的改進。為提高教學效率、達到培養目標、提高學生的工程實踐能力，做進一步研究。

首先，教師團隊需明確人才培養的主線、課程群組成以及學生在畢業時應達到的畢業指標點，從而確定出本門課的教學目標，即“學生應該掌握什么知識，具備什么能力”；其次，通過對課程內容的整合，根據教學目標即預期學習目標制定教學內容，并設計相對應的教學方法與實施方案，即“學生怎樣才能掌握知識”；最后，采用全面的教學評價體系對學生的學習產出進行評估，即“判斷學生是否達到學習目標”[4]。

2.2 明確成圖能力與課程的關系

通過對企業進行調研，并對畢業生進行回訪，了解企業、行業對機械類專業學生成圖能力的要求，制訂本專業學生的畢業要求，并依據畢業要求建立課程體系、教學要求、教學內容及教學評價。

學生要具備相應的成圖能力及其他相關能力，需要通過大學四年不同的課程持續進行培養，具體的成圖能力培養目標與課程如表1所示。

表1 學生成圖能力培養目標與課程

2.3 教學內容與教學方法

根據學生的能力要求，合理設計教學內容，在學時縮減的情況下對教學內容進行一些刪減與整合，分離出必學的內容、教師輔導學習的內容與自學的內容。機械工程制圖主要培養學生識圖、繪圖能力，以及空間想象能力[5]；二維CAD繪圖主要培養學生利用CAD軟件繪圖的能力；三維建模及仿真培養學生利用三維建模軟件輔助三維建模，并進行運動仿真、結構強度分析的能力；通過集中實踐環節制圖測繪，加強學生測量、繪制工程圖的能力；三維數字化設計系列實踐課程中，一個主要目的就是培養學生利用計算機輔助設計技術解決工程實踐問題的能力。

對于教學內容的整合，以三維建模及仿真這門課為例，如圖1所示。教學改革前，教學內容進行到基礎篇就結束了，而改革之后的教學內容，則有以下特點。

圖1 整合三維建模及仿真課程內容

1）緒論階段主要給學生講述機械CAD/CAM技術在機械設計和加工制造這些機械產品生產環節中的應用：以軸的設計、強度校核以及輔助數控編程為案例，同時，介紹一些簡單連桿機構的運動分析，并進行實際工程案例視頻的演示。相比整合以前，極大地激發了學生的學生興趣。

2）在基礎篇階段，讓學生理解零件實體建模的建模原則，如圖2所示，寬箭頭表示模型結構，細箭頭表示建模過程的操作順序。并要求熟練掌握零件實體建模、裝配體、工程圖的操作技巧。

圖2 模型結構與建模順序

3）在提高篇階段，結合在基礎篇中建立的模型，對學生進行機構運動分析以及零件強度分析的教學。此內容能加深學生對計算機輔助設計的理解，并為后續課程的學習打下一定的技術基礎。

4）CAM技術過渡篇，此階段主要讓學生了解CAM技術的應用情況，激發學生進一步學習的興趣。

5）教學改革以前，機械CAD/CAM課程的教學只是為學生打開了一扇門，而改革之后，不僅為學生打開了門，還引導學生走進房間對里面的工具進行了了解和使用。

依據上述能力與課程的關系，將成圖能力的培養安排在機械工程制圖、二維CAD繪圖、三維建模及仿真、制圖測繪、三維數字化設計系列實踐課程中進行持續不斷的培養。不同的課程、不同的教學內容應該采用適當的教學方法，如表2所示。

表2 課程教學內容與教學方法

教學方法摒棄傳統教師教、學生學的方式，以學生為課堂的主體，多結合項目式教學、案例式教學，引導學生參與討論和分析，并與自主獨立學習、解決工程問題相結合，將理論融入實踐，采用實體教具、生動的課件、三維動畫、視頻等輔助教學手段，提高學生學習與研究的興趣，從而達到預期的學習產出[4]。以機械工程制圖為例，機械制圖是培養學生閱讀和繪制機械圖樣能力的一門專業基礎課，培養學生的空間想象能力和邏輯思維能力是指導學生學好這門課的關鍵[6]。課堂教學多結合案例式教學、項目式教學方法，引導學生分析、討論，并利用三維建模軟件輔助教學，解決空間抽象帶來的問題[7]。使學生在學習投影時，通過將立體的構成按照基本幾何體構形特點進行歸納、總結、分類、劃分，建立不同特征的立體與其投影之間的對應關系，并進行分類推廣，培養學生建立空間想象的能力。

2.4 教學評價改革

針對上述課程授課內容與授課方式的特點，摒棄以往單一的期末考試的考核方式，加強過程性考核；通過平時考核、理論考核及項目完成度來評估學生學習成效。進行以能力為導向的學習評價方法改革，通過多主體（學生自評、同學互評、教師主評、企業參評）、多維度（學習過程、學習結果、知識轉化）的評價方法改革，促進專業教師及學生從“重分數”向“重能力”轉變。

其中平時考核加大作業成績占比，而對平時作業的批閱流程進行改變，采取“提交作業、點評問題、再做再交、再評再改、評定成績”的方式，給學生足夠空間反復訓練提升。此評閱流程不僅適用于理論課的平時作業，也適用于集中實踐課的圖紙作業中，如：在二維CAD繪圖課程作業中，要求學生完成電子檔作業后將圖紙打印出來，學生第一次打印出來的圖紙普遍存在圖幅規格不對、輪廓線與尺寸標注線粗細不分、標注文字過大或過小等問題，對圖紙存在的問題進行點評后，學生繼續修改，第二次提交的作業問題就少很多，繼續點評后，學生繼續修改，第三次上交的作業普遍較好。同一個繪圖作業經過這樣的反復點評及修改后，學生加深了對繪圖技術規范的理解，后期上交的其他作業基本上就比較規范了。

項目完成度考核通過項目是否完成以及完成質量等方面進行考核，尤其是在實踐課程中，還應考核學生個人在小組項目中發揮的作用。項目完成度考核更能檢驗學生成圖能力掌握的程度。

為進一步建立課程教學與多種學習方式的互通機制，充分利用校內外各種優質教學資源，發揮學生學習積極性和主動性，滿足學生多樣化學習和個性化發展需要，依據《教育部關于推進高等教育學分認定和轉換工作的意見》（教改〔2016〕3號）文件精神，結合學校實際，特制定本校課程置換與學分認定管理辦法。鼓勵學生參與職業技能考試、校企合作項目、國內外交流培養項目、創新創業等活動，達到專業人才培養方案中規定課程或學分要求的，可通過申請課程置換并認定獲得學分，提倡“以證代考”，以專業資格證代替相關專業課考試。

3 組織學科競賽、提升學生成圖能力

武昌工學院通過多年組織學生參加學科競賽，近年來在先進成圖大賽、大學生機械創新設計大賽、大學生工程能力大賽上取得一等獎2項、二等獎5項、三等獎5項的成績。其中尤其大學生機械創新設計大賽、大學生工程能力大賽等比賽，對參賽學生的綜合素質要求高：要求學生在有限時間內完成參賽作品設計、實物或模型的加工制作，最后參加答辯。學生的熱情很高，在很短時間內，就能構思很多課題。學生以課題組的形式參賽，不但可以培養學生的創新精神與實踐能力，而且還培養了學生的團隊協作能力。通過參加學科競賽，一方面，可以促使學生進一步鞏固所學理論知識，并將其系統化；另一方面，通過加工、制作、裝配，也培養了學生的實踐、動手能力。

4 結論

本課題以學生成圖能力的培養為研究對象，基于OBE理念，構建成圖能力培養課程群，從教學內容、教學方法以及評價體系等方面進行綜合改革，將對學生成圖能力的培養貫穿整個大學四年。提高了學生的學習與研究興趣，加強了學生工程實踐能力與工程意識的培養，適應了應用型人才培養模式的轉變。經過一輪實踐，學生畢業設計中工程圖紙質量普遍提高。