新工科背景下基于OBE理念的《工程圖學(xué)》課程建設(shè)改革

楊放瓊 彭高明

【摘要】基于OBE教學(xué)理念，對新工科建設(shè)背景下的《工程圖學(xué)》課程進(jìn)行了深入改革，緊緊圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，將思政教學(xué)貫穿于整個教學(xué)過程，混合式教學(xué)與課程思政相結(jié)合，從立德樹人、價值塑造、能力培養(yǎng)三個方面深入挖掘思政元素，精心設(shè)計各個教學(xué)環(huán)節(jié)，采取線上線下混合式教學(xué)方式，引入項目驅(qū)動，以學(xué)生為中心，成果導(dǎo)向，打造翻轉(zhuǎn)課堂，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和綜合素質(zhì)，構(gòu)建線上線下全方位、全過程的思政教育與課程教學(xué)有機(jī)融合的教學(xué)新模式。

【關(guān)鍵詞】工程圖學(xué);新工科;OBE理念

【基金項目】2020年湖南省課程思政建設(shè)研究項目——“基于OBE理念的《工程圖學(xué)》課程思政教學(xué)設(shè)計研究與實(shí)踐”（HNKCSZ-2020-0044）;2021年山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團(tuán)有限公司教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目——“新工科背景下基于OBE理念的《工程圖學(xué)》課程建設(shè)改革”。

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

當(dāng)前，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育的強(qiáng)國建設(shè)。各高校都非常重視“新工科”建設(shè)，而要建設(shè)一流“新工科”，需工程教育專業(yè)認(rèn)證“點(diǎn)石成金”[1]。《工程圖學(xué)》課程是面向機(jī)類、近機(jī)類本科專業(yè)的重要的公共基礎(chǔ)課，隨著機(jī)械與計算機(jī)、信息技術(shù)的交叉融合，3D打印等新興制造技術(shù)的出現(xiàn)，使工程圖學(xué)這門古老的課程煥發(fā)了生機(jī)。如何適應(yīng)形勢的發(fā)展和社會的需求，是本課程所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。將機(jī)械圖學(xué)知識與現(xiàn)有工程實(shí)際相結(jié)合、與學(xué)生的工科思維方式相結(jié)合，是新工科對工程圖學(xué)教學(xué)的要求，也是企業(yè)對畢業(yè)生的要求[2]。工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循三個基本理念：OBE成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)，以保證專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力[3]。課程團(tuán)隊根據(jù)“兩性一度”的要求，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等進(jìn)行全面改革，以學(xué)生為中心，OBE成果導(dǎo)向，力求打造面向社會需求的一流課程，努力探索《工程圖學(xué)》課程知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。

一、對標(biāo)專業(yè)認(rèn)證，制定培養(yǎng)目標(biāo)

（一） 課程現(xiàn)狀以及需要解決的關(guān)鍵問題

信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與機(jī)械的交叉融合，對圖學(xué)教育提出了更高的要求。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、手段和教學(xué)模式已與“新工科”背景下的社會需求嚴(yán)重脫節(jié)。工科類專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，其能力是否達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的要求，應(yīng)作為教學(xué)目標(biāo)重要的評價指標(biāo)之一[4]。

課程內(nèi)容與工程應(yīng)用及社會需求脫節(jié)的問題。

擯棄陳舊教學(xué)內(nèi)容，注重現(xiàn)代設(shè)計方法的運(yùn)用，將三維創(chuàng)新設(shè)計、典型工程案例融入課程教學(xué)。

教學(xué)方式手段單一落后、教學(xué)資源不足的問題。

采取多種教學(xué)模式和手段、注重信息化教學(xué)手段運(yùn)用，充分激發(fā)學(xué)生的潛能，賦能課堂。

（二） 課程培養(yǎng)目標(biāo)

堅持“立德樹人，以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念，面向機(jī)械工程、航空航天、先進(jìn)制造等國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，著力培養(yǎng)理論基礎(chǔ)、創(chuàng)新能力、工程素質(zhì)和人文素養(yǎng)俱佳的綜合型人才，以支撐機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。課程的培養(yǎng)目標(biāo)，是對標(biāo)“新工科”建設(shè)，結(jié)合我校人才培養(yǎng)要求，以“報效祖國、回饋社會”作為價值引領(lǐng)，在知識探究、能力培養(yǎng)、素質(zhì)養(yǎng)成等方面全面培養(yǎng)學(xué)生。

1. 知識目標(biāo)： 掌握工程圖樣的繪制和閱讀基本方法，掌握各種圖樣的畫法與綜合應(yīng)用，掌握各種形體的3D構(gòu)形、裝配與視圖生成方法。

2. 能力目標(biāo)： 具備圖學(xué)思維能力、空間想象能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、工程思維能力和初步創(chuàng)新設(shè)計能力。

3. 素質(zhì)目標(biāo)： 通過課程思政，培養(yǎng)精益求精的工作態(tài)度，一絲不茍的工匠精神，為國效力、奉獻(xiàn)社會的人文情懷。

二、課程建設(shè)主要內(nèi)容

重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、梳理邏輯關(guān)系

課程內(nèi)容的知識構(gòu)架與邏輯關(guān)系如圖1所示。課程分為兩個學(xué)期完成，分別對應(yīng)為工程圖學(xué)（一）、工程圖學(xué)（二）。其中，工程圖學(xué)（一）為圖學(xué)基礎(chǔ)知識部分，主要內(nèi)容包括課程總覽、立體的3D構(gòu)形與2D表達(dá)、圖樣的畫法與綜合應(yīng)用。工程圖學(xué)（二）為圖學(xué)專業(yè)知識部分，包括零部件的構(gòu)形與表達(dá)、“發(fā)條玩具”的工程思維訓(xùn)練、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計、無碳小車等典型案例的項目驅(qū)動應(yīng)用實(shí)例。

重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容主要是基于以下幾點(diǎn)考慮：

1.現(xiàn)代設(shè)計工具與理論知識的有機(jī)結(jié)合

將二維計算機(jī)繪圖與三維構(gòu)形工具與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合，圍繞形體的三維構(gòu)形和二維表達(dá)，建立3D-2D人機(jī)協(xié)同思維模式;通過對組合體結(jié)構(gòu)剖析，培養(yǎng)學(xué)生工程思維能力;根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)，闡述各種圖樣的形成和畫法。

2.通過工程訓(xùn)練項目的課后拓展，培養(yǎng)工程思維

理論知識與工程實(shí)際緊密結(jié)合，同時注重本課程與后續(xù)課程的銜接與拓展延伸。通過對齒輪油泵、球形閥等典型零部件的測繪實(shí)訓(xùn)，將現(xiàn)代設(shè)計知識、工程知識融入零件部的內(nèi)容。

通過“發(fā)條玩具”的工程訓(xùn)練、“無碳小車”、機(jī)械創(chuàng)新大賽等的創(chuàng)新設(shè)計項目的引入，培養(yǎng)學(xué)生工程思維能力、創(chuàng)新設(shè)計能力、運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計工具的能力， 拓展課程內(nèi)容難度深度。

3.課程思政元素與章節(jié)內(nèi)容的無縫對接，全方位育人

精心提煉各章節(jié)課程思政元素，挖掘課程思政內(nèi)涵，以工匠之心，鑄制造強(qiáng)國，提升學(xué)生的愛國情操和政治素養(yǎng)。

通過分組學(xué)習(xí)等形式增強(qiáng)團(tuán)隊協(xié)作和溝通能力，培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感;通過手工繪圖培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的工匠精神。

資源建設(shè)

根據(jù)課程大綱，配置了豐富的線上線下教學(xué)資源。出版“互聯(lián)網(wǎng)+”立體化教材三本，撰寫了課程教案、制作相關(guān)的PPT課件。二維碼資源80套，微課視頻50多個、模型素材300多個，課程思政典型教學(xué)案例多套，實(shí)現(xiàn)了資源共享。

三、實(shí)施路徑與具體措施

OBE理念強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方法的實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果就是運(yùn)用所學(xué)知識解決工程問題的能力，而這種能力一般要通過對課程進(jìn)行精心的教學(xué)設(shè)計，以及對學(xué)生潛移默化的培養(yǎng)[5]。

（一）教學(xué)方法設(shè)計原則與策略

以學(xué)生為主體，采取混合式教學(xué)模式。精心融入課程思政，將課程思政與專業(yè)知識有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)同向同行。根據(jù)學(xué)生信息反饋，適時調(diào)整教學(xué)方式和手段，通過線下答疑和線上互動等方式解答學(xué)生疑難問題。教學(xué)方法遵守以下原則與策略：

1.課程思政貫穿整個教學(xué)過程。注重課程思政與專業(yè)知識的無縫對接，從言傳身教、課堂組織、微課視頻、思政案例各方面進(jìn)行思德培養(yǎng)。

2.精心設(shè)計線上線下教學(xué)過程。采取“理論+實(shí)踐”、“線上+線下”、“課堂學(xué)習(xí)+創(chuàng)新設(shè)計”的多模態(tài)教學(xué)形式，打造翻轉(zhuǎn)課堂。通過線下答疑和線上互動等方式解答學(xué)生疑難問題。圖2為課前、課堂、課后各階段混合式教學(xué)流程、教學(xué)方法的基本框架。

3.注重信息化教學(xué)，拓展學(xué)習(xí)空間。教學(xué)多種教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化。將教學(xué)資源上傳到教學(xué)平臺，使學(xué)生學(xué)習(xí)空間得到全方位拓展。

4.項目驅(qū)動引入課堂教學(xué)。將創(chuàng)新設(shè)計與課堂教學(xué)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣與求知欲，通過“做中學(xué)”達(dá)到探求知識、培養(yǎng)能力的目的。

（二）實(shí)施措施

1.利用超星學(xué)習(xí)通、TronClass等互動式教學(xué)平臺打造翻轉(zhuǎn)課堂，實(shí)現(xiàn)師生互動、生生互動。圖3為組合體構(gòu)形分析的翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計實(shí)例。圖（a）為組合體3D構(gòu)形分析教學(xué)設(shè)計，圖3（b）為翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生活動場景。

2.運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”、AR技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)。通過手機(jī)掃碼可以得到三視圖所對應(yīng)的AR模型，并對其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、放大等操作。

將“發(fā)條玩具”、“無碳小車”等典型設(shè)計案例引入課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)工程知識與圖學(xué)課程深度融合，促進(jìn)知識向能力與素質(zhì)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)本課程與后續(xù)課程的銜接與拓展延伸，達(dá)到連接理論與實(shí)踐、課堂與課外、知識與應(yīng)用的目的，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新能力。

第一學(xué)期末引入“發(fā)條玩具”工訓(xùn)項目，要求學(xué)生分組進(jìn)行3D建模，拆分玩具，分析機(jī)械運(yùn)動原理和零件組成，最后寫出訓(xùn)練報告并分組進(jìn)行答辯，如圖4（a）所示。

第二學(xué)期末引入“無碳小車”創(chuàng)新設(shè)計項目，與大學(xué)生工程綜合能力競賽相結(jié)合，根據(jù)老師提供的設(shè)計模板撰寫設(shè)計報告并進(jìn)行分組答辯。在后續(xù)的《制造工程訓(xùn)練》課程制作出實(shí)物模型，如圖4（b）所示。

通過典型工程案例考核學(xué)生的知識理解能力、工程思維能力。圖5為在講解標(biāo)準(zhǔn)件一章時所用到的典型工程案例。

（三）考核方式改革

原有的考核方式形式單一、目標(biāo)僵化，忽略學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，忽略其在學(xué)習(xí)過程中的思考、綜合與積累，扼殺學(xué)生的創(chuàng)新意識，阻礙其個性發(fā)展[5]。從分析和解決實(shí)際工程能力的角度出發(fā)，圍繞培養(yǎng)目標(biāo)，制定全方位、全過程的考核體系，線上、線下多模式考核學(xué)生的綜合能力，在學(xué)生能力、素質(zhì)上的評價權(quán)重逐年增加。工程圖學(xué)（一）、工程圖學(xué)（二）的各部分知識的考核比重如圖6所示。在工程圖學(xué)（一）的考核中，著重于基礎(chǔ)知識和作圖能力、表達(dá)能力的考核;在工程圖學(xué)（一）的考核中，注重過程考核，強(qiáng)調(diào)知識的運(yùn)用、綜合能力與素質(zhì)。

四、課程改革成效

改革成效體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，通過對近幾年學(xué)生考核成績數(shù)據(jù)分析，形成了各年度課程質(zhì)量評價報告。從報告可以看出，學(xué)生的制圖能力、學(xué)習(xí)成績、工程分析能力明顯提升。圖4為2020、2021級學(xué)生成績的對比，我們的試卷在增加了工程綜合能力的基礎(chǔ)上，學(xué)生的成績還有明顯的提升。

其次，后續(xù)課程中學(xué)生的綜合創(chuàng)新設(shè)計能力明顯增強(qiáng)。發(fā)條玩具、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計等典型工程能力訓(xùn)練項目的引入，并通過PPT匯報、提交課程報告等方式，極大地提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新設(shè)計能力，學(xué)生的思想境界、人文素質(zhì)顯著提升。圖8是學(xué)生的課程設(shè)計作品：仿生機(jī)械以及海洋環(huán)保裝置。

圖9為學(xué)生完成的S型、雙8字型無碳小車作品。采取三人一組、自由組合，分工合作方式，進(jìn)行無碳小車的設(shè)計計算、運(yùn)動仿真、3D建模，虛擬裝配，并根據(jù)老師提供的設(shè)計模板撰寫設(shè)計報告并進(jìn)行分組答辯。

第三，結(jié)合章節(jié)內(nèi)容，設(shè)計了多個課程思政案例，通過開發(fā)特色化課程思政項目，師生共同參與，共同成長。例如：結(jié)合幾何作圖與平面圖形的Solidworks軟件繪制，通過講解黨徽的含義和由來，布置了班徽設(shè)計的課后拓展作業(yè)，要求學(xué)生兩人為一小組，采用三維設(shè)計軟件，完成班徽的創(chuàng)意設(shè)計，學(xué)生上臺講述，講述班徽的制作理念，元素構(gòu)成，既教育了自己，又感染了大家。同學(xué)們的家國情懷、使命擔(dān)當(dāng)充分得以體現(xiàn)。

第四，學(xué)生踴躍參加各類創(chuàng)新設(shè)計大賽，取得顯著成績。近幾年學(xué)生申請各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目達(dá)158項，其中國家級57項，呈上升態(tài)勢。

結(jié)論

對標(biāo)專業(yè)認(rèn)證，圍繞《工程圖學(xué)》的課程建設(shè)與深度改革，取得了顯著成效，特色鮮明。主要體現(xiàn)如下：

以學(xué)生為中心、項目驅(qū)動，營造混合式課堂教學(xué)新模式。將“發(fā)條玩具”、“無碳小車”的設(shè)計案例融入課堂教學(xué)，多課程、多學(xué)科知識的融合，課程教學(xué)與工程設(shè)計深度融合， “結(jié)果導(dǎo)向”貫穿整個教學(xué)過程。

構(gòu)建了線上線下全方位、全過程的思政教育與課程有機(jī)融合的新型態(tài)。注重思政案例的收集凝練，思政微課的制作，課程思政潛移默化地貫穿于整個教學(xué)過程。

3.提出了3D-2D雙向式人機(jī)協(xié)同思維的教學(xué)新理念，構(gòu)建了工程圖學(xué)理論+實(shí)踐+創(chuàng)新設(shè)計的課程構(gòu)架。理論學(xué)習(xí)、計算機(jī)建模、讀圖畫圖幾種思維方法的協(xié)同融合，3D構(gòu)形與2D表達(dá)雙向并行;創(chuàng)新實(shí)踐與課程教學(xué)深度融合，融知識探究、能力提升、素質(zhì)養(yǎng)成、創(chuàng)新訓(xùn)練于一體，促進(jìn)知識向能力的轉(zhuǎn)化。

隨著科技的進(jìn)步與不斷發(fā)展，圖學(xué)教育也一直面臨著挑戰(zhàn)。如何使課程內(nèi)容、教學(xué)方式適應(yīng)社會的發(fā)展與時代的需求，還需要課程團(tuán)隊長期不斷的努力與探索。

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