基于OBE理念的机械类专业学生成图能力培养课程体系构建与实践*

王 伟，毕 思，蒋慧琼

（1.武昌工学院智能制造学院，湖北 武汉 430065；2.绿色风机制造湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430065）

成果导向教育（Outcomes-Based Education，OBE）由美国著名教育学者Spady于1981年首次提出，已成为欧美发达国家教育改革的主流理念[1]。强调将“产出导向”“以学生为中心”“持续改进”的教学理念贯穿人才培养全过程，对推动地方高校应用型人才培养有较强的指导意义。

制造业信息化技术的飞速发展，使设计方式产生了巨大变革。目前的设计方式有以二维为主、三维为辅的，也有完全立体化、数字化的。不管设计方式如何变革，成图能力是机械类学生的必备技能。成图能力包括二维工程图的制图、读图能力，也包括三维建模与仿真分析能力，两种能力相辅相成，相得益彰。

1 传统成图课程教学的不足

成图能力培养通常是由一系列的课程共同完成，包括机械工程制图、二维CAD绘图、三维建模及仿真等理论课程，还有制图测绘等实践课程。但是在以上课程的教学过程中未形成合力，尤其是二维CAD绘图、三维建模及仿真等课程，授课内容仅仅关注软件的基本操作。如三维建模及仿真教学内容只是侧重介绍三维建模、由三维到二维的转换等基本知识，使该课程仅仅让学生多学了一种软件，没有体现其作为辅助设计的软件功能；另外，相关软件课程与专业课程结合不够紧密，仅作为一门课程，结课后并未进行进一步的学习和应用[2]。由于上述原因，导致本科毕业设计中学生工程图纸质量不高[3]，毕业生成图能力偏弱。

2 基于OBE理念的成图能力培养课程体系构建与实践

2.1 课程体系构建与实践

本课题以学生成图能力培养为对象，探讨基于OBE理念的课程体系构建与实践。以机械工程制图、二维CAD绘图、制图测绘、三维建模与仿真、三维数字化设计系列实践课程构建成图能力课程群，从教学内容、教学方法以及评价体系等方面进行综合性的改进。为提高教学效率、达到培养目标、提高学生的工程实践能力，做进一步研究。

首先，教师团队需明确人才培养的主线、课程群组成以及学生在毕业时应达到的毕业指标点，从而确定出本门课的教学目标，即“学生应该掌握什么知识，具备什么能力”；其次，通过对课程内容的整合，根据教学目标即预期学习目标制定教学内容，并设计相对应的教学方法与实施方案，即“学生怎样才能掌握知识”；最后，采用全面的教学评价体系对学生的学习产出进行评估，即“判断学生是否达到学习目标”[4]。

2.2 明确成图能力与课程的关系

通过对企业进行调研，并对毕业生进行回访，了解企业、行业对机械类专业学生成图能力的要求，制订本专业学生的毕业要求，并依据毕业要求建立课程体系、教学要求、教学内容及教学评价。

学生要具备相应的成图能力及其他相关能力，需要通过大学四年不同的课程持续进行培养，具体的成图能力培养目标与课程如表1所示。

表1 学生成图能力培养目标与课程

2.3 教学内容与教学方法

根据学生的能力要求，合理设计教学内容，在学时缩减的情况下对教学内容进行一些删减与整合，分离出必学的内容、教师辅导学习的内容与自学的内容。机械工程制图主要培养学生识图、绘图能力，以及空间想象能力[5]；二维CAD绘图主要培养学生利用CAD软件绘图的能力；三维建模及仿真培养学生利用三维建模软件辅助三维建模，并进行运动仿真、结构强度分析的能力；通过集中实践环节制图测绘，加强学生测量、绘制工程图的能力；三维数字化设计系列实践课程中，一个主要目的就是培养学生利用计算机辅助设计技术解决工程实践问题的能力。

对于教学内容的整合，以三维建模及仿真这门课为例，如图1所示。教学改革前，教学内容进行到基础篇就结束了，而改革之后的教学内容，则有以下特点。

图1 整合三维建模及仿真课程内容

1）绪论阶段主要给学生讲述机械CAD/CAM技术在机械设计和加工制造这些机械产品生产环节中的应用：以轴的设计、强度校核以及辅助数控编程为案例，同时，介绍一些简单连杆机构的运动分析，并进行实际工程案例视频的演示。相比整合以前，极大地激发了学生的学生兴趣。

2）在基础篇阶段，让学生理解零件实体建模的建模原则，如图2所示，宽箭头表示模型结构，细箭头表示建模过程的操作顺序。并要求熟练掌握零件实体建模、装配体、工程图的操作技巧。

图2 模型结构与建模顺序

3）在提高篇阶段，结合在基础篇中建立的模型，对学生进行机构运动分析以及零件强度分析的教学。此内容能加深学生对计算机辅助设计的理解，并为后续课程的学习打下一定的技术基础。

4）CAM技术过渡篇，此阶段主要让学生了解CAM技术的应用情况，激发学生进一步学习的兴趣。

5）教学改革以前，机械CAD/CAM课程的教学只是为学生打开了一扇门，而改革之后，不仅为学生打开了门，还引导学生走进房间对里面的工具进行了了解和使用。

依据上述能力与课程的关系，将成图能力的培养安排在机械工程制图、二维CAD绘图、三维建模及仿真、制图测绘、三维数字化设计系列实践课程中进行持续不断的培养。不同的课程、不同的教学内容应该采用适当的教学方法，如表2所示。

表2 课程教学内容与教学方法

教学方法摒弃传统教师教、学生学的方式，以学生为课堂的主体，多结合项目式教学、案例式教学，引导学生参与讨论和分析，并与自主独立学习、解决工程问题相结合，将理论融入实践，采用实体教具、生动的课件、三维动画、视频等辅助教学手段，提高学生学习与研究的兴趣，从而达到预期的学习产出[4]。以机械工程制图为例，机械制图是培养学生阅读和绘制机械图样能力的一门专业基础课，培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力是指导学生学好这门课的关键[6]。课堂教学多结合案例式教学、项目式教学方法，引导学生分析、讨论，并利用三维建模软件辅助教学，解决空间抽象带来的问题[7]。使学生在学习投影时，通过将立体的构成按照基本几何体构形特点进行归纳、总结、分类、划分，建立不同特征的立体与其投影之间的对应关系，并进行分类推广，培养学生建立空间想象的能力。

2.4 教学评价改革

针对上述课程授课内容与授课方式的特点，摒弃以往单一的期末考试的考核方式，加强过程性考核；通过平时考核、理论考核及项目完成度来评估学生学习成效。进行以能力为导向的学习评价方法改革，通过多主体（学生自评、同学互评、教师主评、企业参评）、多维度（学习过程、学习结果、知识转化）的评价方法改革，促进专业教师及学生从“重分数”向“重能力”转变。

其中平时考核加大作业成绩占比，而对平时作业的批阅流程进行改变，采取“提交作业、点评问题、再做再交、再评再改、评定成绩”的方式，给学生足够空间反复训练提升。此评阅流程不仅适用于理论课的平时作业，也适用于集中实践课的图纸作业中，如：在二维CAD绘图课程作业中，要求学生完成电子档作业后将图纸打印出来，学生第一次打印出来的图纸普遍存在图幅规格不对、轮廓线与尺寸标注线粗细不分、标注文字过大或过小等问题，对图纸存在的问题进行点评后，学生继续修改，第二次提交的作业问题就少很多，继续点评后，学生继续修改，第三次上交的作业普遍较好。同一个绘图作业经过这样的反复点评及修改后，学生加深了对绘图技术规范的理解，后期上交的其他作业基本上就比较规范了。

项目完成度考核通过项目是否完成以及完成质量等方面进行考核，尤其是在实践课程中，还应考核学生个人在小组项目中发挥的作用。项目完成度考核更能检验学生成图能力掌握的程度。

为进一步建立课程教学与多种学习方式的互通机制，充分利用校内外各种优质教学资源，发挥学生学习积极性和主动性，满足学生多样化学习和个性化发展需要，依据《教育部关于推进高等教育学分认定和转换工作的意见》（教改〔2016〕3号）文件精神，结合学校实际，特制定本校课程置换与学分认定管理办法。鼓励学生参与职业技能考试、校企合作项目、国内外交流培养项目、创新创业等活动，达到专业人才培养方案中规定课程或学分要求的，可通过申请课程置换并认定获得学分，提倡“以证代考”，以专业资格证代替相关专业课考试。

3 组织学科竞赛、提升学生成图能力

武昌工学院通过多年组织学生参加学科竞赛，近年来在先进成图大赛、大学生机械创新设计大赛、大学生工程能力大赛上取得一等奖2项、二等奖5项、三等奖5项的成绩。其中尤其大学生机械创新设计大赛、大学生工程能力大赛等比赛，对参赛学生的综合素质要求高：要求学生在有限时间内完成参赛作品设计、实物或模型的加工制作，最后参加答辩。学生的热情很高，在很短时间内，就能构思很多课题。学生以课题组的形式参赛，不但可以培养学生的创新精神与实践能力，而且还培养了学生的团队协作能力。通过参加学科竞赛，一方面，可以促使学生进一步巩固所学理论知识，并将其系统化；另一方面，通过加工、制作、装配，也培养了学生的实践、动手能力。

4 结论

本课题以学生成图能力的培养为研究对象，基于OBE理念，构建成图能力培养课程群，从教学内容、教学方法以及评价体系等方面进行综合改革，将对学生成图能力的培养贯穿整个大学四年。提高了学生的学习与研究兴趣，加强了学生工程实践能力与工程意识的培养，适应了应用型人才培养模式的转变。经过一轮实践，学生毕业设计中工程图纸质量普遍提高。