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新工科学时缩减背景下“机械制图”课程教学改革与探讨

2024-09-20 103 上传者：管理员

摘要：在高等院校学时缩减的新工科背景下，合理优化机械及工程类专业基础课——机械制图的课堂教学模式和教学理念变得十分重要，对学生打牢专业基础、树立国家标准意识有重要影响。坚持以成果导向教育(OBE)理念为目标，以学生课堂和课后表现为辅助手段，以线上国家精品课为载体，强化学生自主学习意识，切实解决课堂教学学时有限、实践绘图教学欠缺、学生学习目标不明确、学习兴趣不高的问题。

关键词：
OBE
成果导向教育
教学理念
机械制图
线上线下混合教学
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成果导向教育(Outcome-based Education, OBE)作为美国、英国、加拿大等国外发达国家主流教育理念，近年来已逐渐被国内各大高校广泛采纳，并被逐渐接受和认可。该理念重点关注学生个人能力培养和自主学习能力训练，重视学生学习成果，坚持以学生为中心，所有教学活动围绕预期学生成果展开，对引导我国机械及工程类专业教育教学改革发挥重要现实意义[1-2]。“机械制图”课程作为培养学生空间想象能力和工程应用能力、建立国家标准意识的专业基础类课程，对学生树立民航领域维修行业规范意识同样发挥积极作用。在“机械制图”课程教学活动中借鉴和应用OBE教学理念，重视学生预期学习成果，改革课内和课外教育教学活动，不断提高学生综合素质，密切建立课程教学与民航领域工程应用之间的联系。

现阶段在对中国民航大学近机械类本科专业开展教学活动过程中，受学时缩减、师生比例失衡、实践教学严重不足的影响，以及学生对民航领域普遍认识不足的问题，发挥OBE教学理念优势，培养学生学习兴趣，进行“机械制图”课程合理化教学改革，对树立国家标准意识，优化我国工程技术人才培养体系具有重要意义。

一、基于OBE理念建立混合教学体系

在“互联网+”新时代背景下，数字化、网联化和智能化等趋势对本科毕业生的制图技术提出更高要求[2]。传统的教学方法过于陈旧和落后，无法满足新工科建设基本需求。因此迫切需要结合行业应用背景，开展“机械制图”课程教学改革，并坚持以问题为导向、以学习成果为目标，加强“机械制图”课程同机械加工工艺、机械设计等理论课程，以及行业工程应用之间的联系，实现多课程和多学科的交叉与融合，注重培养学生综合素质和解决复杂问题的能力。因此，在“机械制图”课程中应用OBE教育理念，有助于优化新时代工程技术类人才培养模式。

OBE教育理念的核心是聚焦学生在学习过程结束后最终达成的学习成果，在整个教学活动中还应该体现学生的个体化差异[3],充分发挥学生个人优势，考虑学生个性化需求，开展参与式教学[4]。针对学生能力与性格差异，设置差异化目标，包括一般型目标、挑战型目标与困难型目标，学生通过在参与式学习过程中获得的成就感，不断提升自信心和学习兴趣。具体可以从以下几个方面来实现。

(一)线上教学与线下教学相结合

将最终学习成果目标转化为若干小目标，做到以学习成果为导向，在线下教学活动中强调重点内容，结合绘图教室绘图实践教学活动，将重点内容进行针对性训练。借助清华大学“机械制图”国家精品课程以及中国民航大学“机械制图”课程组线上教学资源，给学生提供丰富而充实的习题讲解与课程相关内容讲解。借助三维CAD软件演示零件加工过程动画，给学生建立空间几何形状基本印象，借助三维模型培养学生空间想象能力以及读图和画图基本能力。线下教学活动中，简单介绍与演示三维CAD软件及其使用方法，利用线上软件教学资源，激发学生自主学习CAD软件兴趣，结合制图类学科竞赛，提升学生理论学习与工程应用能力，实现“机械制图”传统教学内容与CAD软件应用相互支撑的融合式教学过程。学生在课后通过复习课堂知识重难点内容，以及软件基本使用方法，并通过线下教学过程向授课教师反馈学习成果，教师通过学生反馈内容动态调整教学内容，并对教学重点及难点做出针对性训练，实现“机械制图”课程改革。做到线下教学指导预期成果目标，线上学习和课后作业练习反馈学习效果。学生通过课后软件应用联系，建立同民航特色专业密切联系，进而激发学生学习兴趣。并结合实践教学和学科类竞赛，实现预期成果目标，构建线上线下相结合的混合动态人才培养模式。

(二)认知实习与校企实习相结合

新工科教育为我国工程教育提供了新思路，以互联网和工业智能为基础，不断优化我国工程技术人才培养方式，通过智能制造、智能建造、人工智能等新技术驱动传统工程专业进行升级改造[5]。与学校民航特色专业相结合，实现新工科教育目标，离不开学生对现阶段民航工业发展水平和工程应用实际的深入了解，这一过程中，学生的认知实习发挥重要作用。通过将实际加工过程引入课堂教学，加强工程应用意识。将三维CAD软件建模与实际工程应用结合，展示零部件在工厂实际加工过程录像，利用动画展示不同零件工作原理。在课堂上展示零部件拆装过程全程录像，并通过三维零部件建模手段，使学生能够在生动、形象的教学环境中获得零部件工程应用基本认知，加强学生对“机械制图”课程的理解能力，提高学生制图表达能力、空间想象能力和实际应用能力，切实体现“机械制图”课程培养目标，使学生获得适应现代数字化设计、构型的图形表达能力。

(三)理论学习与工程应用相结合

徒手绘图能力训练是制图类课程要求学生掌握的重要能力之一。但是随着计算机绘图软件的普及，为了结合工程实际应用，应适当加强计算机绘图理论和实践课程学时，这不仅有助于激发学生学习兴趣，还有助于学生迅速适应日后的工作过程和科研生活。比如，利用三维CAD软件对零部件建模的过程可以加深对理论知识的理解，也有助于提高学生自主学习能动性；通过对零部件的建模和装配，更好地理解装置工作原理以及国家标准建立的意义。通过将三维绘图软件与后续研究及工程实际应用联系起来，体现“机械制图”课程的重要性，加强理论学习与工程应用紧密联系程度。

二、基于新工科理念的课程改革探索

(一)现阶段“机械制图”课程教学存在的问题

“机械制图”作为专业基础课，对学生后续课程的学习存在重要影响。从近三年学生的课堂表现和试卷卷面成绩可以发现，课程教学存在的主要问题可以归结为以下几个方面：

(1)教学模式单一。当前教学模式仍然以教师在讲台授课、学生课后练习的传统教学模式为主，不能体现“以学生为中心”的教学理念，没有针对不同教学内容修改教学模式，工程应用实践与理论知识学习结合不够紧密。传统教学模式难以吸引学生注意力，不能激发学生学习兴趣，学生课堂专注力不足，对重点知识把握不够充分。

(2)教学内容局限。为满足新工科建设需求，培养新时代高水平工程技术人才，传统教学体系下教学内容与工程实践存在严重脱节现象，缺少民航领域典型工程应用案例，课程教学与企业技术人员需求存在明显差异，难以满足智能制造技术人员培养需求。

(3)学习热情不够高涨、学习兴趣和积极性不高、学习目标不明确，以至于学生在课程技术后尚未建立国家标准意识，甚至将“机械制图”课程视为负担。学生基础知识掌握不够扎实，对国家标准认识不够清晰，尺规作图方法不熟练。以上问题是“机械制图”课程存在的普遍性问题[6-7],并且在学时压缩后，以上问题也变得更加突出。

(二)教学内容、考核与评价

中国民航大学“机械制图”课程教学分两个学期进行，课程由“机械制图Ⅰ”和“机械制图Ⅱ”两部分组成。第一学期的“机械制图Ⅰ”共授课40学时，相比课时缩减之前减少了8个学时。授课重点内容主要包括投影基础、立体截交、相贯、组合体、机件图样画法和尺寸标注，课程布置较为紧密。为适应新工科教学理念，课程教学内容应该更贴近工程实际应用，同时教学内容应该进行适当调整。受限于授课学时，作为“机械制图”课程重点内容的尺寸标注章节可以转移到第二学期开展。这样可以保证教学内容的连贯性，避免因假期的影响，导致学生对尺寸标注内容的遗忘。清晰且合理的尺寸标注是工程实际应用过程中需要掌握的基本能力，但随着零部件形状复杂程度增加，尺寸数量也越来越多。传统的手工绘图方法限制了绘图效率，并增加了绘图工作量。利用计算机软件绘图可以有效解决这一问题，并且能够迅速修改错误内容，并且可以改善图形美观程度。

“机械制图Ⅰ”基本教学内容如图1所示。为了能够有效锻炼学生空间想象能力，绘图软件作图可以同尺规作图相协调，在掌握立体截交、相贯基础知识的基础上，利用三维绘图软件辅助教学。学生借助三维模型，想象二维投影图投影形状和位置，反过来，也能够利用二维投影图想象三维空间几何形状。针对“机械制图Ⅰ”引入的三维绘图软件内容，期末总评成绩需要做出相应修改，包括15%尺规作图作业(含考勤)+15%软件绘图作业+70%期末成绩。其中软件绘图作业主要包括组合体三维图、组合体二维图和剖视图三部分组成。

图1 “机械制图Ⅰ”基本教学内容

“机械制图Ⅱ”学时同样由48学时缩减为40学时。缩减后的教学安排包括32学时理论学习和8学时上机实践练习。由于学生在第一学期已经学习了三维绘图软件使用方法，在第二学期的学习中，可以对上机实践练习的时间进行调整，课上做启发式引导和答疑，更多的练习交给学生在课后完成。通过参考张京英教师等人[1]提出的“项目驱动”式教学理念，并结合中国民航大学专业特色，对“机械制图Ⅱ”教学内容进行调整，重点引导学生掌握零件图拼画装配图，以及装配图拆画零件图基本过程。教学过程中引导学生完成对标准件、常用件、典型零件、装配体、尺寸标注和技术要求的学习，利用三维CAD软件分组绘制齿轮减速器零件，并实现零部件装配过程。具体教学内容如图2所示。

图2 “机械制图Ⅱ”基本教学内容

通过调用标准件库，强化学生对标准件和相应国家标准的认知。通过尺寸标注和技术要求标注，强化学生对零件加工过程和智能制造过程的认识。通过对学生进行分组，完成对减速器各零件三维建模过程，使学生充分理解四大类零件的结构形状、尺寸和表面粗糙度标注方法及投影表达。最后，通过虚拟装配过程理解零件的拆装过程和工作原理，最终生成装配图、爆炸图。这种方法以预期学习成果为导向，能够使学生在课堂教学和课后实践练习过程中充分理解“机械制图”课程的工程意义，提高学生的工程认知。激发学生对软件学习和零件加工过程的兴趣，通过利用三维绘图软件对零件建模、渲染和装配过程的学习，使“机械制图”课程变得生动立体，使学生充分体会到学习乐趣，避免枯燥的讲解式教学，进一步提高学生的沟通协调能力和主观能动性。通过对教学内容和教学计划的调整，“机械制图Ⅱ”课程期末总评成绩也需要进行相应修改。总评成绩由40%平时成绩和60%期末成绩组成，其中平时成绩包含15%尺规作图作业(含考勤)和25%计算机绘图作业，计算机绘图作业又包括尺寸和表面粗糙度标注作业、减速器分组建模和装配图三部分。

三、结语

在新工科学时缩减背景下，应用OBE教育理念改进“机械制图”教学过程，在有限的线下教学活动中，充分利用网络优秀教学资源，以学生为中心，激发学生学习兴趣，提高学习主观能动性，坚持以学习成果为导向，不断提升学生知识迁移能力和自主探究学习能力，围绕理论教学与工程应用相结合，培养学生综合素质和空间想象能力，根据学生反馈的学习效果和作业完成质量实时调整教学方法，并做到根据学生个体化持续改进。

参考文献:

[1]张京英,杨薇,佟献英,等.构建基于OBE的立体化制图教学新体系[J].图学学报,2019,40:201-206.

[2]贾涵杰,何泽银,王正伦,等.新工科背景下机械制图课程综合改革探索[J].时代汽车,2023(24):52-54.

[3]董玲,何俊杰.基于OBE的机械制图教学改革与实践[J].装备制造技术,2016:215-216+222.

[4]原彬,于彦,孙昌国.基于OBE理念的参与式教学方法研究与实践——以画法几何及机械制图课程为例[J].创新创业理论研究与实践,2023,6:169-172.

[5]黄云清.基于新工科理念推进大学数学教学改革[J].中国大学教学,2020(Z1):28-31.

[6]何航红,王丽萍,覃钰杰.加强表达力培养的“机械制图及CAD”课程教学改革[J].科技风,2023(10):128-130.

[7]尚拴军,唐静静,杨丽彦,等.新工科背景下制图课程实现育人目标的实践与探索[J].科技风,2022(12):124-126.

文章来源:赵万辉.新工科学时缩减背景下“机械制图”课程教学改革与探讨[J].科技风,2024,(26):100-102.