OBE理念下的CAD/CAM技術課程教學改革研究

李偉 楊晨 王桂錄

摘 要：本研究結合工程教育專業(yè)認證的要求，在分析CAD/CAM技術課程基本情況、上機實訓環(huán)節(jié)所存在問題的基礎上，根據(jù)課程的教學目標提出了基于OBE理念的課程內容、教學方式、考核方式的改革新思路，總結了CAD/CAM技術課程教學團隊建設的一些經(jīng)驗措施。新模式下的教學方式，不僅能夠充分調動學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，而且提高了學生解決復雜機械工程問題的能力。

關鍵詞：OBE理念;教學目標;考核方式

CAD/CAM技術是鄭州科技學院機械工程學院全院范圍內開設的專業(yè)課，也是一門聯(lián)系工程實際的課程。該課程作為機械設計制造及其自動化專業(yè)工程專業(yè)認證指標點的支撐課程，目的是培養(yǎng)學生具有使用現(xiàn)代工具解決一些機械工程復雜問題的能力，能夠就機械工程及相關領域中的專業(yè)問題，以圖紙等形式進行陳述和交流，準確表達自己的觀點。該課程既是學生參加全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽、全國大學生先進成圖技術與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽應用能力培養(yǎng)的基礎課程，也是后續(xù)課程設計及畢業(yè)設計等教學環(huán)節(jié)有力的支撐課程。

該課程主要講授SolidWorks軟件的應用，是對實際零部件進行質量屬性分析、裝配干涉分析、空間運動仿真、應力應變分析、可加工性分析的一門專業(yè)課，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為導向，以培養(yǎng)學生的實際工程應用能力為核心，對提升學生解決實際問題的能力具有重要意義。

一、課程基本情況

在CAD/CAM技術課程現(xiàn)行教學計劃中，教學總學時40個，其中，理論學時20個，上機學時20個。教學團隊根據(jù)學校的人才培養(yǎng)方案及專業(yè)認證要求，總學時調整為32個，其中理論學時16個，上機學時16個。課程使用教材由CAXA制造工程師軟件教材改為SolidWorks軟件教材。這是因為CAXA制造工程師軟件在三維建模及二維繪圖方面的功能相對較弱，而在實際應用中，大多數(shù)企業(yè)選擇SolidWorks、CATIA、Pro/E等三維軟件。新軟件教材是將三維設計與應用結合的SolidWorks軟件教程，增加了以設計任務為驅動的教學模式，以學生對課程目標達成度進行評價考核，能夠了解學生的知識模塊掌握情況，從而不斷完善課程目標，更好地提高學生學習水平。

二、實訓環(huán)節(jié)存在的問題

（一）實訓課時難以滿足學生需求

由于現(xiàn)行教材所學知識與企業(yè)實際應用脫節(jié)，學生對于本門課程的學習流于表面，對建模工具的底層邏輯不清楚，學習方式單一。為了解決上述問題，本門課程開展基于“應用性導向”的課程內容和方法改革。

課程原本采用一次理論講授加一次上機實訓的教學方法，但教學內容涉及零件三維建模、裝配干涉分析、工程圖創(chuàng)建、空間運動仿真、應力應變分析、可加工性分析等，如果只有線下的上機實訓學習，很難滿足工程專業(yè)認證的課程目標。這就需要利用線上慕課等教學資源對課程內容進行補充，并通過布置設計任務，幫助學生完成線上能力評價，為達成課程目標提供支撐。

（二）重基本操作，輕系統(tǒng)性訓練

傳統(tǒng)的軟件應用教學往往是根據(jù)該軟件的各基礎模塊內容重點講解每個操作命令的含義，教師進行操作示范，學生模仿操作。這樣教學的缺點是學生的學習僅停留在對軟件操作方法的熟悉上，缺乏對機械產(chǎn)品設計的整體把握和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，容易導致學生掌握了軟件卻無法進行設計，實際應用到課程設計和畢業(yè)設計的針對性實踐案例較少。部分學生雖然對軟件學習感興趣，但認為在課堂中學不到有用的知識，普遍會選擇從網(wǎng)上下載視頻類教學資源，或參加社會組織的短期培訓等，以此提升軟件應用水平。

（三）教學內容缺乏創(chuàng)新性和前沿性

缺乏企業(yè)實際設計經(jīng)驗的教師，往往將這門課程作為一門軟件操作課程，只對零件建模、機構裝配和工程圖等知識點進行講解示范，卻不考慮這門課程與其他專業(yè)課程之間的聯(lián)系，造成課程間的脫節(jié)現(xiàn)象，以至于機械制圖、機械設計、制造工藝等專業(yè)知識點不能有效融入教學過程。

因此，如何對該課程的課堂教學、上機實訓教學以及課程設計環(huán)節(jié)進行改革，充分調動學生學習的積極性，提高學生的創(chuàng)新設計能力和實踐操作能力具有重要的意義，也是機械制造及其自動化專業(yè)工程認證的重要課程支撐。

三、教學改革思路

基于OBE的教學理念，以產(chǎn)出為導向重構課程內容和教學模式，依托教學目標、教學形式、考核方式和教學效果評價等方面的課程改革，通過項目化的教學和考核方式來優(yōu)化目前實訓課堂中存在的一系列問題。改革前后的具體教學形式及教學內容對比如下：

（一）課程的教學方式對比

傳統(tǒng)教學：三維建模方法的介紹，根據(jù)所選教材介紹相關章節(jié)的案例，課后章節(jié)操作作業(yè)，教學問題反饋，單一考核方式。

OBE教學：能運用SolidWorks軟件設計產(chǎn)品模型，能夠將所學章節(jié)技能應用到課外作品大賽，能夠在課堂外其他平臺繼續(xù)學習并完成創(chuàng)新設計，知道自己學到了什么、將來能從事什么工作崗位，具有多元化的考核方式。

（二）課程的教學內容對比

傳統(tǒng)教學——內容為本：使用SolidWorks軟件設計教材案例，能夠進行機構的運動仿真、零部件的可靠性操作分析。

OBE教學——結果為本：運用SolidWorks軟件設計產(chǎn)品模型，能夠將仿真數(shù)據(jù)結果運用到產(chǎn)品的簡單設計中，并對其結構可靠性進行校核或評估。

根據(jù)課程特點及課程教學目標，布置大小作業(yè)以達到培養(yǎng)學生零部件三維建模能力的目的與要求，加大綜合性作業(yè)的比例，注重培養(yǎng)學生解決復雜專業(yè)問題的能力，對機械設計當中的連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等組合機構整體設計裝配建模的能力，以及能夠使用現(xiàn)代工具解決一些機械工程中存在的較復雜問題的能力。

在教學方法上，采用項目化教學方式。雖然學生已經(jīng)具備了解決簡單問題的能力，但大多數(shù)還停留在理論設計層面，沒有考慮設計的結果能否應用到實際，如油缸選用多大的缸徑、電機需要多大的功率、板材需要多大的厚度才能夠滿足要求等。解決這些問題就需要學生通過三維軟件進行運動學、動力學仿真分析計算的學習，再結合所選其他課程共同完成設計工作。

改革后的課程既可以為實際需要的具體設計參數(shù)提供技術分析支持，也可以讓學生學會如何運用三維建模仿真技術解決一些復雜的機械工程問題。這有利于滿足學生畢業(yè)后企業(yè)對該類技術人才的需求，從而提高就業(yè)競爭力。

四、教學團隊建設措施

一是組織團隊教師到企業(yè)進行實地參觀考察，對產(chǎn)品及零部件設計、制造整個流程進行深入學習，為CAD/CAM技術課程改革的教師能力提升提供幫助。二是每年組織教師指導學生參加全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽、全國大學生先進成圖技術與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽等相關競賽，將相關成果應用到CAD/CAM技術課程改革中。三是鼓勵教師參加學校組織的暑期企業(yè)實踐活動，深入了解由設計圖紙到實物產(chǎn)品的每一步設計制造流程，以彌補教師實際設計工作經(jīng)驗不足的問題，將企業(yè)技術改革成果應用到CAD/CAM技術課程改革當中。四是教學團隊中的青年教師應該與機械原理、機械設計等課程教師加強溝通交流，挖掘其他課程教師在教學過程中對三維計算機輔助設計技術的需求，通過為其他課程搭建教學三維模型產(chǎn)品資源，將自己完成的成果應用到CAD/CAM技術課程改革當中。

基于OBE教學理念，以學生三維建模的實際能力作為考核指標，該課程真正做到了理論聯(lián)系實際，提高了學生解決實際工程問題的能力。教學團隊通過改革課程的上機實訓環(huán)節(jié)，增加項目式上機實訓，不僅提高了學生的計算機仿真分析能力，而且結合學校工業(yè)機器人研究所裝配線、智能制造學院，使學生具有一定的動手能力、創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題的能力和完善三維建模技術的能力。在后續(xù)教學中，教學團隊將繼續(xù)探索課程目標、培養(yǎng)目標、就業(yè)要求三者之間的關系，不斷進行改進和完善。

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責編：時高璽