OBE理念在机械制图线上线下混合教学中的探索与实践

董志奎　张楠　李大龙　邱雪松　李兴东　姚建涛

摘  要：针对机械制图课程比较抽象、缺少趣味性、学生积极性不高的现状，文章对OBE理念在机械制图线上线下混合教学中的应用进行探索实践，创新性地提出教学改革模式;基于OBE理念，在教学过程中设计合理的学习成果导向方式、个性化的教学方案，并研究设计一套多元化的教学案例库;充分发挥线上线下教学的优势，提高学生学习的目的性、能动性和积极性，学生学习成果大幅度提升，教学效果大大改善。实践证明，本教学改革方式取得了良好效果，对高等院校机械专业本科生机械制图教学改革发展有一定意义。

关键词：OBE理念 机械制图;线上线下混合教学;项目案例库

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）10-0094-04

Abstract： Aiming at the current situation of relatively abstract mechanical drawing courses， lack of interest， and low student enthusiasm， this article explores and practices the application of OBE concept in the online and offline mixed teaching of mechanical drawing， and innovatively proposes a teaching reform model. Based on the OBE concept， in the teaching process， a reasonable learning achievement-oriented method and personalized teaching plan are designed， and a set of diversified teaching case libraries are researched and designed; the advantages of online and offline teaching are fully utilized to improve students' learning goals， initiative and enthusiasm; students' learning results have been greatly improved， and teaching effects have been greatly improved. Practice has proved that the teaching reform of this article has achieved good results， which has certain significance for the reform and development of mechanical drawing teaching for undergraduates majoring in mechanical engineering in colleges and universities.

Keywords： OBE concept; mechanical drawing; online and offline mixed teaching; project case library

随着“中国制造2025”“互联网+”等重大国家战略的实施，我国发展日新月异，为适应新时代人才培养的新要求，各大高校不断探索实践教学培养方法和目标[1]。

2013年，中国加入《华盛顿协议》，成果导向教育（Outcomes-based Education， OBE）理念得到国内各大高校的广泛重视和应用，不断推动我国工程教育的深化改革。OBE理念由美国学者Spady提出，其以学生为中心，以学习成果为导向，配合多元个性化学习方法，激发学生学习能动性，以达成培养目标，并强调个性化评定，根据成果反馈来改进课程教学[2]。

随着互联网技术的不断革新，线上教育平台的不断发展，为新时代的教育教学模式的改革提供了新思路，加之新冠肺炎疫情肆虐，线下教育无法开展，线上课堂便成为教育教学的主战场，线上教学得到了迅速发展[3-4]。

2016年，燕山大学作为教育部委派的两所高校之一，接受《华盛顿协议》专家的考察，获得高度评价，为我国成为正式成员做出贡献。多年来，我校不断探索、改革教育教学模式，以此为契机，本文基于OBE理念，结合線上线下混合教学模式，针对机械制图的教学方法，展开探索实践，以学习成果为导向，为学生设计个性化教学方案及案例库，以多元化形式引导学生学以致用，以提升教学效果。

一、机械制图课程教学现状分析

随着机械行业的不断革新，逐渐由传统的生产制造发展为信息化的智能制造，二维和三维CAD/CAM技术在生产制造中得到了飞速发展和广泛普及[5]。机械制图作为机械专业的基础课程，使学生深入学习机械相关技能，如手绘制图和计算机辅助制图，对机械人才的培养起着至关重要的作用。

机械制图作为工程业界生产交流的“语言”，旨在使学生掌握工程设计表达的基础知识和基本技能，重在工程实际应用，而课堂上学生直接接触的是课本、图纸和模型，因此，课堂比较抽象，难以理解，缺少趣味性。

随着线上线下教学模式迅速发展，线上课程具有灵活性、资源丰富等优点，被各大高校广泛应用并开发了线上课程资源，而线上课程存在缺乏师生实时互动、缺乏实时督促等缺点，加之机械制图课程的抽象性、枯燥性，为机械制图课程线上课程的开发带来挑战[6]。另外，各高校生源质量、学时数量以及培养目标都存在一定的差别，因此，合理设计线上和线下的教学内容，合理分配线上和线下学时比例，成为线上线下混合教学的关键[7]。

针对机械制图课程存在的问题，本文基于OBE理念，以学生学习成果为导向，为本校学生在不同学习阶段制定个性化线上和线下教学内容，并配备相应教学案例库资源，合理分配线上线下课时比例，合理制定成绩评定策略，以达到更好的教学效果。

二、基于OBE理念的教学方案设计

机械制图课程学习比较理想的方式是工厂实习，在工程实际应用中获得能力，让学生亲身参与产品的设计、出图和制造，但由于教育成本、安全等一系列因素，这样的方式是很难普及的[8]。传统教学受限于课堂、教具及教学形式，学生之所学不能得到及时应用，很难将看得见摸得着的学习成果和能力呈现出来，故而难以调动课堂上学生的积极性、参与性。

本文基于OBE理念，结合机械制图课程特点，改革传统教学方法，在教学过程中设计合理的学习成果导向方式、個性化的教学方案，使机械制图的教学更加科学有效。

（一）学习成果导向方式

在本科高等教育中，学科竞赛是理论课程的丰富和延伸，与理论课程相辅相成[9]。在学科竞赛中，学生能够学以致用，通过参赛队伍之间的相互比拼和激励，提高学生的学习兴趣和动力，提升对理论知识的理解。因此，机械制图相关的学科竞赛，给了学生一个很好的实践平台。

机械制图课程的学习目的，是让学生掌握工程设计表达的基础知识和基本技能，能够将所学应用于工程实际生产，因此，工程实际案例是机械制图课程的重要学习资源。

本文将考试成绩、学科竞赛和工程案例实习作为学习成果的具体表现形式，同时将学习成绩、竞赛获奖情况和工程应用表现纳入课程的最终考核，以此对学生的学习产生导向和激励作用。考试内容侧重基础知识、概念和方法;依托学科竞赛，锻炼学生拓展创新能力;工程实际案例考核学生知识的综合应用本领。

（二）个性化教学方案设计

有了科学合理的学习成果导向方式，还需为学生在不同学习阶段设计合适的学习内容，虽然目前线上线下已拥有丰富的学习资源，但针对不同学生群体、不同培养目标，这些已有资源并不完全适用[10]。

机械制图的教学内容包括：画法几何、机械制图、二维和三维计算机辅助制图。针对学习成果导向方式，结合教学内容和培养目标，将教学方案分为四大板块：制图基本知识教学、计算机辅助设计教学、学科竞赛培训和工程案例实习。如图1所示，针对四大板块分别设计个性化教学案例库。

案例库取材于教学过程、竞赛过程、工程实际以及国内外相关优秀教学资源。按知识点将各案例库串联，进行编号储存，教师可根据教学进度和学生学习情况，从案例库中选取合适的案例。

1. 制图基本知识教学案例库

按照学生不同学习阶段，将课程知识点进行分类，按照类别和难度整合线上优秀教学资源;将不同类知识点整理归纳，形成单独的知识点活页和关联设计。

2. 计算机辅助设计教学案例库

按照学生不同学习阶段，整合线上常用软件的教学资源，将不同知识点结合软件操作，设计合适难度、合适知识范围的教学案例。

3. 学科竞赛案例库

课程教学过程中，做好学生选拔，指导集训，参加竞赛。积累竞赛历年试题及优秀学生作品，按照学生不同学习阶段，针对性整理，形成案例库。

4. 工程实际案例库

结合机械专业研究生培养过程中与企业合作开展的企业项目，积累并挑选符合课程教学不同阶段的典型案例，将其按照教学阶段进行拆解、整理和修改，形成案例库。

三、线上线下混合教学方案的设计

合理设计线上和线下的教学内容和学时比例，能够充分发挥线上线下教学各自的优点，提升课程的教学效果。根据上述个性化教学方案的四大板块：制图基本知识教学、计算机辅助设计教学、学科竞赛培训和工程案例实习，剖析各板块教学特点，利用中国大学MOOC线上平台，引进精品教学资源，设计线上线下混合的教学方案。

（一）线上线下教学内容分配

1. 制图基本知识教学板块

其主要内容是课本上的基础知识、概念和方法，包括点、线、面、基本体的投影规律及作图方法，复杂形体（截切体、相贯体、组合体）的构建及三视图，制图相关的国家标准和行业标准，工程中常用的表达方法（轴测图、多视图、剖视图、断面图、尺寸标注），标准件、常用件、零件图、装配图的绘制及相关技术要求。

此板块教学以课本为主，随着多媒体教学的普及，PPT、视频和模型等资源能够有助于学生的理解，随着线上教学平台的发展，线上教学资源得以充分利用计算机技术的优势，基于二维/三维制图软件，将机械制图抽象的知识用直观的、可交互的实体模型及动画展现给学生，能够更加易于学生的理解，激发兴趣。

因此，此板块教学分为线上讲授、线下课堂讨论答疑和作业练习。学生在线上学习基本知识后，在线下课堂可以和老师同学及时讨论、答疑和练习，巩固知识。

2. 计算机辅助设计教学板块

此板块教学，要点是使学生掌握常用二维/三维制图软件的基本操作，包括零件、装配体和动画，并能够按照国家标准绘制工程图纸。目的是教授学生使用现代化制图工具，结合课本所学知识点，完成工程制图的表达和设计，其重在实际应用。随着互联网的发展，线上机械各软件的教学资源非常丰富，有助于学生学习软件操作。

而软件操作是基础，实际应用是重点，因此，此板块分为线上软件操作讲授和线下课堂软件应用练习，学生在线上完成软件基本操作的学习，在线下课堂上，基于软件操作完成图纸应用，以练习、掌握和应用现代化工具设计方法。

3. 学科竞赛培训板块

各高校开展的学科竞赛，为学生提供了可以发挥知识实践、应用和创新的平台，本文以学科竞赛作为成果导向方式之一，能够让学生明确学习目标、提升学习兴趣和动力。

本文教学模式要求学生参加学科竞赛，针对学院开展的相关竞赛要求，开展竞赛培训，对学生进行培训和指导。并要求参赛作品不仅要满足举办方的相关要求，还必须满足机械制图的课程要求。形成竞赛获奖、专利与论文等形式的成果。

因此，此板块以线下课堂形式开展，引导学生如何应用课本知识点，启发学生创新思维，使学生从实践中获得真知，提升本领。

4. 工程案例实习板块

机械制图的学习最终是要应用于工程实际的，学生能够按照国家标准和行业标准正确地表达工程实际问题是机械制图教学的最终目的。因此，对于机械制图的学习，工程实例训练是至关重要的，让学生真正接触工程实际，才能让学生对所学知识有更深刻的认识和理解。

此板块的学习资源主要来源于企业实际生产经典案例，包括成套图纸、三维模型和产品仿真动画等，让学生以手绘制图、计算机辅助制图两种方式进行读图、制图的学习和练习，因此，此板块以线下课堂形式展开。

（二）線上线下教学课时分配

机械制图教学主要在本科生大一大二阶段，为本科生进入专业课程的学习奠定良好的基础。

1. 大一期间，主要学习制图基本知识，培养徒手尺规绘图的能力，加深对基本理论知识的理解和掌握;配备相应难度和知识范围的工程案例实习，帮助学生理解理论知识;鼓励学生自学并参加院校学科竞赛。

我校此阶段本课程学时为32学时，每周2次，1次2学时，共8周。此阶段以学习制图基本知识为主，为使学生线上学习后能够得到及时练习巩固，本次改革安排每周1次2学时线上，1次2学时线下。另外，课后练习以工程案例实习形式进行，为学生布置工程案例，完成后老师再集中讲解。

2. 大二期间，首先学习计算机辅助设计，配备相应难度和知识范围的案例库，增强学生结合制图基本知识，运用现代工具解决复杂问题的能力。然后进行学科竞赛培训，了解竞赛要求，培养创新思维，强化知识应用。最后进行工程案例实习，锻炼知识的工程实际应用能力，加深理论知识的理解和升华。

我校此阶段本课程学时为48学时，每周2次，1次2学时，1次4学时，共8周。此阶段的学习主要以基本知识的现代化应用为主，因此本次改革安排计算机辅助设计4周，竞赛培训1周，工程案例实习3周。其中计算机辅助设计每周1次2学时线上，1次4学时线下，竞赛培训和工程案例实习均为线下。另外，竞赛培训后，要求学生根据自己能力和兴趣选择参赛项目、设计参赛作品，在指导教师的指导下完成竞赛。

（三）课程考核办法

根据学习成果的具体表现形式：考试成绩、学科竞赛和工程案例实习三方面，来对学生综合素质进行考核。考核在课程结束后和学院各竞赛结束后开展，其中考试测验50分，学科竞赛情况20分，工程案例实习表现30分。

考试测验以笔试形式进行，主要考察制图基本知识掌握情况;学科竞赛考核以答辩形式进行，展示自己的参赛作品，结合参赛情况打分。工程案例实习考核以实习过程中完成的图纸质量来评定打分。

四、教学模式的改革实践及成效分析

以机械设计制造及其自动化专业的4个班，共120人，为教学试点，自2018级入学的本科生开始，采用本文改革的教学方法，配合所设计的案例库，对本科生进行教学培养。经过实践，本文改革方案取得了如下成效：

（1）增加了课堂的趣味性，使课堂知识生动形象，学生课堂积极性、参与性明显提升，有效地加深了学生对理论知识点的理解。

（2）提高了学生对制图课程的理解和认知，认识到了该课程在工程实际生产中的重要作用，提高了学生的学习能动性。

（3）学生竞赛获奖情况、创新学分得分情况较往年大幅度提升，其中4个班的学生在省部级和国家级高水平竞赛中获奖共15项。获奖证书如图2所示。

（4）提高了学生的知识运用能力，学生能够熟练应用现代化工具解决工程实际问题。

五、结束语

通过本次教学改革的探索实践，提出了OBE理念在机械制图线上线下混合教学中的实践应用模式，充分发挥了线上线下教学的优势，提高了学生学习目的性、能动性、积极性，学生学习成果大幅度提升，教学效果大大改善。本文改革方案使知识、工具、竞赛、工程实际融为一体，全面培养学生的综合素质，具有一定的创新意义，在实践教学过程中，取得了良好效果，对高等院校机械专业本科生机械制图教学改革发展有一定意义。

参考文献：

[1]周济.智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，26（17）：2273-2284.

[2]苏芃，李曼丽.基于OBE理念，构建通识教育课程教学与评估体系——以清华大学为例[J].高等工程教育研究，2018（2）：129-135.

[3]焦健，魏耘.“互联网+”背景下高校混合式教学面临的问题及建议[J].教书育人（高教论坛），2019（36）：84-85.

[4]苏婧.疫情背景下学前阶段在线教育的实践与思考[J].中国现代教育装备，2020（22）：1-3.

[5]胡青泥，戴恒震，高菲，等.面向三维CAD/CAM技术的机械制图教学研究[J].工程图学学报，2002（1）：137-142.

[6]丁乔，张孟玫，李茂盛，等.以学生为中心的机械制图混合式教学模式研究与实践[J].图学学报，2018，39（2）：362-366.

[7]贺孝梅，宁芳，曹曼.线上线下混合式一流课程建设探析——以设计材料与工艺课程为例[J].中国现代教育装备，2020（15）：63-65.

[8]宋洪侠.深化机械制图教学改革培养高技能创新型人才[J].图学学报，2013，34（3）：142-147.

[9]许国玉，张梦，兰朝凤.依托“技能竞赛和考试”提升机械制图创新教育[J].图学学报，2015（4）：631-637.

[10]苏小红，赵玲玲，叶麟，等.基于MOOC+SPOC的混合式教学的探索与实践[J].中国大学教学，2015（7）：60-65.

基金项目：河北省高等教育教学改革研究与实践项目“后疫情时代新工科背景下的专业基础课融合式高阶性综合改革探索”（2020GJJG065）;燕山大学教学研究与改革项目“‘机械制图’课程线上线下混合式教学改革实践探索”（2019HUJG07）;燕山大学机械工程学院教学研究与改革项目“基于OBE理念构建机械专业技术基础类课程一体化教学体系的研究与实践”（JX2019XJJG02）;燕山大学教学研究与改革项目“后疫情时代新工科背景下的专业基础课融合式高阶性综合改革探索”（2020KCGG07）

作者简介：董志奎（1981-），男，汉族，河北秦皇岛人，博士，副教授，研究方向为机械专业教育教学、机械设计及理论。