基于OBE理念的機械類專業模塊化課程體系構建

楊勇強 楊立軍

本文為陜西高等教育教學改革研究項目（編號：17BZ29[]）

【摘 要】 文章梳理我國工程教育認證的發展及OBE教育理念，分析了我國機械類專業培養計劃的現狀及問題。提出基于OBE理念的機械類專業課程體系模塊化的構建，在“以學生為本”理念的指導下，以學生能力、興趣和特長為立足點，將機械設計制造及其自動化專業的課程分為設計模塊、制造模塊以及自動化模塊。通過模塊化課程體系的建立，使學生的學習目的性、導向性和主動性得到了加強，師生在課堂教學、實踐教學和畢業設計等環節的聯系更加緊密，達到了較佳的教學效果。

【關鍵詞】 OBE理念;課程體系;模塊化

一、我國工程教育認證的發展與OBE教學理念

我國從2006年起開始全面構建國際實質等效的工程教育認證體系并開展專業認證，經過10年努力，2016年我國成為《華盛頓協議》第18個正式成員國，表明我國工程教育質量及其保障能夠得到國際工程教育界的認可，標志著我國工程教育國際化的實現，通過認證的專業學生工程師執業資格在協議成員國可以互認。工程專業教育標準和工程師職業能力標準是國際工程界對工科畢業生和工程師職業能力公認的權威要求。[1-3]工程教育專業認證有力的增強了工程教育人才培養對產業發展的適應性，工程教育國際競爭力顯著提高，在高等教育領域及社會上產生了越來越廣泛的影響。

OBE是成果導向教育（Outcome-based education），是一種“以學生為本”的教學理念。[4]該理念重視學生在培養體系中能獲得什么能力和能夠做什么。即教育者必須對學生畢業時應達到的能力及其水平有清楚的構想，然后尋求設計適宜的教育結構來保證學生達到這些預期目標。

二、機械類專業培養計劃的現狀分析

機械行業是國家的基礎行業，決定了一個國家工業的整體水平，它的發展直接影響到國民經濟各部門技術水平和經濟效益的提高。中國的制造業正處于一個高速發展的階段，涉及到傳統機械行業、航空航天行業、農業、化工業、印刷業、信息/通訊/電子行業、能源業、醫療、商業、交通運輸業、教育行業等方面，對機械專業的人才需求量巨大。

我國高校現有機械類專業培養模式具有以下幾個特點：（1）專業知識體系龐大，涉及到機械設計、制造以及自動化、鑄造、鍛壓、焊接、液壓氣動等。（2）招生數量大，大部分高校機械設計制造及其自動化專業的招生人數為150-360名。（3）強調實踐和創新能力的培養。基于此，在長期的教學管理工作過程中，筆者發現了一些培養過程中的若干問題，主要體現在教學過程中以教師“教”為主，強調教師對學生知識的灌輸，學生成為被動的接受者，在專業知識體系難度較大的情況下，在大班級大課堂教學體系下，學生的學習效果不佳，實踐和創新能力難以得到培養。

基于此，在“以學生為中心”工程教育理念的基礎上，有必要建立機械設計制造及其自動化專業模塊化的課程體系，對機械類專業課程體系進行全方面的教學改革，對知識體系進行細化，建立基于學生特長和興趣的模塊化培養模式，提高學生的實踐能力和創新能力。

三、基于OBE理念的機械類專業課程體系分析

本文以專業基礎課程和專業課程為例，進行模塊化課程體系的設計與分析。

1、課程體系分析

以陜西科技大學機械設計制造及其自動化專業（以下簡稱機械專業）為例，機械專業本著“厚基礎、寬口徑、重實踐”的辦學思想，以工程教育為導向，進行了專業課程體系的設計與規劃，課程體系及課程設置注重對學生解決復雜工程問題能力的培養，有力地支撐了本專業的畢業要求。現行課程體系由六個部分構成，分別是通識教育課程、學科基礎課程、專業基礎課程、專業課程、課內實踐教學環節和第二課堂。

學生在大一和大二階段主修人文通識類課程、數學、自然科學類課程和學科基礎課程，可以確保學生的綜合素質得到提升。大三和大四主修專業基礎、專業課程，確保專業能力得到充分的發展。通識類課程主要培養學生具備良好的職業素養和社會責任感，并且能夠處理好個人與團隊關系，具備良好的溝通和項目管理能力;學科基礎課程主要培養學生掌握數學、自然科學和工程基礎知識，具備利用文獻檢索、所學知識及現代工具分析復雜機械工程問題的能力;專業基礎課程用于培養學生掌握專業基礎知識，并具備利用所學知識進行問題分析，產品或工藝的設計開發，以及對復雜機械工程問題研究的能力;專業課程和課內實踐教學環節主要通過綜合實驗、課程設計、畢業設計、實習實訓等方式培養學生綜合利用所學知識分析、研究及解決復雜機械工程問題的能力，以及團隊協作、溝通及終生學習的能力，并在該過程中能夠考慮社會和環境發展問題;第二課堂主要通過競賽、科技活動、創新創業、社會實踐等方式培養學生在機械工程活動中綜合利用工程管理原理和經濟決策方法知識的能力，以及不斷適應發展的能力。

2、專業基礎課和專業課的分析

機械專業開設的專業基礎課和專業課均分為必修課和選修課。專業基礎課包括機械設計、機械制造工藝學、控制工程基礎等必修課，還涉及到材料成型基礎、現代制造技術（雙語）、企業運作與管理等選修課。專業課包括數控機床設計、自動機械設計等與本校及本專業輕工特色相關的課程，還涉及到工業機器人和計算機數控編程等課程。

從現有的課程體系來看，專業基礎課和專業課的問題主要在于課程體系不夠細化，缺乏基于學生特長和興趣的課程體系支撐。例如，對于有志于機械創新設計的學生應該學習哪些課程？對于有志于從事機電控制研究的學生，需要哪些課程來完善知識體系？這些問題是機械專業培養的現存問題，影響到學生專業素質的培養。

因此，在大三進入專業課程學習的初始，對學生進行模塊化分流，模塊分別為機械設計類、制造類和自動化類，按照模塊化類別的形式進行培養。

四、基于OBE理念的機械類專業模塊化課程體系構建

通過以上分析，機械專業對專業基礎課和專業課進行了模塊化的分類，將機械專業分為三大模塊：機械設計模塊、制造模塊和自動化模塊。

1、必修課課程

三個模塊的專業基礎必修課和專業必修課包括機械設計制造及其自動化的主干課程，包括機械設計、機械制造技術基礎、數控機床設計、控制工程基礎與互換性與技術測量等課程，旨在培養學生運用機械設計原理與方法、機械制造工程學、機械系統中的傳動與控制、計算機應用技術等領域知識的技能和能力。在具體培養方案的制訂過程中，充分考慮到學校定位、社會需求、學生發展等多因素，對主干課程進行教學改革。

以《機械制造技術基礎》課程為例，該課程為本專業的專業基礎核心課程，為了強化機械工藝學方面的知識，加強實驗與實踐環節及創新能力的培養，將《機械制造技術基礎》拆分為《機械制造工程學Ⅰ》和《機械制造工程學Ⅱ》兩門課程，擴展了課程內容的廣度和深度，深化了機械制造工藝學方面的知識;在原有《機械制造技術基礎課程設計》和《數控機床設計課程設計》的基礎上，將其整合為《綜合課程設計》，強化專業特色，培養學生解決復雜工程問題的能力;在原有《現代制造技術綜合實驗》和《數控加工實驗》和《企業運作模擬實驗》的基礎上，增設“增材制造”等先進制造技術實驗，整合為《專業綜合實驗》，并開展了“小組課題討論、分工合作探索”等創新教學模式的實施，以提高學生解決復雜工程問題的能力和團隊協作能力，開拓了一種理論教學和實踐教學相結合的教學新思路。

2、選修課課程

機械設計模塊主要培養學生設計的基本技能和功能，并具備計算機輔助工程、輕工自動機械設計及理論研究的基本能力，能夠將計算機輔助設計和現代檢測技術等應用于機械及其輔助產品的設計過程中，掌握堅實的基礎理論和系統的專業知識。該模塊是在前修課程—《機械設計》和《機械制造工藝學》等課程的基礎上，補充《流體傳動與控制》、《材料成型基礎》和《機械系統設計》等課程，使學生在流體傳動控制、熱加工以及系統設計等方面的技能有所提高。另外，還涉及到雙語課程和管理類課程，使學生具備一定的外語能力和管理技能。

制造模塊以數控加工為本專業特色，主要培養學生的機械制造加工工藝技能能力與加工分析能力。該模塊以“數控加工技術”和“材料成型加工”為主干線，將學生細化為數控加工方向和材料加工方向，數控加工方向的主要培養目標是使學生具備一定的數控工藝分析能力，并具有一定的計算機數控編程能力，能夠完成復雜零部件的加工。材料加工方向主要培養的重點在于新材料的實驗制備方法，以及新材料的機械力學性能的分析能力。該方向的學生在《材料成型基礎》和《實驗設計與數據處理》兩門課的引導下，通過相關教師的實驗指導，可完成新材料的相關實驗，培養了學生的實驗能力。

自動化模塊主要培養有志于從事機械系統控制領域的學生，使學生通過《計算機原理與接口技術》和《電氣控制與PLC》等課程的學習，并通過實驗操作技能的培養，掌握基本的電氣控制知識和技能，為以后從事機電控制工程領域的工作打下堅實的基礎。

3、實踐教學環節

三個模塊的教學必須要有完備的實踐教學環節來支撐，為此，機械專業以《專業綜合課程設計》和《專業綜合實驗》為主干，設計模塊主要通過自動機械的設計和傳動系統的分析等環節，進一步促進學生的機械設計與分析能力;制造模塊主要通過自動機械設備的加工制造、裝拆與裝配等環節，提高學生的加工與制造工藝技能;自動化模塊主要通過對自動機械控制部分的設計與程序編制，使學生掌握機械設備自動控制的基本設計方法和技能。

科技競賽活動是重要的實踐教學環節，通過“挑戰杯”大學生課外科技作品競賽、創業計劃競賽、機械創新大賽和工業工程改善創意競賽等科技創新活動促進了學生提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，以科技競賽活動促進課堂知識的掌握。

4、畢業設計（論文）

畢業設計（論文）是本科教學的最終環節，在學生綜合能力和綜合素質培養上起著重要的作用，是考察學生學習效果和工程能力的一種重要形式，是促成專業畢業要求達成的最后環節。畢業設計（論文）密切結合生產實際，進行工程設計和項目研究，通過畢業設計（論文）環節的訓練，使學生初步具備從事本專業相關行業工作的能力。

機械專業的畢業設計同樣以三個模塊的方式來進行，在前期理論課程和實踐教學的基礎上，學生已經具備某一模塊基本的知識和技能。設計模塊的學生可完成自動機械裝備、機械系統動力學分析以及專用機床的設計等課題;制造模塊的學生可完成摩擦磨損試驗、五軸數控加工、工模具制造以及機床加工誤差分析等課題;自動化模塊的學生可完成機器人、立體車庫以及AGV小車等裝備的控制系統設計。通過模塊化課程體系的實施，使得學生的設計、制造以及分析能力得到全面的訓練，為學生進入社會向職場轉化打下堅實的基礎。

五、結論

在工程教育理念的基礎上，以學生為本，建立了機械設計制造及其自動化專業的模塊化課程體系，將專業課程分為機械設計、材料及制造和自動化三個模塊，并在實踐教學環節、競賽科技活動以及畢業設計中進行延伸式的教學。機械專業在工程認證工作的指引下，通過模塊化課程體系的改革，提高了學生的知識、能力和素質，培養了學生獨立解決復雜機械工程問題的能力。同時，專業建設水平顯著提高，為機械行業提供了大量實用型人才。

【參考文獻】

[1] 王紅軍. 面向工程教育專業認證的機械類專業創新型應用型人才培養模式改革與實踐[J].教育教學論壇，2018，25（6）76-78.

[2] 劉志軍，朱泓，曲景平等.正確認識和把握高等工程教育專業認證中的五個關系[J].中國高等教育研究，2008（18）21-22.

[3] 余壽文.對工程教育質量保證中幾個問題的思考[J].高等工程教育研究，2016（3）5-8.

[4] 劉瑩，鄧蓮麗，唐安江等. 基于OBE人才培養模式下的新建本科院校化工專業校外實習基地建設的研究.教育教學論壇，2018，26（6）36-38.

【作者簡介】

楊勇強（1976—），陜西科技大學機電工程學院副教授.