基于OBE的三維造型設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐

常云朋 孫小撈 鄒武

摘? 要 針對(duì)學(xué)生三維設(shè)計(jì)應(yīng)用能力不足現(xiàn)狀，以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，對(duì)三維造型設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)成果、教學(xué)策略、成果評(píng)價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定“一主二副”三個(gè)教學(xué)目標(biāo);整合課程內(nèi)容，確定反映教學(xué)主要內(nèi)容的主、副項(xiàng)目和案例;探索項(xiàng)目教學(xué)和混合式教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，并建立過(guò)程與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元教學(xué)評(píng)價(jià)模式。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型本科;三維造型設(shè)計(jì);OBE理念;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）02-0092-03

1 引言

為了滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型技術(shù)人才的需求，教育部在2014年明確指出，全國(guó)一半左右普通本科高等院校應(yīng)向應(yīng)用技術(shù)型轉(zhuǎn)變。課程教學(xué)是應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在專業(yè)設(shè)置與行業(yè)需求對(duì)接的同時(shí)，應(yīng)用型本科院校在課程建設(shè)上應(yīng)以應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)，通過(guò)課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、教學(xué)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接，實(shí)現(xiàn)真正意義上的轉(zhuǎn)型。

OBE（Outcome based education）教育理念是“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念，該理念重視學(xué)生能力的提高和教育的“產(chǎn)出”（Learning outcomes）[1-3]。以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，課程的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐應(yīng)以學(xué)生最后的學(xué)習(xí)成果為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行反向設(shè)計(jì)。隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，行業(yè)和企業(yè)要求機(jī)械類專業(yè)學(xué)生在具備機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及自動(dòng)化理論知識(shí)的同時(shí)，能夠掌握三維設(shè)計(jì)技術(shù)，具有良好的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)與分析能力。為此，將OBE理念引入三維造型設(shè)計(jì)課程教學(xué)，針對(duì)教學(xué)中存在的問(wèn)題，確定課程的教學(xué)成果或目標(biāo)，并以目標(biāo)為導(dǎo)向，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)組織設(shè)計(jì)、教學(xué)方法選擇、教學(xué)實(shí)施與教學(xué)評(píng)價(jià)，從而改善教學(xué)效果。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

三維造型設(shè)計(jì)是洛陽(yáng)理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)于培養(yǎng)能夠在機(jī)械工程領(lǐng)域從事機(jī)械電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造等方面工作的高素質(zhì)、應(yīng)用型人才具有重要作用。根據(jù)機(jī)械行業(yè)對(duì)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)能力的需求，課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的三維設(shè)計(jì)工程應(yīng)用能力。但在實(shí)際教學(xué)中卻發(fā)現(xiàn)存在較多問(wèn)題：

1）學(xué)生具有一定的單個(gè)零件模型三維造型能力，但在裝配體設(shè)計(jì)和工程圖創(chuàng)建方面相對(duì)較弱;

2）學(xué)生對(duì)于三維設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用缺乏認(rèn)識(shí)，工程訓(xùn)練訓(xùn)練不夠，實(shí)際三維設(shè)計(jì)應(yīng)用能力較低;

3）在和其他專業(yè)基礎(chǔ)課程或?qū)I(yè)課程如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、互換性與技術(shù)測(cè)量等的結(jié)合和綜合應(yīng)用方面存在脫節(jié);

4）傳統(tǒng)教學(xué)中根據(jù)知識(shí)點(diǎn)和教材章節(jié)授課，按照系統(tǒng)性知識(shí)結(jié)構(gòu)的順序安排教學(xué)內(nèi)容，過(guò)分注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的完備性和內(nèi)容的系統(tǒng)性，造成課程內(nèi)容覆蓋面廣而不專，總體教學(xué)效果表現(xiàn)為學(xué)生實(shí)際三維設(shè)計(jì)應(yīng)用能力不足。

3 基于OBE理念的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

2018年，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)被確定為洛陽(yáng)理工學(xué)院轉(zhuǎn)型發(fā)展示范專業(yè)。專業(yè)轉(zhuǎn)型需要以課程改革為支撐。為了解決三維造型設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，提高教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)中確定了以O(shè)BE理念為指導(dǎo)的三步走戰(zhàn)略。

第一步，根據(jù)企業(yè)和行業(yè)對(duì)機(jī)械工程技術(shù)人員三維設(shè)計(jì)能力的要求，確定課程預(yù)期的學(xué)習(xí)成果或目標(biāo);

第二步，針對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)，確定包括教學(xué)內(nèi)容重組、教學(xué)組織方式優(yōu)化和教學(xué)方法改革在內(nèi)的教學(xué)策略，并依據(jù)該策略一步步進(jìn)行教學(xué)實(shí)施;

第三步，根據(jù)課程特點(diǎn)，建立過(guò)程性與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方式，對(duì)教學(xué)成果的達(dá)成進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)教學(xué)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整教學(xué)策略，做到持續(xù)改進(jìn)。

基于OBE理念的三維造型設(shè)計(jì)教學(xué)改革方案如圖1所示。

課程成果或目標(biāo)? 以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，結(jié)合機(jī)械類企業(yè)對(duì)工程技術(shù)人員三維造型設(shè)計(jì)能力的需求，改變以前以課程知識(shí)掌握為出發(fā)點(diǎn)的單一教學(xué)目標(biāo)，確定了“以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主、知識(shí)儲(chǔ)備積累和技術(shù)素養(yǎng)培養(yǎng)為輔”的課程目標(biāo)或成果。

1）應(yīng)用能力目標(biāo)：掌握三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本操作，能夠靈活運(yùn)用各種常用特征命令創(chuàng)建機(jī)電類產(chǎn)品零件模型;掌握自頂向下（TOP-DOWN）及自底向上（Bottom-UP）的組件設(shè)計(jì)原理和方法，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求選擇合適組件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì);能夠借助創(chuàng)建的產(chǎn)品和零件三維模型快速生成規(guī)范的二維工程圖，做到視圖表達(dá)合理、標(biāo)注規(guī)范，符合機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);能夠在較短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)新的同類三維設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，具備跨軟件平臺(tái)的三維工程設(shè)計(jì)能力。

2）知識(shí)獲取目標(biāo)：了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Gra-

phics，CG）的基礎(chǔ)知識(shí)及CAD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù);理解三維造型設(shè)計(jì)中的參數(shù)化、基于特征的實(shí)體建模原理，以及設(shè)計(jì)意圖、單一數(shù)據(jù)庫(kù)和父子關(guān)系等相關(guān)概念;掌握零件造型、組件設(shè)計(jì)和工程圖創(chuàng)建的基本思路和一般過(guò)程。

3）工程技術(shù)素養(yǎng)目標(biāo)：熟悉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，具有良好的團(tuán)隊(duì)合作精神。

課程教學(xué)策略及實(shí)施? OBE理念要求課程教學(xué)從“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變，以“課內(nèi)為主”向“課內(nèi)、外結(jié)合”轉(zhuǎn)變。為了達(dá)到上述課程目標(biāo)，以兩個(gè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)思想，課程小組在課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)、教學(xué)組織和教學(xué)方法等多個(gè)方面進(jìn)行了改革和探索。

在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、組織和教學(xué)方法方面，改變過(guò)去按照教材內(nèi)容順序授課的傳統(tǒng)方式，突出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，加強(qiáng)課程內(nèi)容和實(shí)際三維設(shè)計(jì)工作之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)主副項(xiàng)目結(jié)合、典型案例和真實(shí)項(xiàng)目結(jié)合、實(shí)踐與理論結(jié)合、項(xiàng)目教學(xué)法和混合式教學(xué)法相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)相結(jié)合的課程設(shè)計(jì)思路。

1）打破以往按照系統(tǒng)性知識(shí)結(jié)構(gòu)順序安排教學(xué)內(nèi)容的模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，將主要教學(xué)內(nèi)容整合到幾個(gè)項(xiàng)目或案例中，以項(xiàng)目或案例為主要載體，使學(xué)生在完成項(xiàng)目過(guò)程中獲取知識(shí)、增強(qiáng)能力。教學(xué)內(nèi)容整合情況如表1所示。

2）由于三維造型設(shè)計(jì)課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測(cè)量等課程在此之前還未開(kāi)設(shè)，學(xué)生尚不具有新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的知識(shí)基礎(chǔ)。因此在提高類項(xiàng)目選擇時(shí)，選擇難度適中且有一定代表性的真實(shí)工裝輔具為輔助項(xiàng)目，使學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中不僅掌握了課程知識(shí)，也對(duì)企業(yè)產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)過(guò)程有了一定的認(rèn)識(shí)。通過(guò)機(jī)械模仿、獨(dú)立查資料、求助教師等方式，學(xué)生最終需要提交一套視圖表達(dá)和標(biāo)注均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范的技術(shù)文件，并能理解項(xiàng)目中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能和圖紙標(biāo)注的具體含義。在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)本課程與前導(dǎo)課程（如機(jī)械制圖）和后續(xù)課程（如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與技術(shù)測(cè)量）的良好融合，使本課程的學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)其他課程內(nèi)容的理解。

3）改變以往理論、實(shí)踐教學(xué)分別進(jìn)行的課程組織方式，打破理論教學(xué)和上機(jī)操作之間的界限，所有課程均在計(jì)算機(jī)房授課，以便根據(jù)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目實(shí)施情況動(dòng)態(tài)調(diào)整理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間分配。

4）在課程綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，按照實(shí)用性、典型性及綜合性的標(biāo)準(zhǔn)選擇若干合適的綜合性項(xiàng)目，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式參與項(xiàng)目。通過(guò)該環(huán)節(jié)，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，不僅能夠掌握課程要求的基本知識(shí)和技能，了解企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，鞏固制圖、識(shí)圖能力，也可培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和實(shí)際工程應(yīng)用中所需的信息獲取與解決問(wèn)題能力。

5）針對(duì)參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和三維設(shè)計(jì)大賽的學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo)。根據(jù)競(jìng)賽的需要和學(xué)生的接受能力，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生增加教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)他們進(jìn)行機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析、有限元分析和計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)編程等內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

6）在教學(xué)方法上，除了采用項(xiàng)目教學(xué)法外，依托超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，建立三維造型設(shè)計(jì)在線課程，將課程資源、試題、項(xiàng)目資料等上傳至網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生在課堂上以項(xiàng)目為中心，掌握主要知識(shí)內(nèi)容，課后通過(guò)在線課程進(jìn)行課程內(nèi)容的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。此外，企業(yè)兼職教師也可通過(guò)在線課程與學(xué)生線上互動(dòng)交流，使學(xué)生有機(jī)會(huì)了解工程實(shí)際。通過(guò)這種線上、線下混合式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生線下系統(tǒng)學(xué)習(xí)、課上完成項(xiàng)目，在增加課堂信息量的同時(shí)，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。

課程評(píng)價(jià)? OBE教學(xué)理念下，教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)從“結(jié)果評(píng)價(jià)為主”向“結(jié)果和過(guò)程相結(jié)合評(píng)價(jià)”轉(zhuǎn)變。因此，在課程考核方面將過(guò)程性評(píng)價(jià)（學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的表現(xiàn)）、終結(jié)性評(píng)價(jià)（期末上機(jī)考試成績(jī)）、學(xué)生參加學(xué)院和全國(guó)三維設(shè)計(jì)大賽情況，以及考取行業(yè)認(rèn)可的三維CAD證書(shū)情況四個(gè)方面相結(jié)合，對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

在OBE理念的指導(dǎo)下，確定了本課程的教學(xué)成果、教學(xué)策略和成果評(píng)價(jià)方式，通過(guò)課程內(nèi)容重組、課程組織改進(jìn)和教學(xué)方法與手段探索，學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力有了很大的提高，在2019年全國(guó)3D大賽12周年精英聯(lián)賽中獲得全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，河南賽區(qū)二、三等獎(jiǎng)多項(xiàng)。課程的下一步規(guī)劃是不斷優(yōu)化課程項(xiàng)目，進(jìn)一步推進(jìn)企業(yè)兼職教師在學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)方面的作用，持續(xù)改進(jìn)，不斷提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

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