基于OBE理念的材料學科CAD課程教學體系建設與改革策略*

蔣璐瑤，郭 非

(重慶理工大學材料科學與工程學院，重慶 400054)

2016年6月我國簽約《華盛頓協(xié)議》，協(xié)議成員國互認由工程教育專業(yè)認證協(xié)會認證的工程專業(yè)本科學位，這是中國工程教育國際化方面的進步，同時也是各高校努力達到的新工科建設任務[1]。追求工程教育國際化是應用教育型本科建設的一個重要目的，也是高校教育改革的一個突破口，其中的機遇已得到許多高校的重視。工程教育專業(yè)認證的一個重用理念是基于學習結(jié)果的教育模式(Outcomes-based Education，簡稱 OBE)，也是國際認同的教育改革主流理念[2]。OBE教育模式最初起源于20世紀90年代西方國家的基礎教育改革[3]，該理念強調(diào)以學生通過教育過程最后所取得的學習成果作為教學設計和教學實施的目標，將學生通過某一階段學習后所能達到的最大能力作為教育評估的主體。跟傳統(tǒng)教育的區(qū)別主要在于重視學生經(jīng)過階段學習后能做什么而不是知道什么，是對學生素質(zhì)能力的全面培養(yǎng)。

現(xiàn)代電子信息和計算機技術的快速發(fā)展為工業(yè)制造行業(yè)的進步提供了有力的支持。計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)自20世紀60年代開始發(fā)展至今已由單一的設計分析計算變?yōu)槎喾N功能的集成，并繼續(xù)向著標準化、集成化、智能化發(fā)展。CAD技術在工業(yè)制造、建筑設計、裝備開發(fā)、藝術創(chuàng)作等各個領域得到廣泛應用[4]。CAD課程是材料成型及控制工程的重要專業(yè)課程，與本專業(yè)模具設計、金屬成型工藝制定密切相關，同時CAD技術是學生就業(yè)時用人單位重點考察的基本技能，與行業(yè)實際應用緊密結(jié)合，因此，教學活動中讓學生高效扎實的掌握CAD技術非常重要。

1 CAD課程與傳統(tǒng)理論課程的主要區(qū)別及其特點

(1)CAD技術實用性強，培養(yǎng)目標要求與市場需求接軌

CAD技術自提出以來隨著計算機的升級換代得到了快速的發(fā)展，目前在材料成型及控制工程專業(yè)對口的零件制造業(yè)使用廣泛，同時支持著智能制造的快速發(fā)展。針對工科專業(yè)的學生，特別是機械、材料成型、自動化等專業(yè)的本科學生，熟練掌握CAD技術非常重要，是院校培養(yǎng)與社會需求相匹配的學習應用型人才的重要體現(xiàn)。

對于CAD課程，既包含基礎理論部分也包含實踐操作部分?；A理論部分需完成基本概念的認識，基本原理的了解，CAD的支撐系統(tǒng)及技術基礎等，實踐操作部分既需要學習課程涉及軟件，又需要調(diào)動多門課程基礎知識完成應用部分學習。以重慶理工大學材料成型及控制工程專業(yè)核心課程《模具CAD》為例，課程所涉及的三維建模軟件為UGNX，要求學生既需要學習UG軟件的使用，又需要根據(jù)模具設計基礎理論及以往知識儲備完成針對特定零件的模具設計并實現(xiàn)三維表達。因此，CAD課程理論與實踐并重，但是在學時分配及課程結(jié)構搭建上就需要根據(jù)實際情況進行合理的計劃。

(2)市場中CAD軟件豐富，針對性有所差異

目前市場中成熟的CAD商業(yè)軟件較多，每個軟件有自己的使用背景和針對方向，除此之外，企業(yè)根據(jù)自己合作方要求等也會特定選擇使用部分商業(yè)軟件。目前AutoCAD、UG、Catia、SolidWorks等軟件在本專業(yè)對口領域使用率較高。

CAD課程選擇的支撐軟件需要具備普適性及實用性，這就要求授課專業(yè)除了需要考慮軟件使用的覆蓋率，也需對以往學生就業(yè)單位進行深入調(diào)研，聽取市場的需要而對授課軟件進行選擇。有條件的專業(yè)還應在課程結(jié)束后安排相關內(nèi)容的專業(yè)實習或積極組織學科競賽，搭建平臺或建立渠道進一步完成輸入到輸出的轉(zhuǎn)化，以提高OBE理念的實際效果。

(3)CAD技術細節(jié)多，知識點多，內(nèi)容廣泛

CAD軟件經(jīng)過多年開發(fā)，朝著集成化、用戶友好化、簡便實用發(fā)展，但制圖、建模學習具有入門容易熟練掌握難的特點，軟件需調(diào)用的命令多。同時，三維建模需要制圖基礎、模型設計等基礎知識，針對特定產(chǎn)品還需了解其實際加工、裝配步驟等，涉及的內(nèi)容廣泛。因此，CAD課程僅依靠計劃學時數(shù)較難完美實現(xiàn)從理論到實踐的轉(zhuǎn)化。

近年來材料成型及控制工程專業(yè)對CAD課程有所調(diào)整，通過對教學軟件進行更新，優(yōu)化教學實例的選擇等，調(diào)整后的課程教學效果獲得明顯進步，但在工程教育專業(yè)認證的指導思想下，現(xiàn)行的課程教學與OBE教育理念提出的最終結(jié)果仍有差距，主要問題來源于有限的課時安排與實際應用所需掌握的大量知識和技巧之間的矛盾。同時，CAD課程除了基礎理論知識的理解和掌握還需學習軟件的具體操作，學生接受度參差不齊，較難把握教學節(jié)奏。因此，在合理梳理課堂覆蓋知識點的同時需充分調(diào)動學生的學習主動性，使學生在理論知識學習后積極利用課外時間進行軟件實操，及時學以致用增強記憶和理解，才能達到較好的教學反饋，完成OBE教育要求。

2 CAD課程建設與改革措施

(1)按照OBE理念進行課程體系建設

不同學校，特別是本科學校和?？茖W校，在CAD課程上的教學目標應有所不同，因此課程體系建設的針對性也應有所區(qū)別[5]。依據(jù)OBE教育理念，重慶理工大學材料成型及控制工程專業(yè)CAD課程本科階段的教學目的主要是掌握先進的設計方法，完成產(chǎn)品和部件成形模具結(jié)構設計，能夠在產(chǎn)品成形工藝設計、成形模具設計與制造、自動化單元設計過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，并綜合實際工程問題的影響因素，優(yōu)化成形工藝及模具設計。根據(jù)教學目標，一方面要培養(yǎng)創(chuàng)新人才，一方面要兼顧高質(zhì)量就業(yè)需求，因此既要符合本專業(yè)人才培養(yǎng)目標要求，又要具有一定靈活性滿足學生個性發(fā)展需求。

根據(jù)CAD課程的特點及本校學生的實際情況，課程建設應重點鍛煉學生的學習力、思維力和創(chuàng)造力。除了不斷更新教學實例內(nèi)容以達到與時俱進，在課上課下也應培養(yǎng)學生的自主學習能力。這同樣符合目前“新工科”建設的重要內(nèi)容[6]。對于教學過程，除了基本理論的講授外，應高效利用實踐過程積極轉(zhuǎn)化吸收理論知識，精選實踐案例，重視課堂作業(yè)、課外作業(yè)的布置，可利用分組練習加強學生團隊協(xié)作能力，充分挖掘?qū)W生潛力。

以本校材料成型及控制工程專業(yè)《模具CAD》為例，針對課時緊張，理論和實踐教學較難平衡問題，本專業(yè)目前采取課堂理論教學為主，實踐教學為輔，案例操作錄播供學生課下學習鞏固的方式完成教學內(nèi)容，同時給與學生更自由的課外設計作業(yè)內(nèi)容以激發(fā)學生自主學習能力。目前每個章節(jié)的主要教學流程為：本章涉及的模具設計基本概念講解(教師完成)→涉及的UGNX軟件使用命令操作演示(教師完成)→發(fā)布任務，學生使用所學命令進行建模練習(學生完成)→答疑及教師建模操作演示(教師完成)→布置課堂作業(yè)或課外作業(yè)(學生完成)。這種流程設計的優(yōu)點是避免學生簡單模仿操作過程，通過思考可以使用不同的命令、不同的操作順序達到相同的建模目的，加強學生對命令使用的掌握。而對于接受較慢的學生，也可在獨立摸索后根據(jù)教師操作演示完成課堂學習。

為了分析和研究學生對課堂教學的評價，2020年對最近一次授課班級近50名學生進行問卷調(diào)查。98.0%的同學認為該課程實踐更重要。對于課程中問題的解決，10.2%的同學詢問老師，57.1%的同學傾向于與同學討論，32.7%的同學習慣在互聯(lián)網(wǎng)上尋求答案，說明目前已經(jīng)有三分之一的同學具備了互聯(lián)網(wǎng)+學習思維。對于課程中應增加的內(nèi)容和教學材料支持，分別有51.0%和63.3%的同學認為課程中需要增加更多案例的講解和演示和更多可參考模仿的案例材料。因此目前課程教學優(yōu)化遇到了瓶頸，只有通過互聯(lián)網(wǎng)輔助教學才能平衡有限的課堂教學學時和學生的學習需求。同時，傳統(tǒng)教學方式較難定量的評判學生的學習過程，僅能通過最終學習效果進行評價，通過打造互聯(lián)網(wǎng)線上輔助教學平臺以配合傳統(tǒng)課堂教學，可以高效的提高課程目標達成度。

(2)整合教學資源，更多采用混合式教學模式

因CAD課程實操內(nèi)容繁雜，學生實際技術掌握需要循序漸進的過程，僅僅依賴課堂學時數(shù)較難完美達到教學目標，因此需要利用最新教學方法和模式來提高教學效果?；旌鲜浇虒W模式主要指在線學習與面授教學的混合，目前已進入“互聯(lián)網(wǎng)+”階段，充分運用目前的移動網(wǎng)絡技術，更多的以學生為中心，關注學習體驗，進而提高教學效果[7]。

教學輔助系統(tǒng)的選擇和啟用應建立在大學生網(wǎng)絡學習行為動機及激勵研究的基礎上。需提前研究大學主動進行網(wǎng)絡學習的條件和動因，調(diào)查分析本校學生運用網(wǎng)絡進行自學的頻率頻次，探究不同類型教學內(nèi)容對學生的吸引程度，探索引導學生完成線上教學內(nèi)容的激勵方式及作用機制。從而才能更好的設置合適的CAD課程輔助教學設置模塊類型，確定不同模塊的側(cè)重點，各模塊支撐的課程目標，各模塊之間相互關系，學生在各模塊中的傾向性選擇對課程教學效果的影響。

對于《模具CAD》線上教學輔助系統(tǒng)，目前設計的重點是增加線上案例庫，以投放更多的學生練習演示，方便學生課后進行自主訓練，另外開放討論、答疑模塊，教師和學生均能參與，及時高效的解決學生課后自主學習中所遇到的問題，保護學生的自學積極性。

(3)完善課程成績評價體系

對學生課程學習結(jié)果進行成績評價是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，科學的成績評價體系可以有效調(diào)動學生的學習積極性和主動性，提升教學效果。傳統(tǒng)課程評價通常采用平時成績+期末成績方式進行評價，其中期末成績占較重比例，對學生學習過程的評價較少。特別是采用了混合式教學模式后，教師既是知識的傳授者，又是教學過程的組織引導者，更應該重視學生學習過程的評價。對于在線學習部分，可將視頻學習、訪問次數(shù)、討論互動等過程納入計分評價，任課教師可以借助平臺大數(shù)據(jù)處理，掌握每個學生的學習情況。對于CAD課程的課堂教學，應設置并提高課堂作業(yè)和課外作業(yè)的分數(shù)比重，鼓勵學生以小組形式協(xié)作完成設計類作業(yè)，激發(fā)其自主學習、團隊協(xié)作能力。

3 結(jié) 語

通過對本科高校OBE教育模式下CAD課程的教學體系建設探討，針對CAD課程的特點，采用混合式教學模式可以方便整合資源，較好的提高該類課程理論與實踐的聯(lián)系和對學生的訓練，實現(xiàn)對學生專業(yè)能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而難點主要集中在線上輔助系統(tǒng)模塊的設置和評價體系建立上，這需要專業(yè)學科及任課教師針對本校學生的特點進行調(diào)研，從而合理進行該類課程的建設和改革。