OBE理念在機(jī)械制圖線上線下混合教學(xué)中的探索與實(shí)踐

董志奎　張楠　李大龍　邱雪松　李興東　姚建濤

摘? 要：針對機(jī)械制圖課程比較抽象、缺少趣味性、學(xué)生積極性不高的現(xiàn)狀，文章對OBE理念在機(jī)械制圖線上線下混合教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探索實(shí)踐，創(chuàng)新性地提出教學(xué)改革模式;基于OBE理念，在教學(xué)過程中設(shè)計合理的學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向方式、個性化的教學(xué)方案，并研究設(shè)計一套多元化的教學(xué)案例庫;充分發(fā)揮線上線下教學(xué)的優(yōu)勢，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性、能動性和積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)成果大幅度提升，教學(xué)效果大大改善。實(shí)踐證明，本教學(xué)改革方式取得了良好效果，對高等院校機(jī)械專業(yè)本科生機(jī)械制圖教學(xué)改革發(fā)展有一定意義。

關(guān)鍵詞：OBE理念 機(jī)械制圖;線上線下混合教學(xué);項(xiàng)目案例庫

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

隨著“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大國家戰(zhàn)略的實(shí)施，我國發(fā)展日新月異，為適應(yīng)新時代人才培養(yǎng)的新要求，各大高校不斷探索實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)方法和目標(biāo)[1]。

2013年，中國加入《華盛頓協(xié)議》，成果導(dǎo)向教育（Outcomes-based Education， OBE）理念得到國內(nèi)各大高校的廣泛重視和應(yīng)用，不斷推動我國工程教育的深化改革。OBE理念由美國學(xué)者Spady提出，其以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，配合多元個性化學(xué)習(xí)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動性，以達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)，并強(qiáng)調(diào)個性化評定，根據(jù)成果反饋來改進(jìn)課程教學(xué)[2]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷革新，線上教育平臺的不斷發(fā)展，為新時代的教育教學(xué)模式的改革提供了新思路，加之新冠肺炎疫情肆虐，線下教育無法開展，線上課堂便成為教育教學(xué)的主戰(zhàn)場，線上教學(xué)得到了迅速發(fā)展[3-4]。

2016年，燕山大學(xué)作為教育部委派的兩所高校之一，接受《華盛頓協(xié)議》專家的考察，獲得高度評價，為我國成為正式成員做出貢獻(xiàn)。多年來，我校不斷探索、改革教育教學(xué)模式，以此為契機(jī)，本文基于OBE理念，結(jié)合線上線下混合教學(xué)模式，針對機(jī)械制圖的教學(xué)方法，展開探索實(shí)踐，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，為學(xué)生設(shè)計個性化教學(xué)方案及案例庫，以多元化形式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，以提升教學(xué)效果。

一、機(jī)械制圖課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

隨著機(jī)械行業(yè)的不斷革新，逐漸由傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造發(fā)展為信息化的智能制造，二維和三維CAD/CAM技術(shù)在生產(chǎn)制造中得到了飛速發(fā)展和廣泛普及[5]。機(jī)械制圖作為機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)課程，使學(xué)生深入學(xué)習(xí)機(jī)械相關(guān)技能，如手繪制圖和計算機(jī)輔助制圖，對機(jī)械人才的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

機(jī)械制圖作為工程業(yè)界生產(chǎn)交流的“語言”，旨在使學(xué)生掌握工程設(shè)計表達(dá)的基礎(chǔ)知識和基本技能，重在工程實(shí)際應(yīng)用，而課堂上學(xué)生直接接觸的是課本、圖紙和模型，因此，課堂比較抽象，難以理解，缺少趣味性。

隨著線上線下教學(xué)模式迅速發(fā)展，線上課程具有靈活性、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，被各大高校廣泛應(yīng)用并開發(fā)了線上課程資源，而線上課程存在缺乏師生實(shí)時互動、缺乏實(shí)時督促等缺點(diǎn)，加之機(jī)械制圖課程的抽象性、枯燥性，為機(jī)械制圖課程線上課程的開發(fā)帶來挑戰(zhàn)[6]。另外，各高校生源質(zhì)量、學(xué)時數(shù)量以及培養(yǎng)目標(biāo)都存在一定的差別，因此，合理設(shè)計線上和線下的教學(xué)內(nèi)容，合理分配線上和線下學(xué)時比例，成為線上線下混合教學(xué)的關(guān)鍵[7]。

針對機(jī)械制圖課程存在的問題，本文基于OBE理念，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，為本校學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段制定個性化線上和線下教學(xué)內(nèi)容，并配備相應(yīng)教學(xué)案例庫資源，合理分配線上線下課時比例，合理制定成績評定策略，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

二、基于OBE理念的教學(xué)方案設(shè)計

機(jī)械制圖課程學(xué)習(xí)比較理想的方式是工廠實(shí)習(xí)，在工程實(shí)際應(yīng)用中獲得能力，讓學(xué)生親身參與產(chǎn)品的設(shè)計、出圖和制造，但由于教育成本、安全等一系列因素，這樣的方式是很難普及的[8]。傳統(tǒng)教學(xué)受限于課堂、教具及教學(xué)形式，學(xué)生之所學(xué)不能得到及時應(yīng)用，很難將看得見摸得著的學(xué)習(xí)成果和能力呈現(xiàn)出來，故而難以調(diào)動課堂上學(xué)生的積極性、參與性。

本文基于OBE理念，結(jié)合機(jī)械制圖課程特點(diǎn)，改革傳統(tǒng)教學(xué)方法，在教學(xué)過程中設(shè)計合理的學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向方式、個性化的教學(xué)方案，使機(jī)械制圖的教學(xué)更加科學(xué)有效。

（一）學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向方式

在本科高等教育中，學(xué)科競賽是理論課程的豐富和延伸，與理論課程相輔相成[9]。在學(xué)科競賽中，學(xué)生能夠?qū)W以致用，通過參賽隊伍之間的相互比拼和激勵，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，提升對理論知識的理解。因此，機(jī)械制圖相關(guān)的學(xué)科競賽，給了學(xué)生一個很好的實(shí)踐平臺。

機(jī)械制圖課程的學(xué)習(xí)目的，是讓學(xué)生掌握工程設(shè)計表達(dá)的基礎(chǔ)知識和基本技能，能夠?qū)⑺鶎W(xué)應(yīng)用于工程實(shí)際生產(chǎn)，因此，工程實(shí)際案例是機(jī)械制圖課程的重要學(xué)習(xí)資源。

本文將考試成績、學(xué)科競賽和工程案例實(shí)習(xí)作為學(xué)習(xí)成果的具體表現(xiàn)形式，同時將學(xué)習(xí)成績、競賽獲獎情況和工程應(yīng)用表現(xiàn)納入課程的最終考核，以此對學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生導(dǎo)向和激勵作用?？荚噧?nèi)容側(cè)重基礎(chǔ)知識、概念和方法;依托學(xué)科競賽，鍛煉學(xué)生拓展創(chuàng)新能力;工程實(shí)際案例考核學(xué)生知識的綜合應(yīng)用本領(lǐng)。

（二）個性化教學(xué)方案設(shè)計

有了科學(xué)合理的學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向方式，還需為學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段設(shè)計合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，雖然目前線上線下已擁有豐富的學(xué)習(xí)資源，但針對不同學(xué)生群體、不同培養(yǎng)目標(biāo)，這些已有資源并不完全適用[10]。

機(jī)械制圖的教學(xué)內(nèi)容包括：畫法幾何、機(jī)械制圖、二維和三維計算機(jī)輔助制圖。針對學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向方式，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)，將教學(xué)方案分為四大板塊：制圖基本知識教學(xué)、計算機(jī)輔助設(shè)計教學(xué)、學(xué)科競賽培訓(xùn)和工程案例實(shí)習(xí)。如圖1所示，針對四大板塊分別設(shè)計個性化教學(xué)案例庫。

案例庫取材于教學(xué)過程、競賽過程、工程實(shí)際以及國內(nèi)外相關(guān)優(yōu)秀教學(xué)資源。按知識點(diǎn)將各案例庫串聯(lián)，進(jìn)行編號儲存，教師可根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，從案例庫中選取合適的案例。

1. 制圖基本知識教學(xué)案例庫

按照學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段，將課程知識點(diǎn)進(jìn)行分類，按照類別和難度整合線上優(yōu)秀教學(xué)資源;將不同類知識點(diǎn)整理歸納，形成單獨(dú)的知識點(diǎn)活頁和關(guān)聯(lián)設(shè)計。

2. 計算機(jī)輔助設(shè)計教學(xué)案例庫

按照學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段，整合線上常用軟件的教學(xué)資源，將不同知識點(diǎn)結(jié)合軟件操作，設(shè)計合適難度、合適知識范圍的教學(xué)案例。

3. 學(xué)科競賽案例庫

課程教學(xué)過程中，做好學(xué)生選拔，指導(dǎo)集訓(xùn)，參加競賽。積累競賽歷年試題及優(yōu)秀學(xué)生作品，按照學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段，針對性整理，形成案例庫。

4. 工程實(shí)際案例庫

結(jié)合機(jī)械專業(yè)研究生培養(yǎng)過程中與企業(yè)合作開展的企業(yè)項(xiàng)目，積累并挑選符合課程教學(xué)不同階段的典型案例，將其按照教學(xué)階段進(jìn)行拆解、整理和修改，形成案例庫。

三、線上線下混合教學(xué)方案的設(shè)計

合理設(shè)計線上和線下的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時比例，能夠充分發(fā)揮線上線下教學(xué)各自的優(yōu)點(diǎn)，提升課程的教學(xué)效果。根據(jù)上述個性化教學(xué)方案的四大板塊：制圖基本知識教學(xué)、計算機(jī)輔助設(shè)計教學(xué)、學(xué)科競賽培訓(xùn)和工程案例實(shí)習(xí)，剖析各板塊教學(xué)特點(diǎn)，利用中國大學(xué)MOOC線上平臺，引進(jìn)精品教學(xué)資源，設(shè)計線上線下混合的教學(xué)方案。

（一）線上線下教學(xué)內(nèi)容分配

1. 制圖基本知識教學(xué)板塊

其主要內(nèi)容是課本上的基礎(chǔ)知識、概念和方法，包括點(diǎn)、線、面、基本體的投影規(guī)律及作圖方法，復(fù)雜形體（截切體、相貫體、組合體）的構(gòu)建及三視圖，制圖相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工程中常用的表達(dá)方法（軸測圖、多視圖、剖視圖、斷面圖、尺寸標(biāo)注），標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、零件圖、裝配圖的繪制及相關(guān)技術(shù)要求。

此板塊教學(xué)以課本為主，隨著多媒體教學(xué)的普及，PPT、視頻和模型等資源能夠有助于學(xué)生的理解，隨著線上教學(xué)平臺的發(fā)展，線上教學(xué)資源得以充分利用計算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢，基于二維/三維制圖軟件，將機(jī)械制圖抽象的知識用直觀的、可交互的實(shí)體模型及動畫展現(xiàn)給學(xué)生，能夠更加易于學(xué)生的理解，激發(fā)興趣。

因此，此板塊教學(xué)分為線上講授、線下課堂討論答疑和作業(yè)練習(xí)。學(xué)生在線上學(xué)習(xí)基本知識后，在線下課堂可以和老師同學(xué)及時討論、答疑和練習(xí)，鞏固知識。

2. 計算機(jī)輔助設(shè)計教學(xué)板塊

此板塊教學(xué)，要點(diǎn)是使學(xué)生掌握常用二維/三維制圖軟件的基本操作，包括零件、裝配體和動畫，并能夠按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪制工程圖紙。目的是教授學(xué)生使用現(xiàn)代化制圖工具，結(jié)合課本所學(xué)知識點(diǎn)，完成工程制圖的表達(dá)和設(shè)計，其重在實(shí)際應(yīng)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，線上機(jī)械各軟件的教學(xué)資源非常豐富，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)軟件操作。

而軟件操作是基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用是重點(diǎn)，因此，此板塊分為線上軟件操作講授和線下課堂軟件應(yīng)用練習(xí)，學(xué)生在線上完成軟件基本操作的學(xué)習(xí)，在線下課堂上，基于軟件操作完成圖紙應(yīng)用，以練習(xí)、掌握和應(yīng)用現(xiàn)代化工具設(shè)計方法。

3. 學(xué)科競賽培訓(xùn)板塊

各高校開展的學(xué)科競賽，為學(xué)生提供了可以發(fā)揮知識實(shí)踐、應(yīng)用和創(chuàng)新的平臺，本文以學(xué)科競賽作為成果導(dǎo)向方式之一，能夠讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、提升學(xué)習(xí)興趣和動力。

本文教學(xué)模式要求學(xué)生參加學(xué)科競賽，針對學(xué)院開展的相關(guān)競賽要求，開展競賽培訓(xùn)，對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)。并要求參賽作品不僅要滿足舉辦方的相關(guān)要求，還必須滿足機(jī)械制圖的課程要求。形成競賽獲獎、專利與論文等形式的成果。

因此，此板塊以線下課堂形式開展，引導(dǎo)學(xué)生如何應(yīng)用課本知識點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，使學(xué)生從實(shí)踐中獲得真知，提升本領(lǐng)。

4. 工程案例實(shí)習(xí)板塊

機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)最終是要應(yīng)用于工程實(shí)際的，學(xué)生能夠按照國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正確地表達(dá)工程實(shí)際問題是機(jī)械制圖教學(xué)的最終目的。因此，對于機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)，工程實(shí)例訓(xùn)練是至關(guān)重要的，讓學(xué)生真正接觸工程實(shí)際，才能讓學(xué)生對所學(xué)知識有更深刻的認(rèn)識和理解。

此板塊的學(xué)習(xí)資源主要來源于企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)典案例，包括成套圖紙、三維模型和產(chǎn)品仿真動畫等，讓學(xué)生以手繪制圖、計算機(jī)輔助制圖兩種方式進(jìn)行讀圖、制圖的學(xué)習(xí)和練習(xí)，因此，此板塊以線下課堂形式展開。

（二）線上線下教學(xué)課時分配

機(jī)械制圖教學(xué)主要在本科生大一大二階段，為本科生進(jìn)入專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

1. 大一期間，主要學(xué)習(xí)制圖基本知識，培養(yǎng)徒手尺規(guī)繪圖的能力，加深對基本理論知識的理解和掌握;配備相應(yīng)難度和知識范圍的工程案例實(shí)習(xí)，幫助學(xué)生理解理論知識;鼓勵學(xué)生自學(xué)并參加院校學(xué)科競賽。

我校此階段本課程學(xué)時為32學(xué)時，每周2次，1次2學(xué)時，共8周。此階段以學(xué)習(xí)制圖基本知識為主，為使學(xué)生線上學(xué)習(xí)后能夠得到及時練習(xí)鞏固，本次改革安排每周1次2學(xué)時線上，1次2學(xué)時線下。另外，課后練習(xí)以工程案例實(shí)習(xí)形式進(jìn)行，為學(xué)生布置工程案例，完成后老師再集中講解。

2. 大二期間，首先學(xué)習(xí)計算機(jī)輔助設(shè)計，配備相應(yīng)難度和知識范圍的案例庫，增強(qiáng)學(xué)生結(jié)合制圖基本知識，運(yùn)用現(xiàn)代工具解決復(fù)雜問題的能力。然后進(jìn)行學(xué)科競賽培訓(xùn)，了解競賽要求，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，強(qiáng)化知識應(yīng)用。最后進(jìn)行工程案例實(shí)習(xí)，鍛煉知識的工程實(shí)際應(yīng)用能力，加深理論知識的理解和升華。

我校此階段本課程學(xué)時為48學(xué)時，每周2次，1次2學(xué)時，1次4學(xué)時，共8周。此階段的學(xué)習(xí)主要以基本知識的現(xiàn)代化應(yīng)用為主，因此本次改革安排計算機(jī)輔助設(shè)計4周，競賽培訓(xùn)1周，工程案例實(shí)習(xí)3周。其中計算機(jī)輔助設(shè)計每周1次2學(xué)時線上，1次4學(xué)時線下，競賽培訓(xùn)和工程案例實(shí)習(xí)均為線下。另外，競賽培訓(xùn)后，要求學(xué)生根據(jù)自己能力和興趣選擇參賽項(xiàng)目、設(shè)計參賽作品，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下完成競賽。

（三）課程考核辦法

根據(jù)學(xué)習(xí)成果的具體表現(xiàn)形式：考試成績、學(xué)科競賽和工程案例實(shí)習(xí)三方面，來對學(xué)生綜合素質(zhì)進(jìn)行考核?？己嗽谡n程結(jié)束后和學(xué)院各競賽結(jié)束后開展，其中考試測驗(yàn)50分，學(xué)科競賽情況20分，工程案例實(shí)習(xí)表現(xiàn)30分。

考試測驗(yàn)以筆試形式進(jìn)行，主要考察制圖基本知識掌握情況;學(xué)科競賽考核以答辯形式進(jìn)行，展示自己的參賽作品，結(jié)合參賽情況打分。工程案例實(shí)習(xí)考核以實(shí)習(xí)過程中完成的圖紙質(zhì)量來評定打分。

四、教學(xué)模式的改革實(shí)踐及成效分析

以機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的4個班，共120人，為教學(xué)試點(diǎn)，自2018級入學(xué)的本科生開始，采用本文改革的教學(xué)方法，配合所設(shè)計的案例庫，對本科生進(jìn)行教學(xué)培養(yǎng)。經(jīng)過實(shí)踐，本文改革方案取得了如下成效：

（1）增加了課堂的趣味性，使課堂知識生動形象，學(xué)生課堂積極性、參與性明顯提升，有效地加深了學(xué)生對理論知識點(diǎn)的理解。

（2）提高了學(xué)生對制圖課程的理解和認(rèn)知，認(rèn)識到了該課程在工程實(shí)際生產(chǎn)中的重要作用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。

（3）學(xué)生競賽獲獎情況、創(chuàng)新學(xué)分得分情況較往年大幅度提升，其中4個班的學(xué)生在省部級和國家級高水平競賽中獲獎共15項(xiàng)。獲獎證書如圖2所示。

（4）提高了學(xué)生的知識運(yùn)用能力，學(xué)生能夠熟練應(yīng)用現(xiàn)代化工具解決工程實(shí)際問題。

五、結(jié)束語

通過本次教學(xué)改革的探索實(shí)踐，提出了OBE理念在機(jī)械制圖線上線下混合教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用模式，充分發(fā)揮了線上線下教學(xué)的優(yōu)勢，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)目的性、能動性、積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)成果大幅度提升，教學(xué)效果大大改善。本文改革方案使知識、工具、競賽、工程實(shí)際融為一體，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，具有一定的創(chuàng)新意義，在實(shí)踐教學(xué)過程中，取得了良好效果，對高等院校機(jī)械專業(yè)本科生機(jī)械制圖教學(xué)改革發(fā)展有一定意義。

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基金項(xiàng)目：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“后疫情時代新工科背景下的專業(yè)基礎(chǔ)課融合式高階性綜合改革探索”（2020GJJG065）;燕山大學(xué)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目“‘機(jī)械制圖’課程線上線下混合式教學(xué)改革實(shí)踐探索”（2019HUJG07）;燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教學(xué)研究與改革項(xiàng)目“基于OBE理念構(gòu)建機(jī)械專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)類課程一體化教學(xué)體系的研究與實(shí)踐”（JX2019XJJG02）;燕山大學(xué)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目“后疫情時代新工科背景下的專業(yè)基礎(chǔ)課融合式高階性綜合改革探索”（2020KCGG07）

作者簡介：董志奎（1981-），男，漢族，河北秦皇島人，博士，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械專業(yè)教育教學(xué)、機(jī)械設(shè)計及理論。