OBE理念下的CAD/CAM技术课程教学改革研究

李伟 杨晨 王桂录

摘 要：本研究结合工程教育专业认证的要求，在分析CAD/CAM技术课程基本情况、上机实训环节所存在问题的基础上，根据课程的教学目标提出了基于OBE理念的课程内容、教学方式、考核方式的改革新思路，总结了CAD/CAM技术课程教学团队建设的一些经验措施。新模式下的教学方式，不仅能够充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性，而且提高了学生解决复杂机械工程问题的能力。

关键词：OBE理念;教学目标;考核方式

CAD/CAM技术是郑州科技学院机械工程学院全院范围内开设的专业课，也是一门联系工程实际的课程。该课程作为机械设计制造及其自动化专业工程专业认证指标点的支撑课程，目的是培养学生具有使用現代工具解决一些机械工程复杂问题的能力，能够就机械工程及相关领域中的专业问题，以图纸等形式进行陈述和交流，准确表达自己的观点。该课程既是学生参加全国大学生机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛应用能力培养的基础课程，也是后续课程设计及毕业设计等教学环节有力的支撑课程。

该课程主要讲授SolidWorks软件的应用，是对实际零部件进行质量属性分析、装配干涉分析、空间运动仿真、应力应变分析、可加工性分析的一门专业课，以培养学生的创新能力为导向，以培养学生的实际工程应用能力为核心，对提升学生解决实际问题的能力具有重要意义。

一、课程基本情况

在CAD/CAM技术课程现行教学计划中，教学总学时40个，其中，理论学时20个，上机学时20个。教学团队根据学校的人才培养方案及专业认证要求，总学时调整为32个，其中理论学时16个，上机学时16个。课程使用教材由CAXA制造工程师软件教材改为SolidWorks软件教材。这是因为CAXA制造工程师软件在三维建模及二维绘图方面的功能相对较弱，而在实际应用中，大多数企业选择SolidWorks、CATIA、Pro/E等三维软件。新软件教材是将三维设计与应用结合的SolidWorks软件教程，增加了以设计任务为驱动的教学模式，以学生对课程目标达成度进行评价考核，能够了解学生的知识模块掌握情况，从而不断完善课程目标，更好地提高学生学习水平。

二、实训环节存在的问题

（一）实训课时难以满足学生需求

由于现行教材所学知识与企业实际应用脱节，学生对于本门课程的学习流于表面，对建模工具的底层逻辑不清楚，学习方式单一。为了解决上述问题，本门课程开展基于“应用性导向”的课程内容和方法改革。

课程原本采用一次理论讲授加一次上机实训的教学方法，但教学内容涉及零件三维建模、装配干涉分析、工程图创建、空间运动仿真、应力应变分析、可加工性分析等，如果只有线下的上机实训学习，很难满足工程专业认证的课程目标。这就需要利用线上慕课等教学资源对课程内容进行补充，并通过布置设计任务，帮助学生完成线上能力评价，为达成课程目标提供支撑。

（二）重基本操作，轻系统性训练

传统的软件应用教学往往是根据该软件的各基础模块内容重点讲解每个操作命令的含义，教师进行操作示范，学生模仿操作。这样教学的缺点是学生的学习仅停留在对软件操作方法的熟悉上，缺乏对机械产品设计的整体把握和创新思维的培养，容易导致学生掌握了软件却无法进行设计，实际应用到课程设计和毕业设计的针对性实践案例较少。部分学生虽然对软件学习感兴趣，但认为在课堂中学不到有用的知识，普遍会选择从网上下载视频类教学资源，或参加社会组织的短期培训等，以此提升软件应用水平。

（三）教学内容缺乏创新性和前沿性

缺乏企业实际设计经验的教师，往往将这门课程作为一门软件操作课程，只对零件建模、机构装配和工程图等知识点进行讲解示范，却不考虑这门课程与其他专业课程之间的联系，造成课程间的脱节现象，以至于机械制图、机械设计、制造工艺等专业知识点不能有效融入教学过程。

因此，如何对该课程的课堂教学、上机实训教学以及课程设计环节进行改革，充分调动学生学习的积极性，提高学生的创新设计能力和实践操作能力具有重要的意义，也是机械制造及其自动化专业工程认证的重要课程支撑。

三、教学改革思路

基于OBE的教学理念，以产出为导向重构课程内容和教学模式，依托教学目标、教学形式、考核方式和教学效果评价等方面的课程改革，通过项目化的教学和考核方式来优化目前实训课堂中存在的一系列问题。改革前后的具体教学形式及教学内容对比如下：

（一）课程的教学方式对比

传统教学：三维建模方法的介绍，根据所选教材介绍相关章节的案例，课后章节操作作业，教学问题反馈，单一考核方式。

OBE教学：能运用SolidWorks软件设计产品模型，能够将所学章节技能应用到课外作品大赛，能够在课堂外其他平台继续学习并完成创新设计，知道自己学到了什么、将来能从事什么工作岗位，具有多元化的考核方式。

（二）课程的教学内容对比

传统教学——内容为本：使用SolidWorks软件设计教材案例，能够进行机构的运动仿真、零部件的可靠性操作分析。

OBE教学——结果为本：运用SolidWorks软件设计产品模型，能够将仿真数据结果运用到产品的简单设计中，并对其结构可靠性进行校核或评估。

根据课程特点及课程教学目标，布置大小作业以达到培养学生零部件三维建模能力的目的与要求，加大综合性作业的比例，注重培养学生解决复杂专业问题的能力，对机械设计当中的连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等组合机构整体设计装配建模的能力，以及能够使用现代工具解决一些机械工程中存在的较复杂问题的能力。

在教学方法上，采用项目化教学方式。虽然学生已经具备了解决简单问题的能力，但大多数还停留在理论设计层面，没有考虑设计的结果能否应用到实际，如油缸选用多大的缸径、电机需要多大的功率、板材需要多大的厚度才能够满足要求等。解决这些问题就需要学生通过三维软件进行运动学、动力学仿真分析计算的学习，再结合所选其他课程共同完成设计工作。

改革后的课程既可以为实际需要的具体设计参数提供技术分析支持，也可以让学生学会如何运用三维建模仿真技术解决一些复杂的机械工程问题。这有利于满足学生毕业后企业对该类技术人才的需求，从而提高就业竞争力。

四、教学团队建设措施

一是组织团队教师到企业进行实地参观考察，对产品及零部件设计、制造整个流程进行深入学习，为CAD/CAM技术课程改革的教师能力提升提供帮助。二是每年组织教师指导学生参加全国大学生机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛等相关竞赛，将相关成果应用到CAD/CAM技术课程改革中。三是鼓励教师参加学校组织的暑期企业实践活动，深入了解由设计图纸到实物产品的每一步设计制造流程，以弥补教师实际设计工作经验不足的问题，将企业技术改革成果应用到CAD/CAM技术课程改革当中。四是教学团队中的青年教师应该与机械原理、机械设计等课程教师加强沟通交流，挖掘其他课程教师在教学过程中对三维计算机辅助设计技术的需求，通过为其他课程搭建教学三维模型产品资源，将自己完成的成果应用到CAD/CAM技术课程改革当中。

基于OBE教学理念，以学生三维建模的实际能力作为考核指标，该课程真正做到了理论联系实际，提高了学生解决实际工程问题的能力。教学团队通过改革课程的上机实训环节，增加项目式上机实训，不仅提高了学生的计算机仿真分析能力，而且结合学校工业机器人研究所装配线、智能制造学院，使学生具有一定的动手能力、创新能力、发现问题的能力和完善三维建模技术的能力。在后续教学中，教学团队将继续探索课程目标、培养目标、就业要求三者之间的关系，不断进行改进和完善。

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责编：时高玺