材料学科CAD课程教学体系建设改革策略

摘要:在新时代强调应用型人才培养要求下，设计符合OBE教育理念的课程教学体系对完成新工科建设和双一流学科建设至关重要。材料学科CAD课程具有更新速度快、操作性强、调用基础理论多的特点，需要平衡课堂理论教学和实践教学以完成课程目标达成度。本文在梳理CAD课程主要特点后提出在充分调研本校学生实际情况基础下，利用混合式教学模式及合理的评价体系调动学生学习积极性，在有限的课时条件下实现对学生专业能力、创新能力的培养。

关键词:OBE理念;CAD课程;混合式教学;应用型大学

2016年6月我国签约《华盛顿协议》，协议成员国互认由工程教育专业认证协会认证的工程专业本科学位，这是中国工程教育国际化方面的进步，同时也是各高校努力达到的新工科建设任务［1］。追求工程教育国际化是应用教育型本科建设的一个重要目的，也是高校教育改革的一个突破口，其中的机遇已得到许多高校的重视。工程教育专业认证的一个重用理念是基于学习结果的教育模式(Outcomes－basedEducation，简称OBE)，也是国际认同的教育改革主流理念［2］。OBE教育模式最初起源于20世纪90年代西方国家的基础教育改革［3］，该理念强调以学生通过教育过程最后所取得的学习成果作为教学设计和教学实施的目标，将学生通过某一阶段学习后所能达到的最大能力作为教育评估的主体。跟传统教育的区别主要在于重视学生经过阶段学习后能做什么而不是知道什么，是对学生素质能力的全面培养。现代电子信息和计算机技术的快速发展为工业制造行业的进步提供了有力的支持。计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)自20世纪60年代开始发展至今已由单一的设计分析计算变为多种功能的集成，并继续向着标准化、集成化、智能化发展。CAD技术在工业制造、建筑设计、装备开发、艺术创作等各个领域得到广泛应用［4］。CAD课程是材料成型及控制工程的重要专业课程，与本专业模具设计、金属成型工艺制定密切相关，同时CAD技术是学生就业时用人单位重点考察的基本技能，与行业实际应用紧密结合，因此，教学活动中让学生高效扎实的掌握CAD技术非常重要。

1CAD课程与传统理论课程的主要区别及其特点

(1)CAD技术实用性强，培养目标要求与市场需求接轨CAD技术自提出以来随着计算机的升级换代得到了快速的发展，目前在材料成型及控制工程专业对口的零件制造业使用广泛，同时支持着智能制造的快速发展。针对工科专业的学生，特别是机械、材料成型、自动化等专业的本科学生，熟练掌握CAD技术非常重要，是院校培养与社会需求相匹配的学习应用型人才的重要体现。对于CAD课程，既包含基础理论部分也包含实践操作部分。基础理论部分需完成基本概念的认识，基本原理的了解，CAD的支撑系统及技术基础等，实践操作部分既需要学习课程涉及软件，又需要调动多门课程基础知识完成应用部分学习。以重庆理工大学材料成型及控制工程专业核心课程《模具CAD》为例，课程所涉及的三维建模软件为UGNX，要求学生既需要学习UG软件的使用，又需要根据模具设计基础理论及以往知识储备完成针对特定零件的模具设计并实现三维表达。因此，CAD课程理论与实践并重，但是在学时分配及课程结构搭建上就需要根据实际情况进行合理的计划。(2)市场中CAD软件丰富，针对性有所差异目前市场中成熟的CAD商业软件较多，每个软件有自己的使用背景和针对方向，除此之外，企业根据自己合作方要求等也会特定选择使用部分商业软件。目前AutoCAD、UG、Catia、SolidWorks等软件在本专业对口领域使用率较高。CAD课程选择的支撑软件需要具备普适性及实用性，这就要求授课专业除了需要考虑软件使用的覆盖率，也需对以往学生就业单位进行深入调研，听取市场的需要而对授课软件进行选择。有条件的专业还应在课程结束后安排相关内容的专业实习或积极组织学科竞赛，搭建平台或建立渠道进一步完成输入到输出的转化，以提高OBE理念的实际效果。(3)CAD技术细节多，知识点多，内容广泛CAD软件经过多年开发，朝着集成化、用户友好化、简便实用发展，但制图、建模学习具有入门容易熟练掌握难的特点，软件需调用的命令多。同时，三维建模需要制图基础、模型设计等基础知识，针对特定产品还需了解其实际加工、装配步骤等，涉及的内容广泛。因此，CAD课程仅依靠计划学时数较难完美实现从理论到实践的转化。近年来材料成型及控制工程专业对CAD课程有所调整，通过对教学软件进行更新，优化教学实例的选择等，调整后的课程教学效果获得明显进步，但在工程教育专业认证的指导思想下，现行的课程教学与OBE教育理念提出的最终结果仍有差距，主要问题来源于有限的课时安排与实际应用所需掌握的大量知识和技巧之间的矛盾。同时，CAD课程除了基础理论知识的理解和掌握还需学习软件的具体操作，学生接受度参差不齐，较难把握教学节奏。因此，在合理梳理课堂覆盖知识点的同时需充分调动学生的学习主动性，使学生在理论知识学习后积极利用课外时间进行软件实操，及时学以致用增强记忆和理解，才能达到较好的教学反馈，完成OBE教育要求。

2CAD课程建设与改革措施

(1)按照OBE理念进行课程体系建设不同学校，特别是本科学校和专科学校，在CAD课程上的教学目标应有所不同，因此课程体系建设的针对性也应有所区别［5］。依据OBE教育理念，重庆理工大学材料成型及控制工程专业CAD课程本科阶段的教学目的主要是掌握先进的设计方法，完成产品和部件成形模具结构设计，能够在产品成形工艺设计、成形模具设计与制造、自动化单元设计过程中体现创新意识，并综合实际工程问题的影响因素，优化成形工艺及模具设计。根据教学目标，一方面要培养创新人才，一方面要兼顾高质量就业需求，因此既要符合本专业人才培养目标要求，又要具有一定灵活性满足学生个性发展需求。根据CAD课程的特点及本校学生的实际情况，课程建设应重点锻炼学生的学习力、思维力和创造力。除了不断更新教学实例内容以达到与时俱进，在课上课下也应培养学生的自主学习能力。这同样符合目前“新工科”建设的重要内容［6］。对于教学过程，除了基本理论的讲授外，应高效利用实践过程积极转化吸收理论知识，精选实践案例，重视课堂作业、课外作业的布置，可利用分组练习加强学生团队协作能力，充分挖掘学生潜力。以本校材料成型及控制工程专业《模具CAD》为例，针对课时紧张，理论和实践教学较难平衡问题，本专业目前采取课堂理论教学为主，实践教学为辅，案例操作录播供学生课下学习巩固的方式完成教学内容，同时给与学生更自由的课外设计作业内容以激发学生自主学习能力。目前每个章节的主要教学流程为:本章涉及的模具设计基本概念讲解(教师完成)→涉及的UGNX软件使用命令操作演示(教师完成)→任务，学生使用所学命令进行建模练习(学生完成)→答疑及教师建模操作演示(教师完成)→布置课堂作业或课外作业(学生完成)。这种流程设计的优点是避免学生简单模仿操作过程，通过思考可以使用不同的命令、不同的操作顺序达到相同的建模目的，加强学生对命令使用的掌握。而对于接受较慢的学生，也可在独立摸索后根据教师操作演示完成课堂学习。为了分析和研究学生对课堂教学的评价，2020年对最近一次授课班级近50名学生进行问卷调查。98.0%的同学认为该课程实践更重要。对于课程中问题的解决，10.2%的同学询问老师，57.1%的同学倾向于与同学讨论，32.7%的同学习惯在互联网上寻求答案，说明目前已经有三分之一的同学具备了互联网+学习思维。对于课程中应增加的内容和教学材料支持，分别有51.0%和63.3%的同学认为课程中需要增加更多案例的讲解和演示和更多可参考模仿的案例材料。因此目前课程教学优化遇到了瓶颈，只有通过互联网辅助教学才能平衡有限的课堂教学学时和学生的学习需求。同时，传统教学方式较难定量的评判学生的学习过程，仅能通过最终学习效果进行评价，通过打造互联网线上辅助教学平台以配合传统课堂教学，可以高效的提高课程目标达成度。(2)整合教学资源，更多采用混合式教学模式因CAD课程实操内容繁杂，学生实际技术掌握需要循序渐进的过程，仅仅依赖课堂学时数较难完美达到教学目标，因此需要利用最新教学方法和模式来提高教学效果。混合式教学模式主要指在线学习与面授教学的混合，目前已进入“互联网+”阶段，充分运用目前的移动网络技术，更多的以学生为中心，关注学习体验，进而提高教学效果［7］。教学辅助系统的选择和启用应建立在大学生网络学习行为动机及激励研究的基础上。需提前研究大学主动进行网络学习的条件和动因，调查分析本校学生运用网络进行自学的频率频次，探究不同类型教学内容对学生的吸引程度，探索引导学生完成线上教学内容的激励方式及作用机制。从而才能更好的设置合适的CAD课程辅助教学设置模块类型，确定不同模块的侧重点，各模块支撑的课程目标，各模块之间相互关系，学生在各模块中的倾向性选择对课程教学效果的影响。对于《模具CAD》线上教学辅助系统，目前设计的重点是增加线上案例库，以投放更多的学生练习演示，方便学生课后进行自主训练，另外开放讨论、答疑模块，教师和学生均能参与，及时高效的解决学生课后自主学习中所遇到的问题，保护学生的自学积极性。(3)完善课程成绩评价体系对学生课程学习结果进行成绩评价是教学过程中的重要环节，科学的成绩评价体系可以有效调动学生的学习积极性和主动性，提升教学效果。传统课程评价通常采用平时成绩+期末成绩方式进行评价，其中期末成绩占较重比例，对学生学习过程的评价较少。特别是采用了混合式教学模式后，教师既是知识的传授者，又是教学过程的组织引导者，更应该重视学生学习过程的评价。对于在线学习部分，可将视频学习、访问次数、讨论互动等过程纳入计分评价，任课教师可以借助平台大数据处理，掌握每个学生的学习情况。对于CAD课程的课堂教学，应设置并提高课堂作业和课外作业的分数比重，鼓励学生以小组形式协作完成设计类作业，激发其自主学习、团队协作能力。

3结语

通过对本科高校OBE教育模式下CAD课程的教学体系建设探讨，针对CAD课程的特点，采用混合式教学模式可以方便整合资源，较好的提高该类课程理论与实践的联系和对学生的训练，实现对学生专业能力、创新能力的培养。而难点主要集中在线上辅助系统模块的设置和评价体系建立上，这需要专业学科及任课教师针对本校学生的特点进行调研，从而合理进行该类课程的建设和改革。

作者：蒋璐瑶 郭非 单位：重庆理工大学材料科学与工程学院