基于OBE理念的工程图学课程建设与改革研究

摘  要：契合新工科工程教育和一流本科课程建设“两性一度”的要求，基于OBE先进理念对机械类专业工程图学课程的教学内容进行重构，有效融入课程思政，充分体现课程的前沿性、先进性及挑战度，实现对学生价值塑造、图学思维、工程素养和创新精神的多维度培养。课程秉持学生中心、产出导向、持续改进的理念进行教学活动设计，以工程图学科竞赛为牵引，构建了“MOOC+SPOC+翻转课堂”的线上线下融合教学模式。教学改革实践表明，该教学模式激发学生学习兴趣，提高学生对课程学习的参与度、学习的获得感以及对教师教学的满意度，而且提高学生解决复杂机械工程问题的能力和创新能力，有效提高工程图学课程目标的达成度和对毕业要求的达成度，实现分层次、个性化的教与学。

关键词：成果导向;学生中心;工程图学;混合教学;课程思政

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）22-0067-05

Abstract： In line with the requirements of new engineering education and the construction of first-class undergraduate courses， the teaching content of engineering graphics courses for mechanical majors is reconstructed based on the advanced concepts of OBE， effectively integrated into the curriculum ideology， and fully reflects the cutting-edge and advanced nature of the courses， to achieve the multi-dimensional cultivation of students' value shaping， graphics thinking， engineering literacy and innovative spirit. The curriculum upholds the concept of student-centered， output-oriented， and continuous improvement in the design of teaching activities， and is guided by the engineering drawing discipline competition to build an online and offline integrated teaching model of "MOOC + SPOC + flipped classroom". The practice of teaching reform shows that this teaching model stimulates students' interest in learning， improves students' participation in course learning， learning gains and satisfaction with teachers' teaching， and improves students' ability and innovation in solving complex mechanical engineering problems， which effectively improved the achievement of engineering graphics course goals and the achievement of graduation requirements， and realized hierarchical and personalized teaching and learning.

Keywords： outcome-based education; student center; engineering graphics; mixed teaching; curriculum ideology

2016年6月2日，我国正式加入工程教育学位互认协议《华盛顿协议》[1]。通过工程教育认证，加强了高等工程教育与工业界的联系，对保障高等工程教育质量具有重要意义[2]。工程教育专业认证遵循三个基本理念：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。OBE（Outcome-based Education）作为基于学习产出的教育模式，已被工程教育专业认证所采纳。以培养学生能力为宗旨的教育和以学生能力达成为目标的学习在我国工程教育改革中具有重要意义[3]。

工程教育认证标准对课程培养目标的要求更高，更注重学生能力的培养和行业的需求。工程图学课程作为机械类专业工程教育的第一门基础课程，有必要拓宽课程目标维度，进行课程边界和课程内容的重构，培养学生的创新实践能力，让学生主动学习、发现问题、解决问题[4]。本课程是一门用图样来表达设计思想和进行技术交流的课程，既能培养学生的形体表达和空间构形能力、绘图读图能力，又能使学生养成标准化意识与工程意识。为适应新工科《工程教育认证标准》和《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》对机械工程专业的毕业要求，培养具有识别、表达和解决复杂机械工程问题能力的创新型人才，改革工程图学课程教学体系[5]，将“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛引入工程图学课堂，以促进该课程的教学模式从“教得好”向“学得好”转变，实现工程图学课程建设“两性一度”的要求。文中阐述了基于OBE理念的工程图学课程建设和教学改革情况。

一、传统工程图学课程体系存在的问题

以知识为主的传统课程体系与新工科理念和新时代信息技术相脱节，存在基础理论、逻辑思维能力强，自主学习能力、综合运用能力、团队协作、沟通与交流能力欠缺的问题，具体表现在工程图学课程：图学基础理论扎实，但综合运用知识解决工程设计实际问题的能力弱;擅长解题式的个人学习，缺乏系统思维，全局观弱，团队协作缺乏训练。

现代设计技术和信息技术的发展正在改变着传统的教学内容和教学模式，以知识学习为重心在向以能力培养为宗旨转变。自上世纪50-80年代，工程图学课程以教师课堂讲授为主，辅以模型教具和挂图进行教学;上世纪80年代末，随着信息技术的发展，多媒体应用于课堂教学，大大提高了课堂教学效率，但仍然以教师传授知识为主，学生的创造力培养环节缺失;本世纪初，大数据人工智能时代改变了传统的教学模式，尤其是MOOC等在线资源的发展及应用，使教与学的过程不仅限于在课堂上完成，“MOOC+SPOC+翻转课堂”的融合教学模式实现了以学生发展为中心的教学生态[6]。

与传统教学模式相比，混合式教学模式的教学效果明显提高，但仍然存在学生高分低能、绘图能力和空间构形能力较差等问题，学生只为绘图而绘图，缺乏全局观和工程意识。因此，在培养扎实图学理论基础的同时，亟待解决如下问题：第一，如何提高学生的工程思维和解决工程实际问题的能力？目前，教师授课以知识传授为主，学生的图学思维能力和创造力培养环节缺失，与现代制造的工程实际结合度不足，缺乏工程实践训练，导致高阶性学习目标的达成度值低，与行业及专业认证对工程制图课程提出的更高要求相悖。第二，如何实现以学生为中心的教学设计？如何实现师生互动、生生互动？本课程的特点是学时少，内容多，强度大，学生的形象思维能力不同，“满堂灌”“一刀切”的传统教学方法无法满足学生个性化、差异化的学习需求。第三，如何将思政元素和课程教学有机融合？在课程教学的各个阶段，如何在潜移默化中帮助学生建立正确的人生观、价值观，达到春风化雨、润物无声的教育效果，培养学生的科学探索精神、工匠精神、学术诚信。

二、课程教学体系构建

（一）课程目标确立

结合沈阳工业大学“培养品德高尚，基础扎实，实践能力强，具有创新精神，综合素质高的应用型高级专门人才”的办学定位和新工科建设行动计划，制定知识、能力、素养和育人四位一体课程目标，使工程图学课程教学实现多维度培养，如图1所示。

（1）掌握与工程基础技能相适应的设计和表达的基本理论，熟知国家制图标准及规定，培养标准意识;（2）具备绘制和阅读工程图样的能力，能够理解工程图样所提供的产品设计和制造信息，具有评价表达方案合理性、优化图样表达方案的能力，培养形象思维和设计制造的全局观;（3）具有自主学习的习惯与能力，以及沟通交流、表达的能力，培养团队协作精神，大国工匠精神，提升专业热情;（4）树立正确的人生价值观，具有较强的工作责任心和良好的职业道德，以家国情怀增强民族自信。

（二）课程内容重构

数字化设计、智能制造以及3D打印技术的发展，引发行业巨变，导致工程图样表达在思维和方法上的改变。这必然带来工程图学课程边界和课程内容的重构与优化，以体现课程内容的时代性、科学性和创新性。

依据OBE产出导向的工程教育先进理念，契合一流本科课程建设“两性一度”的要求，以现代制造业对设计人才的现实需求为导向，重构课程内容，建立以图学思维为基础，以产品设计表达为主线，以创新实践能力培养为目标的课程知识体系。

信息技术的发展，给传统工程设计和制造带来巨大变革。考虑到目前传统与现代并存的制造行业现状，与时俱进，将计算机二维绘图和三维建模软件融入课程内容[7]，培养学生利用计算机软件绘制工程图样的能力和构形思维能力，建立基于产出导向的课程新体系，以适应现代设计方法和手段对工程图样表达的需求，突出课程的创新性与先进性;同时，将与工程图学课程相关的学科竞赛引入课堂，通过学科竞赛项目实践，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，增强学习动力，培养学生解决复杂工程问题的综合能力和工程素养。搭建学生进行创新设计实践的平台，使其充分体验经过勤奋和努力收获能力和提高素质的成就感，增加课程内容的挑战度。

首先，重构课程边界。工程制图是工具，图样是工程界的“语言”，而工程设计是思维、是创新。思维需要通过工具表达出来，而工具没有思维便没有灵魂。所以，设计与图学体现在教学过程中是相互融合的关系，确立清晰的课程边界。

其次，以传统图学理论为基础，将计算机二维、三维设计技术融入课程内容，对课程知识体系进行重构和持续更新。工程图学课程知识体系如图2所示。

（三）课程资源建设

选用优质慕课——国家精品在线开放课程现代工程制图（大连理工大学），结合沈阳工业大学学情，根据课程目标进行增减、整合，自建线上“导学笔记”、期末考试题库、慕课堂测试题库等资源，在中国大学MOOC平台建设异步SPOC课程，为学生提供课外教学资源，达到因材施教的目的。

为配合项目实践在教学过程中顺利进行，收集设计了项目题库。同时，还建立了竞赛题库，供指导和培训学生参加图学学科竞赛使用。

（四）教学体系构建

契合新工科工程教育和一流课程建设“两性一度”的要求，基于OBE教育理念，以图学学科竞赛为牵引，对机械类各专业工程图学课程的教学体系进行改革，构建了以课堂教学和学科竞赛项目驱动为核心主线、线上与线下深度融合的工程图学教学新体系，如图3所示，实现对学生价值塑造、图学思维、工程素养和创新能力的多维度培养。

三、课程教学模式改革

在对工程图学课程边界、课程内容进行重构及优化组合的基础上，积极改革教学方法，构建“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学模式，建立以学生学习为中心、线上线下深度融合的教学生态。创新多目标、多层次的教学设计，实现分层次、个性化的教与学。