新工科背景下基于OBE理念的《工程图学》课程建设改革

杨放琼 彭高明

【摘要】基于OBE教学理念，对新工科建设背景下的《工程图学》课程进行了深入改革，紧紧围绕课程教学目标，将思政教学贯穿于整个教学过程，混合式教学与课程思政相结合，从立德树人、价值塑造、能力培养三个方面深入挖掘思政元素，精心设计各个教学环节，采取线上线下混合式教学方式，引入项目驱动，以学生为中心，成果导向，打造翻转课堂，培养了学生的创新设计能力和综合素质，构建线上线下全方位、全过程的思政教育与课程教学有机融合的教学新模式。

【关键词】工程图学;新工科;OBE理念

【基金项目】2020年湖南省课程思政建设研究项目——“基于OBE理念的《工程图学》课程思政教学设计研究与实践”（HNKCSZ-2020-0044）;2021年山东魏桥创业集团有限公司教育部产学合作协同育人项目——“新工科背景下基于OBE理念的《工程图学》课程建设改革”。

【中图分类号】G642 【文献标识码】 A

当前，教育部积极推进“新工科”建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育的强国建设。各高校都非常重视“新工科”建设，而要建设一流“新工科”，需工程教育专业认证“点石成金”[1]。《工程图学》课程是面向机类、近机类本科专业的重要的公共基础课，随着机械与计算机、信息技术的交叉融合，3D打印等新興制造技术的出现，使工程图学这门古老的课程焕发了生机。如何适应形势的发展和社会的需求，是本课程所面临的机遇与挑战。将机械图学知识与现有工程实际相结合、与学生的工科思维方式相结合，是新工科对工程图学教学的要求，也是企业对毕业生的要求[2]。工程教育专业认证遵循三个基本理念：OBE成果导向、以学生为中心和持续改进，以保证专业教育质量和专业教育活力[3]。课程团队根据“两性一度”的要求，对教学内容、教学方式等进行全面改革，以学生为中心，OBE成果导向，力求打造面向社会需求的一流课程，努力探索《工程图学》课程知识传授、能力培养和价值引领的有机统一。

一、对标专业认证，制定培养目标

（一） 课程现状以及需要解决的关键问题

信息技术、计算机技术与机械的交叉融合，对图学教育提出了更高的要求。传统教学内容、手段和教学模式已与“新工科”背景下的社会需求严重脱节。工科类专业毕业的学生，其能力是否达到行业认可的要求，应作为教学目标重要的评价指标之一[4]。

课程内容与工程应用及社会需求脱节的问题。

摈弃陈旧教学内容，注重现代设计方法的运用，将三维创新设计、典型工程案例融入课程教学。

教学方式手段单一落后、教学资源不足的问题。

采取多种教学模式和手段、注重信息化教学手段运用，充分激发学生的潜能，赋能课堂。

（二） 课程培养目标

坚持“立德树人，以学生为中心、以产出为导向”的教育理念，面向机械工程、航空航天、先进制造等国民经济主战场，着力培养理论基础、创新能力、工程素质和人文素养俱佳的综合型人才，以支撑机械类专业人才培养的需求。课程的培养目标，是对标“新工科”建设，结合我校人才培养要求，以“报效祖国、回馈社会”作为价值引领，在知识探究、能力培养、素质养成等方面全面培养学生。

1. 知识目标： 掌握工程图样的绘制和阅读基本方法，掌握各种图样的画法与综合应用，掌握各种形体的3D构形、装配与视图生成方法。

2. 能力目标： 具备图学思维能力、空间想象能力、团队协作能力、工程思维能力和初步创新设计能力。

3. 素质目标： 通过课程思政，培养精益求精的工作态度，一丝不苟的工匠精神，为国效力、奉献社会的人文情怀。

二、课程建设主要内容

重构教学内容、梳理逻辑关系

课程内容的知识构架与逻辑关系如图1所示。课程分为两个学期完成，分别对应为工程图学（一）、工程图学（二）。其中，工程图学（一）为图学基础知识部分，主要内容包括课程总览、立体的3D构形与2D表达、图样的画法与综合应用。工程图学（二）为图学专业知识部分，包括零部件的构形与表达、“发条玩具”的工程思维训练、机械创新设计、无碳小车等典型案例的项目驱动应用实例。

重构教学内容主要是基于以下几点考虑：

1.现代设计工具与理论知识的有机结合

将二维计算机绘图与三维构形工具与教学内容有机融合，围绕形体的三维构形和二维表达，建立3D-2D人机协同思维模式;通过对组合体结构剖析，培养学生工程思维能力;根据零部件结构，阐述各种图样的形成和画法。

2.通过工程训练项目的课后拓展，培养工程思维

理论知识与工程实际紧密结合，同时注重本课程与后续课程的衔接与拓展延伸。通过对齿轮油泵、球形阀等典型零部件的测绘实训，将现代设计知识、工程知识融入零件部的内容。

通过“发条玩具”的工程训练、“无碳小车”、机械创新大赛等的创新设计项目的引入，培养学生工程思维能力、创新设计能力、运用现代设计工具的能力， 拓展课程内容难度深度。

3.课程思政元素与章节内容的无缝对接，全方位育人

精心提炼各章节课程思政元素，挖掘课程思政内涵，以工匠之心，铸制造强国，提升学生的爱国情操和政治素养。

通过分组学习等形式增强团队协作和沟通能力，培养良好的职业素养和社会责任感;通过手工绘图培养学生一丝不苟的工匠精神。

资源建设

根据课程大纲，配置了丰富的线上线下教学资源。出版“互联网+”立体化教材三本，撰写了课程教案、制作相关的PPT课件。二维码资源80套，微课视频50多个、模型素材300多个，课程思政典型教学案例多套，实现了资源共享。

三、实施路径与具体措施

OBE理念强调教学设计和教学方法的实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向。学生的学习成果就是运用所学知识解决工程问题的能力，而这种能力一般要通过对课程进行精心的教学设计，以及对学生潜移默化的培养[5]。

（一）教学方法设计原则与策略

以学生为主体，采取混合式教学模式。精心融入课程思政，将课程思政与专业知识有机融合，实现同向同行。根据学生信息反馈，适时调整教学方式和手段，通过线下答疑和线上互动等方式解答学生疑难问题。教学方法遵守以下原则与策略：

1.课程思政贯穿整个教学过程。注重课程思政与专业知识的无缝对接，从言传身教、课堂组织、微课视频、思政案例各方面进行思德培养。

2.精心设计线上线下教学过程。采取“理论+实践”、“线上+线下”、“课堂学习+创新设计”的多模态教学形式，打造翻转课堂。通过线下答疑和线上互动等方式解答学生疑难问题。图2为课前、课堂、课后各阶段混合式教学流程、教学方法的基本框架。

3.注重信息化教学，拓展学习空间。教学多种教学平台实现教学信息化。将教学资源上传到教学平台，使学生学习空间得到全方位拓展。

4.项目驱动引入课堂教学。将创新设计与课堂教学结合，激发学生兴趣与求知欲，通过“做中学”达到探求知识、培养能力的目的。

（二）实施措施

1.利用超星学习通、TronClass等互动式教学平台打造翻转课堂，实现师生互动、生生互动。图3为组合体构形分析的翻转课堂设计实例。图（a）为组合体3D构形分析教学设计，图3（b）为翻转课堂学生活动场景。

2.运用“互联网+”、AR技术、网络教学平台实现信息化教学。通過手机扫码可以得到三视图所对应的AR模型，并对其进行翻转、放大等操作。

将“发条玩具”、“无碳小车”等典型设计案例引入课堂教学，实现工程知识与图学课程深度融合，促进知识向能力与素质的转化，实现本课程与后续课程的衔接与拓展延伸，达到连接理论与实践、课堂与课外、知识与应用的目的，培养学生的工程思维和创新能力。

第一学期末引入“发条玩具”工训项目，要求学生分组进行3D建模，拆分玩具，分析机械运动原理和零件组成，最后写出训练报告并分组进行答辩，如图4（a）所示。

第二学期末引入“无碳小车”创新设计项目，与大学生工程综合能力竞赛相结合，根据老师提供的设计模板撰写设计报告并进行分组答辩。在后续的《制造工程训练》课程制作出实物模型，如图4（b）所示。

通过典型工程案例考核学生的知识理解能力、工程思维能力。图5为在讲解标准件一章时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单一、目标僵化，忽略学生在教学中的主体作用，忽略其在学习过程中的思考、综合与积累，扼杀学生的创新意识，阻碍其个性发展[5]。从分析和解决实际工程能力的角度出发，围绕培养目标，制定全方位、全过程的考核体系，线上、线下多模式考核学生的综合能力，在学生能力、素质上的评价权重逐年增加。工程图学（一）、工程图学（二）的各部分知识的考核比重如图6所示。在工程图学（一）的考核中，着重于基础知识和作图能力、表达能力的考核;在工程图学（一）的考核中，注重过程考核，强调知识的运用、综合能力与素质。

四、课程改革成效

改革成效体现在以下几个方面：首先，通过对近几年学生考核成绩数据分析，形成了各年度课程质量评价报告。从报告可以看出，学生的制图能力、学习成绩、工程分析能力明显提升。图4为2020、2021级学生成绩的对比，我们的试卷在增加了工程综合能力的基础上，学生的成绩还有明显的提升。

其次，后续课程中学生的综合创新设计能力明显增强。发条玩具、机械创新设计等典型工程能力训练项目的引入，并通过PPT汇报、提交课程报告等方式，极大地提升了学生的综合素质与创新设计能力，学生的思想境界、人文素质显著提升。图8是学生的课程设计作品：仿生机械以及海洋环保装置。

图9为学生完成的S型、双8字型无碳小车作品。采取三人一组、自由组合，分工合作方式，进行无碳小车的设计计算、运动仿真、3D建模，虚拟装配，并根据老师提供的设计模板撰写设计报告并进行分组答辩。

第三，结合章节内容，设计了多个课程思政案例，通过开发特色化课程思政项目，师生共同参与，共同成长。例如：结合几何作图与平面图形的Solidworks软件绘制，通过讲解党徽的含义和由来，布置了班徽设计的课后拓展作业，要求学生两人为一小组，采用三维设计软件，完成班徽的创意设计，学生上台讲述，讲述班徽的制作理念，元素构成，既教育了自己，又感染了大家。同学们的家国情怀、使命担当充分得以体现。

第四，学生踊跃参加各类创新设计大赛，取得显著成绩。近几年学生申请各类创新创业项目达158项，其中国家级57项，呈上升态势。

结论

对标专业认证，围绕《工程图学》的课程建设与深度改革，取得了显著成效，特色鲜明。主要体现如下：

以学生为中心、项目驱动，营造混合式课堂教学新模式。将“发条玩具”、“无碳小车”的设计案例融入课堂教学，多课程、多学科知识的融合，课程教学与工程设计深度融合， “结果导向”贯穿整个教学过程。

构建了线上线下全方位、全过程的思政教育与课程有机融合的新型态。注重思政案例的收集凝练，思政微课的制作，课程思政潜移默化地贯穿于整个教学过程。

3.提出了3D-2D双向式人机协同思维的教学新理念，构建了工程图学理论+实践+创新设计的课程构架。理论学习、计算机建模、读图画图几种思维方法的协同融合，3D构形与2D表达双向并行;创新实践与课程教学深度融合，融知识探究、能力提升、素质养成、创新训练于一体，促进知识向能力的转化。

随着科技的进步与不断发展，图学教育也一直面临着挑战。如何使课程内容、教学方式适应社会的发展与时代的需求，还需要课程团队长期不断的努力与探索。

参考文献

[1]高崇一，魏云平，戴 俊，李 然，肖春英.基于OBE理念的“工程制图”课程教学改革研究[J].唐山学院学报，2021（34）：95-98+103.

[2]刘思远，张志辉，张云辉，柴博森，于征磊.基于大学生工科思维发展的工程图学教学改革浅谈[J].教育教学论坛，2020（46）：192-194.

[3]游少鸿，白少元，李艳红，等.以工程教育认证助推环境工程专业全面深化改革[J].高教学刊，2017（16）：90-92+95.

[4]王振宁.工程教育认证背景下工程制图类课程教学改革[J]，安阳工学院学报，2019（18）：115-117.

[5]范芳蕾， 张克义， 余宏涛， 史冬敏.提升工程实践能力背景下“工程制图”教学改革探索[J].东华理工大学学报 （ 社会科学版），2020（39）87-93.