向東 李珍 王平 楊眉 呂東莉

【摘要】虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)材料成型及控制工程專業(yè)本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，也是改革傳統(tǒng)教學(xué)方法的重要引領(lǐng)手段之一。西南石油大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)以培養(yǎng)油氣裝備制造為特色的創(chuàng)新型應(yīng)用人才為目標(biāo)，針對實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，引入OBE教育理念，通過創(chuàng)新教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、調(diào)整教學(xué)產(chǎn)出和構(gòu)建教學(xué)反饋機(jī)制，提升了學(xué)生的虛擬仿真技能和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】OBE材料成型及控制工程虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)

【基金項(xiàng)目】西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院“一流本科專業(yè)建設(shè)”項(xiàng)目資助（2019CLY-JG-013）。

【中圖分類號】G642????? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A???? 【文章編號】2095-3089（2021）11-0113-03

成果導(dǎo)向教育（OBE）是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，以教育結(jié)果為導(dǎo)向，由美國首先提出來，在美國、英國、加拿大等國家成為了教育改革的主流理念，也是目前代表教育改革的主導(dǎo)方向[1-2]。OBE強(qiáng)調(diào)人人都能成功、個(gè)性化評定、精熟教學(xué)內(nèi)容、績效責(zé)任和能力本位，要求學(xué)校和教師先明確學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生通過個(gè)性化學(xué)習(xí)過程完成自我實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，再借助成果反饋來優(yōu)化現(xiàn)有的課程設(shè)計(jì)與教學(xué)過程[3-5]。材料成型及控制工程是我國國民經(jīng)濟(jì)和制造業(yè)發(fā)展的核心專業(yè)，在我國較多工科院校均有開設(shè)，實(shí)踐創(chuàng)新能力是學(xué)生專業(yè)能力的重要體現(xiàn)，而虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)又是培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)[6-8]。本文主要對材料成型及控制工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，展示了西南石油大學(xué)基于OBE教育理念在本專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)改革中的實(shí)施案例，同時(shí)為其他理工科專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革提供借鑒。

一、虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，近年來企業(yè)急需材料成型虛擬仿真技術(shù)人才，虛擬仿真已成為工業(yè)制造領(lǐng)域的重要技術(shù)手段。國外對材料成型虛擬仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用較早，國內(nèi)起步相對較晚，但是由于該技術(shù)對于本專業(yè)領(lǐng)域具有重要的引領(lǐng)作用，因此目前國內(nèi)較多的普通高校和職業(yè)技術(shù)院校也廣泛開設(shè)了一些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。其中，清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、中南大學(xué)、北京科技大學(xué)、鄭州大學(xué)等先后建設(shè)了材料類國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心;江蘇科技大學(xué)、河南科技大學(xué)建設(shè)了材料類省級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[9]。

可以預(yù)見的是，材料成型虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)將成為今后國內(nèi)外本專業(yè)教育界對傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要方向，也是開展先進(jìn)教育理念深入實(shí)施的重要手段之一，因此備受世界各國教育界的關(guān)注。雖然國內(nèi)的虛擬仿真教學(xué)方法應(yīng)用較國外略晚，但發(fā)展非常迅速，目前單從技術(shù)掌握程度來說，國內(nèi)與國外已無明顯差別，而在普及應(yīng)用上，顯然與國外還有較大差距[10]。近年來，國內(nèi)在材料成型虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)方面已進(jìn)行了諸多探索，并且在虛擬仿真教學(xué)資源和平臺建設(shè)方面也取得了一些成果。

但是，現(xiàn)階段在材料成型及控制工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中，還面臨一些重要問題亟待突破[1]：（1）實(shí)踐教學(xué)理念與社會實(shí)際需求脫節(jié)，教學(xué)內(nèi)容主要局限于理論知識的驗(yàn)證，與生產(chǎn)實(shí)際相差較遠(yuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，無法滿足社會對創(chuàng)新型應(yīng)用人才的迫切需求;（2）實(shí)踐教學(xué)體系培養(yǎng)模式單一，未從學(xué)生個(gè)性化發(fā)展方面考慮，實(shí)踐教學(xué)體系在因材施教方面明顯不足;（3）實(shí)踐教學(xué)缺乏互動性，很少通過實(shí)際工程案例啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，使學(xué)生缺乏觸類旁通和舉一反三的能力，甚至導(dǎo)致學(xué)生失去對虛擬仿真技術(shù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的熱情;（4）考核手段單一，許多高校僅將實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為評判學(xué)生虛擬仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)完成情況的唯一評判標(biāo)準(zhǔn)，很難對學(xué)生是否達(dá)到預(yù)期能力目標(biāo)進(jìn)行合理評價(jià)。

二、基于OBE教育理念的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)改革

1.改革思路

將OBE教育理念與材料成型及控制工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，在以下幾個(gè)方面形成改革思路[11]：（1）轉(zhuǎn)變實(shí)踐教學(xué)模式。在OBE教育理念下，實(shí)踐教學(xué)不僅要滿足專業(yè)要求，還要受到業(yè)界專家、用人單位、畢業(yè)學(xué)生等的評價(jià)。其次，在OBE教育理念下，實(shí)踐教學(xué)不僅要考慮學(xué)生畢業(yè)時(shí)要達(dá)成的能力目標(biāo)，還要以此為依據(jù)進(jìn)行反向構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計(jì)教學(xué)方法。（2）轉(zhuǎn)變教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)要求。在傳統(tǒng)教育理念中，教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)知識及技能，未能與實(shí)際需求緊密結(jié)合。但在 OBE教育理念下，實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)不僅要滿足社會發(fā)展對學(xué)科的要求，還要考慮到用人單位真正的需求，以及如何在實(shí)踐教學(xué)中讓學(xué)生獲得個(gè)人長遠(yuǎn)發(fā)展的知識、素質(zhì)和技能等。（3）轉(zhuǎn)變實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)出模式。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)體系產(chǎn)出的是滿足專業(yè)課程體系的畢業(yè)生。在 OBE教育理念下，核心在于實(shí)踐教學(xué)要為所有學(xué)生取得發(fā)展提供幫助，給每位學(xué)生提供充足的學(xué)習(xí)資源和因材施教的學(xué)習(xí)機(jī)會。（4）構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)反饋機(jī)制。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式是一個(gè)開環(huán)機(jī)制，學(xué)生通過教學(xué)環(huán)節(jié)后能否達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)以及能否滿足社會需求難以把握。OBE教育理念下的實(shí)踐教學(xué)最重要的一環(huán)就是反饋環(huán)節(jié)，只有對學(xué)生的知識、技能、品質(zhì)、能力進(jìn)行量化，才能真正獲得成果產(chǎn)出的實(shí)際效果，從而持續(xù)改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)踐教學(xué)方法。

2.實(shí)施案例

西南石油大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)一直重視學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)，結(jié)合學(xué)校優(yōu)勢和特色，基于OBE教育理念建立了“大型沖壓件成形過程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”省級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。近年來，依托本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有效提升了學(xué)生的虛擬仿真技能和實(shí)踐創(chuàng)新能力，并在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的教學(xué)改革探索：（1）在創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式方面，提出VES（Virtual training+Expert demon stra

tion+Self?practice）即“虛擬學(xué)習(xí)+專家示范+自主實(shí)踐”的教學(xué)模式，學(xué)生借助虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺開展前期模具拆裝、塑性工藝及模具知識學(xué)習(xí);教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)分析該零件成形特點(diǎn)、成形虛擬仿真的基本方法，在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺上集中向?qū)W生示范整個(gè)模擬過程的實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺自主完成整個(gè)實(shí)踐操作，結(jié)合理論知識分析工藝參數(shù)變化對金屬塑性流動過程、應(yīng)力應(yīng)變場變化的影響規(guī)律;學(xué)生在自主探索過程發(fā)現(xiàn)問題即時(shí)求助，及時(shí)解決問題，實(shí)現(xiàn)“以虛補(bǔ)實(shí)”的新型實(shí)踐教學(xué)模式。仿真實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生通過校園網(wǎng)在宿舍、圖書館或者其他地方自行登錄進(jìn)行開放學(xué)習(xí)，學(xué)生以小組的方式，協(xié)同操作，共同完成最終的零件加工任務(wù)。（2）在優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)方面，圍繞企業(yè)實(shí)際工程應(yīng)用需求提出項(xiàng)目目標(biāo)任務(wù)，通過本項(xiàng)目進(jìn)一步加深學(xué)生對塑性加工工藝及模具內(nèi)容的理解與認(rèn)識，將抽象的概念和理論直觀化、形象化，建立學(xué)生全面分析問題的意識，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生知其然也知其所以然的目的。（3）在調(diào)整實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)出方面，充分調(diào)研企業(yè)和學(xué)生實(shí)際需求，將“教、學(xué)、做”融為一體，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工具對零件成形過程進(jìn)行綜合分析的能力，提高對油氣設(shè)備零部件成形設(shè)計(jì)、模擬、優(yōu)化的能力，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新思維意識與工程實(shí)踐能力。（4）在構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)反饋機(jī)制方面，學(xué)生除了通過小組討論、個(gè)人匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方式完成實(shí)驗(yàn)考核，還通過覆蓋全過程的線上、線下調(diào)查問卷等方式掌握學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況，并與企業(yè)緊密對接定期對實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行修訂。

3.實(shí)施效果

本專業(yè)基于“大型沖壓件成形過程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”省級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生從中鞏固了理論知識，加強(qiáng)了對理論知識的消化和理解，并且相關(guān)其他理論課程考試通過率也有一定增加。調(diào)查問卷結(jié)果表明，38%的學(xué)生認(rèn)為通過虛擬仿真項(xiàng)目學(xué)習(xí)到很多的課堂之外知識以及沖壓成形過程中的一些注意事項(xiàng)，59%的學(xué)生認(rèn)為很大程度上提升了主觀能動性和自主學(xué)習(xí)的興趣，只有3%的學(xué)生認(rèn)為提升效果還不夠明顯，沒有學(xué)生認(rèn)為這樣的教學(xué)模式是無效的。除此之外，由于學(xué)生對于虛擬仿真技術(shù)的興趣得到大幅提升，因此積極主動參加本專業(yè)與虛擬仿真有關(guān)學(xué)科競賽的學(xué)生增加了56%，學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步提升。當(dāng)學(xué)生具備相關(guān)專業(yè)理論知識和虛擬仿真技能后，學(xué)生還踴躍參與學(xué)院教師的科研項(xiàng)目，其中15%的學(xué)生與教師一起申報(bào)專利，32%的學(xué)生與教師合作發(fā)表學(xué)術(shù)論文，使得學(xué)生得到極大的鍛煉，為畢業(yè)后進(jìn)入企業(yè)工作或者進(jìn)一步深造打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、存在的問題與建議

目前本專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中，還存在的問題主要是受到材料成型虛擬仿真軟件資源的限制，教師及學(xué)生可利用的軟件資源還略顯不足，難以對各個(gè)專業(yè)方向開展類似的基于OBE理念的虛擬仿真教學(xué)改革。同時(shí)，還需進(jìn)一步提升教師和學(xué)生的積極性，對開設(shè)本專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目給予一定的政策、資金和技術(shù)支持，鼓勵(lì)教師參與學(xué)校甚至更高層次的教改立項(xiàng)。

在將來的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中，主要有以下幾點(diǎn)建議：（1）教育主管部門應(yīng)加大投入力度，搭建更加完善的虛擬仿真教學(xué)軟硬件設(shè)備和平臺，包括建立貼近工程實(shí)際的數(shù)字化學(xué)習(xí)條件和現(xiàn)代化虛擬仿真教學(xué)環(huán)境;（2）各高校應(yīng)重視對虛擬仿真教學(xué)資源的全面應(yīng)用，加強(qiáng)校企聯(lián)合研發(fā)，同時(shí)制定相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)教師參與平臺建設(shè)和使用;（3）教師務(wù)必努力適應(yīng)新的教學(xué)模式，不斷提升自身專業(yè)素質(zhì)，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)改革，深入嘗試將OBE理念全方位地融入虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)中;（4）學(xué)生應(yīng)更加自覺制定學(xué)習(xí)目標(biāo)和規(guī)劃，積極主動利用虛擬仿真教學(xué)軟硬件平臺，提升自身創(chuàng)新意識與實(shí)踐創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

OBE教育理念在材料成型及控制工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中極大提高了教學(xué)效果，有效培養(yǎng)了學(xué)生的虛擬仿真技能和實(shí)踐創(chuàng)新能力，能夠更好地適應(yīng)社會和用人單位對本專業(yè)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的實(shí)際需求。通過創(chuàng)新教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、調(diào)整教學(xué)產(chǎn)出和構(gòu)建教學(xué)反饋機(jī)制，讓學(xué)生不再是傳統(tǒng)教育模式下的普通本科畢業(yè)生，而是一個(gè)基于成果產(chǎn)出、富于創(chuàng)新思維的成功學(xué)習(xí)者。

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作者簡介：

向東（1987年12月-），男，四川渠縣人，西南石油大學(xué)副教授，博士，研究方向：材料加工。