董妍 张磊 赵恩兰

摘  要 分析传统教学方式存在的问题，以OBE理念引导教学方式创新，通过开放3D打印室、附加模型二维码、融合慕课资源、引入VR技术等方式提升学生空间想象力，激发学生的创新意识以及学习的主动性，并依据成果评价反馈，持续改进教学方式。

关键词 OBE理念;机械类专业;机械制图;3D打印实验室;虚拟现实技术;慕课

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）06-0090-03

0 引言

OBE（Outcome-Based Education，成果导向教育）理念始于美国和澳大利亚的基础教育改革。该理念在1981年由Spady率先提出，目前被认为是追求卓越教育的正确方向，并已形成比较完整的理论体系[1]。我国于2016年6月成为《华盛顿协议》的正式成员，该协议的大多数成员国以成果导向作为认证标准，以学生表现作为评价教学成果的主要依据。在OBE教学模式中，学生处于主导与中心地位，OBE理念更多强调的是学生学到了什么，而不是怎样学习以及什么时间学习，满足学生多元化的学习需求并打破传统教育在时间上刚性的限制，根据学生学习能力的差异性进行个性化评定，并根据成果反馈持续改进原有的课程教学。用OBE理念引导课程改革，对促进教学具有重要的现实意义。

1 传统教学方式的不足

机械制图作为应用型本科院校机械类专业的专业核心课程，主要通过课堂教学以及实践环节，讲授制图基础知识、画法几何、零件图以及装配图等内容，要求学生具备一定的空间想象、空间分析、空间构思的能力，具有较强的理论性和实用性。通过分析历年学生课堂表现及试卷，可发现传统教学主要存在以下几点不足。

多媒体灌输式教学，教师占主导，学生主动少  传统的教学方式以多媒体讲授形式为主，辅以板书、动画展示。对于理论性较强的章节，学生课堂上难免会感到枯燥乏味，不仅影响学习的积极性，而且会失去思考探索的主动性，最终影响整体的教学效果。

教学模型有限，不能满足课堂需求  机械制图课程在大一学年开设，对于新生而言，无专业基础和空间想象力薄弱这两个因素成为他们学习制图最大的阻力。虽然教学模型在一定程度上能帮助学生理解结构特征，但在组合体章节的学习中，并不是每个组合体例题都有相应的模型来辅助教学，而对于较复杂的零件图以及装配图，更是缺少相应模型供学生观摩及拆装，仅使用动画展示的方式并不能有效地培养学生的动手实践及空间构思能力。空间想象能力薄弱的学生在学习组合体章节后，由于不能构思出空间结构特征，看不懂组合体三视图，会严重影响后续学习的积极性。

教学内容繁多，课程学时少  机械制图知识点较多且关联性强，但目前机械制图课程总学时少，课堂教学进度安排紧凑，学生难以完全掌握整堂课知识点。另外，实践学时有限，学生难以熟练掌握制图技能。

2 以成果为导向的教学方式

OBE理念在很多方面吸纳了布鲁姆的掌握学习理论的特征：弹性的时间框架去实现教学目标;使用不同的资源去创设丰富的教育环境;使用形成性教学评价来反馈学习产出以改善教与学[2]。任课教师以明确学生学习后所达到的最大能力为前提，分析上述传统教学方式存在的问题，对教学方式进行创新改革，主要通过3D打印技术、中国大学MOOC平台、虚拟现实技术等，使课堂教学向课外延伸，充分调动学生学习的主动性，培养学生将理论转变为应用的能力。此外，根据学情的差异性，制定阶段性测试，利用评价反馈持续改进教学方法。

开放3D打印实验室  3D打印技术属于快速成型技术之一，不需模具和夹具，僅以数字模型文件为基础，利用塑料等可黏合材料，即可逐层叠加构造模型。由于其工艺的特殊性，可加工外形和内部结构复杂程度较高的模型。对于机械类专业的学生而言，将3D打印技术融入教学过程可激发学生主动学习和自主创新的积极性，进而增强教学效果[3]。3D打印技术为学生提供了自主学习建模的平台，空间想象力丰富且学习主动性较强的学生可以在课余时间自学建模软件，从简单模型入手，将二维平面图转换成三维立体图。教师可以在此基础上将班级分成若干学习小组，以基本掌握建模软件的学生为组长，通过打印立体模型将二维视图具体化，引导组内学生在实际参与过程中进一步熟悉掌握先前所学理论知识，提升实际理解的能力。学生在逐步了解3D打印技术后，会促进机械制图课程的学习，激发学习兴趣以及主动性。3D打印技术使学生将理论与实践高度结合，真正意义上培养了学生实际应用的能力。此外，学生3D打印的模型可以丰富任课教师课堂上的辅助教学资源，并可用于促进空间想象力相对薄弱的学生逐步提升空间构思能力，有利于组合体章节的学习。

附加立体模型二维码  为了便于学生课下完成习题，在布置相关作业时针对部分难度较大、结构较复杂的习题，可以建立三维模型及动画，或将作图步骤详细分解并生成二维码，学生解题困难时可向任课教师要二维码寻求帮助，通过扫描相应题目中的二维码，获取立体模型、提示等。通过面向学生调研，可知此方法比较受学生欢迎，将手机转变成学习的工具，并具有一定的引导性和便利性。特别是空间想象、空间构思能力较差的学生，在解题过程中可通过对照三视图及立体模型，更好地理解三视图和与之相应的投影关系，逐步建立起良好的空间想象能力，非常适用于前期基本体、组合体的学习。但此方法要求学生具有较强的自制力，不可直接使用二维码提示而缺少独立思考，否则会影响学生主动探索求知的积极性，因此需要教师做好监督管理工作。

融合中国大学MOOC平台精品资源  慕课是大规模开放的在线课程，是“互联网+教育”的产物。慕课的优势是根据课程内容的特点进行模块化处理，将每一个知识模块进行划分，最终形成短视频的形式。慕课能高效精准地帮助学生解决在某一知识点上学习的困难，学生可依据自身情况进行选择性学习，学习侧重点清晰。机械制图课程课堂时间有限，知识点安排紧凑，课堂上理解能力薄弱的学生很难完全跟上教学的节奏。因此，笔者为学生推荐北京理工大学国家精品课程“机械制图及数字化表达”以及天津大学国家精品课程“工程图学”，这两门慕课能够帮助这部分学生及时解决问题，他们可以反复观看知识点相应视频，并做针对性的课后练习以便熟练掌握知识点。慕课的应用完全遵从了OBE教学理念，在弹性时间内利用丰富的资源来完成教学目标，同时解决了传统课程学时有限的问题。

引入虚拟现实技术  虚拟现实（VR）技术是目前热门的交互技术，基于计算机图形学来构建虚拟的空间场景，用户可以第一视角置身其中，通过将多个传感器实时监测数据反馈到虚拟场景中，完成与虚拟场景的自然交互，使用户具有真实环境的体验感[4]。虚拟现实技术的基本特征为沉浸性、交互性以及想象性，此特性使虚拟现实技术非常适合与机械制图教学相融合，学生可以佩戴特殊的头盔及传感设备，置身于虚拟环境中进行实时交互，实现无限制观察三维空间的物体，并通过旋转、放大等功能获取较全面详尽的认知。

机械制图课程的VR技术应用主要包括两方面。

1）虚拟零件模型，主要适用于零件图章节。由于大一学生无专业背景，接触机械零件的机会极少，在学习零件图章节时未免会觉得课堂枯燥且零件图难以读懂，而通过虚拟现实技术，学生可清晰观看各个零件的三维立体结构。在表达零件的内部结构时，通常采用剖视图的表达方法。以内形复杂的箱体类零件为例，空间想象力较差的学生难以理解零件哪些部分被剖切，剖切后哪些外轮廓线不需要画出，剖视图中哪些部分要画剖面线。此时可利用虚拟现实技术对零件进行剖切，学生可对剖切后的零件进行操作，实现分合展示，清晰了解零件剖切后的内部结构。

2）虚拟拆装，适用于装配图章节的学习。利用虚拟现实技术可将机器中各零件进行拆卸、组装，帮助学生理解机器的工作原理、装配体的结构特征以及各零件间的装配关系，使学生读懂相应装配图。以柱塞泵为例，部分学生无法理解柱塞泵工作时吸油、排油的过程，对于两个单向阀的工作原理理解不透彻。通过虚拟现实技术，学生可模拟柱塞泵工作过程，仔细观察单向阀的结构特征、阀体的内部结构等。虚拟现实技术的应用能很好地解决目前教学过程中缺少零件模型及机器供学生观摩、拆装的问题，从而有效提升学生的空间分析、空间想象能力，进而激发学生的科技创新能力。

设计个性化阶段性测试  OBE教育理念中十分重要的一个环节是评估成果产出。专业教育成果评价方法主要有四种：课程成果分析法、评分表分析法、问卷调查法、档案袋评价法等[5]。笔者在课程教学中主要采用课程成果分析法和问卷调查法，结合学生学情的差异性，设计多档个性化阶段性测试，通过统计测试成绩，了解学生的知识点掌握情况以及相应能力水平;通过对比学生多次成绩，了解学生的能力提升情况。此外，对学生发放调查问卷，调查内容涵盖学生相关能力达成度的自我评定以及对于课程教学方式的意见和建议，请学生如实填写。最终将测试成绩反馈和问卷反馈综合起来，反映学生能力达成的真實情况;依据评价反馈结果，对课程后续教学方式的一些细节进行微调，以保证学生最终能力的达成。在课程结束后，基于学生的期末课程考核成绩，计算各指标点达成度和课程达成度，总结反思教与学的两个过程，获取形成性评价，进而不断改善教学方式的细节，使之具有较强的有效性和普适性。

3 结语

用OBE理念引导机械制图课程改革，改善传统教学方式，突出教师在教学中的主导性，将学生置于教学活动的中心地位，通过引入热门的3D打印技术、虚拟现实技术以及丰富的教学资源，为学生创设多元化的教学环境。改革实践表明，此教学方式解决了传统机械制图课程教学内容繁多而课时有限的矛盾，有效提升了学生学习的积极性，促进了学生相关能力的达成。

参考文献

[1]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：29-34，70.

[2]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式：汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[3]高成德，冯佩，帅词俊，等.3D打印技术在机械制图课程中的教学改革探索[J].科技资讯，2020（17）：22-23.

[4]牛亚峰，吴闻宇，周蕾，等.融合虚拟现实技术的交互式电子技术手册在机械制图教学中的展望[J].机械设计，2018（S2）：51-53.

[5]王玉.专业教育的成果评价及持续改进研究[D].辽宁：大连理工大学，2017.

作者：董妍，徐州工程学院，助理实验师，研究方向为磁性形状记忆合金;张磊，徐州工程学院，副教授，研究方向为工业工程质量控制;赵恩兰，徐州工程学院，实验师，研究方向为激光加工（221000）。