基于OBE的三维造型设计课程教学实践
基于OBE的三维造型设计课程教学实践
为了满足社会对应用型技术人才的需求，教育部在2021年明确指出，全国一半左右普通本科高等院校应向应用技术型转变。课程教学是应用型本科高校人才培养的重要环节。在专业设置与行业需求对接的同时，应用型本科院校在课程建设上应以应用能力培养为目标，通过课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接，实现真正意义上的转型。
OBE（Outcome based education）教育理念是“以学生为中心，以产出为导向”的教育理念，该理念重视学生能力的提高和教育的“产出”（Learning outcomes）[1-3]。以OBE理念为指导，课程的教学设计和教学实践应以学生最后的学习成果为出发点，进行反向设计。随着三维CAD技术的发展和广泛应用，行业和企业要求机械类专业学生在具备机械设计、制造及自动化理论知识的同时，能够掌握三维设计技术，具有良好的产品三维设计与分析能力。为此，将OBE理念引入三维造型设计课程教学，针对教学中存在的问题，确定课程的教学成果或目标，并以目标为导向，进行教学内容优化、教学组织设计、教学方法选择、教学实施与教学评价，从而改善教学效果。
2 课程教学现状
三维造型设计是洛阳理工学院机械工程学院机械设计制造及其自动化专业的专业基础课，对于培养能够在机械工程领域从事机械电子产品设计与开发、计算机辅助设计与制造等方面工作的高素质、应用型人才具有重要作用。根据机械行业对工程技术人员设计能力的需求，课程的总目标是培养学生的三维设计工程应用能力。但在实际教学中却发现存在较多问题：
1）学生具有一定的单个零件模型三维造型能力，但在装配体设计和工程图创建方面相对较弱;
2）学生对于三维设计在实际工程中的应用缺乏认识，工程训练
训练不够，实际三维设计应用能力较低;
3）在和其他专业基础课程或专业课程如机械原理、机械设计、机械制图、互换性与技术测量等的结合和综合应用方面存在脱节;
4）传统教学中根据知识点和教材章节授课，按照系统性知识结构的顺序安排教学内容，过分注重知识结构的完备性和内容的系统性，造成课程内容覆盖面广而不专，总体教学效果表现为学生实际三维设计应用能力不足。
3 基于OBE理念的教学设计与实施
2021年，机械设计制造及其自动化专业被确定为洛阳理工学院转型发展示范专业。专业转型需要以课程改革为支撑。为了解决三维造型设计课程教学中存在的问题，提高教学质量，在教学中确定了以OBE理念为指导的三步走战略。
第一步，根据企业和行业对机械工程技术人员三维设计能力的要求，确定课程预期的学习成果或目标;
第二步，针对学习目标，确定包括教学内容重组、教学组织方式优化和教学方法改革在内的教学策略，并依据该策略一步步进行教学实施;
第三步，根据课程特点，建立过程性与终结性评价相结合的综合评价方式，对教学成果的达成进行评价，并根据教学评价的结果进一步调整教学策略，做到持续改进。
基于OBE理念的三维造型设计教学改革方案如图1所示。
课程成果或目标以OBE理念为指导，结合机械类企业对工程技术人员三维造型设计能力的需求，改变以前以课程知识掌握为出发点的单一教学目标，确定了“以应用能力培养为主、知识储备积累和技术素养培养为辅”的课程目标或成果。
1）应用能力目标：掌握三维设计系统的基本操作，能够灵活运用各种常用特征命令创建机电类产品零件模型;掌握自顶向下（TOP-DOWN）及自底向上（Bottom-UP）的组件设计原理和方法，能够根据设计任务和要求选择合适组件设计方法进行产品设计;能够借助创
建的产品和零件三维模型快速生成规范的二维工程图，做到视图表达合理、标注规范，符合机械制图国家标准;能够在较短时间内适应新的同类三维设计软件平台，具备跨软件平台的三维工程设计能力。
2）知识获取目标：了解计算机图形学（Computer Gra-
phics，CG）的基础知识及CAD系统的关键技术;理解三维造型设计中的参数化、基于特征的实体建模原理，以及设计意图、单一数据库和父子关系等相关概念;掌握零件造型、组件设计和工程图创建的基本思路和一般过程。
3）工程技術素养目标：熟悉工程技术标准与规范，具有严谨的工作态度，较强的标准化意识、创新意识和创新能力，具有良好的团队合作精神。
课程教学策略及实施OBE理念要求课程教学从“以教为主”向“以学为主”转变，以“课内为主”向“课内、外结合”转变。为了达到上述课程目标，以两个转变为指导思想，课程小组在课程内容的设计、教学组织和教学方法等多个方面进行了改革和探索。
在课程内容设计、组织和教学方法方面，改变过去按照教材内容顺序授课的传统方式，突出项目驱动，加强课程内容和实际三维设计工作之间的联系，实现主副项目结合、典型案例和真实项目结合、实践与理论结合、项目教学法和混合式教学法相结合、课内学习和课外学习相结合的课程设计思路。
1）打破以往按照系统性知识结构顺序安排教学内容的模式，对教学内容进行整合，将主要教学内容整合到几个项目或案例中，以项目或案例为主要载体，使学生在完成项目过程中获取知识、增强能力。教学内容整合情况如表1所示。
2）由于三维造型设计课程为专业基础课，培养學生设计能力的机械设计基础、互换性与技术测量等课程在此之前还未开设，学生尚不具有新产品开发的知识基础。因此在提高类项目选择时，选择难度适中且有一定代表性的真实工装辅具为辅助项目，使学生在完成项目的过程中不仅掌握了课程知识，也对企业产品三维设计过程有了一定
的认识。通过机械模仿、独立查资料、求助教师等方式，学生最终需要提交一套视图表达和标注均符合国家标准、行业规范的技术文件，并能理解项目中产品的结构、功能和图纸标注的具体含义。在此过程中实现本课程与前导课程（如机械制图）和后续课程（如机械原理、机械设计、互换性与技术测量）的良好融合，使本课程的学习能够促进学生对其他课程内容的理解。
3）改变以往理论、实践教学分别进行的课程组织方式，打破理论教学和上机操作之间的界限，所有课程均在计算机房授课，以便根据学生团队的项目实施情况动态调整理论和实验教学的时间分配。
4）在课程综合训练环节，按照实用性、典型性及综合性的标准选择若干合适的综合性项目，学生以团队方式参与项目。通过该环节，使学生由被动学习转变为主动学习，不仅能够掌握课程要求的基本知识和技能，了解企业实际设计的一般过程，巩固制图、识图能力，也可培养学生的团队合作精神和实际工程应用中所需的信息获取与解决问题能力。
5）针对参加创新创业大赛和三维设计大赛的学生进行个性化辅导。根据竞赛的需要和学生的接受能力，对学有余力的学生增加教学内容，引导他们进行机构三维设计与运动分析、有限元分析和计算机辅助自动编程等内容的学习。
6）在教学方法上，除了采用项目教学法外，依托超星学习通平台，建立三维造型设计在线课程，将课程资源、试题、项目资料等上传至网络。学生在课堂上以项目为中心，掌握主要知识内容，课后通过在线课程进行课程内容的系统学习。此外，企业兼职教师也可通过在线课程与学生线上互动交流，使学生有机会了解工程实际。通过这种线上、线下混合式教学，引导学生线下系统学习、课上完成项目，在增加课堂信息量的同时，大大提高了教学质量。
课程评价OBE教学理念下，教学评价应从“结果评价为主”向“结果和过程相结合评价”转变。因此，在课程考核方面将过程性评价（学生在项目实施过程中的表现）、终结性评价（期末上机考试成绩）、学
生参加学院和全国三维设计大赛情况，以及考取行业认可的三维CAD 证书情况四个方面相结合，对学生的综合能力进行合理评价。
4 结论
在OBE理念的指导下，确定了本课程的教学成果、教学策略和成果评价方式，通过课程内容重组、课程组织改进和教学方法与手段探索，学生的三维设计能力有了很大的提高，在2021年全国3D大赛12周年精英联赛中获得全国总决赛一等奖一项，河南赛区二、三等奖多项。课程的下一步规划是不断优化课程项目，进一步推进企业兼职教师在学生应用能力培养方面的作用，持续改进，不断提高教学效率和质量。