基于工程教育專業認證的機械設計實踐OBE教學模式改革研究與實踐

于克強，劉元林，宋勝偉，陳國輝

（黑龍江科技大學 機械工程學院，黑龍江 哈爾濱）

工程教育專業認證的核心內涵是以學生為中心，構建“成果導向”的人才培養體系，并持續改進[1-3]。其中成果導向是基礎，成果導向教育（Outcome based education,簡稱OBE）是以預期學生的學習成果為中心來組織、實施和評價教育的一種教育理念[4,5]。學習成果是學生通過教育教學過程所取得的知識、能力、素質等方面的成長和收獲。機械設計實踐是為機械類專業學生在學完機械設計及同類課程以后所設置的一個重要的實踐教學環節，也是學生第一次較全面，規范地進行設計能力訓練，主要包括減速器測繪、機械傳動裝置的總體設計、零部件的設計計算、裝配圖和零件圖設計、編寫設計計算說明書等內容。傳統的機械設計實踐教學卻只是以教為目的，往往忽略了學生能力的培養，而OBE理念可使教學目的明確、針對性強、綜合能力得到提升，因此在工程教育專業認證的背景下進行機械設計實踐OBE教學模式的構建有利于學生畢業所需相關能力的培養，及學生相關畢業要求的達成。

一 傳統機械設計實踐教學現狀

傳統機械設計實踐教學主要以教師為中心，以教師的安排為主導，學生被動執行，教學效果差。機械設計實踐OBE教學理念是以學生為中心，以學生通過機械設計實踐提升相關能力、真正的掌握知識及達到畢業相關要求為目的，二者對比見表1。

表1 機械設計實踐傳統教學和OBE教學模式的對比

二 機械設計實踐OBE教學模式的構建

根據機械設計實踐的特點及對應學生的畢業要求指標點要求，進行機械設計實踐OBE教學模式的構建。根據OBE教學以學生為中心的教學理念，機械設計課程OBE教學模式可分為四個環節，即為什么學、學什么、如何學及學會了多少。機械設計實踐OBE教學模式的框架圖見圖1。

（一） 為什么學

在機械設計實踐正式開始之前，由指導教師組織學生進行機械設計實踐專題講座，讓學生了解機械設計實踐的意義，并通過減速器應用案例及減速器實物觀察，讓學生對實踐的對象有大致的了解，并對減速器的作用、功能及設計的目的有明確的認識，使每個學生心里都能夠清楚為什么要進行機械設計實踐。

（二） 學什么

通過減速器實物觀察及減速器實物拆解讓學生了解減速器的結構零件分類，哪些零件為標準件、哪些零件為常用件、哪些零件為一般類零件哪些零件需要測量、哪些零件需要設計、哪些零件需要選擇、哪些零件需要校核、哪些零件需要潤滑、哪些零件需要密封及個零件之間的關系。

通過減速器測繪了解零部件測繪的一般步驟和過程，掌握零部件測繪的原理和方法，確定部件的表達方案，能用工程圖樣準確表達零部件實體，具有初步的零部件測繪和工程實體設計表達能力。能理解零部件相關制造工藝、安裝與使用等問題，養成良好的職業素質和團隊協作精神。

通過減速器設計學生學會能應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜機械工程問題，以獲得有效結論。能夠設計針對復雜機械工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的機械系統、零部件或制造工藝，并在設計開發中體現創新意識，考慮社會、環境、健康、安全、法律、文化等因素。能夠針對復雜機械工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜機械工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。能夠基于機械相關背景知識進行合理分析，評價機械專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律、文化的影響，并理解應承擔的責任。對于復雜機械工程問題，具有與業界同行和社會公眾進行有效溝通與交流的方法和能力，并具備一定的國際視野，能夠跨文化進行交流。

（三） 怎么學

學生機械設計實踐學習過程可分為4各階段，分別為測繪環節、設計環節、答辯階環節及識擴展環節。

1）測繪環節

在減速器測繪之前先將學生分組，然后每組學生相互之間合作進行測繪，這樣可以使學生之間相互交流，取長補短，互相進步，培養學生之間的團隊協作能力，并且在測繪期間學生對發現的問題開展討論，由組長記錄，作為最終考核的一部分。

2）設計環節

設計階段也是先將學生分組，可沿用測繪環節的分組，雖然每個學生數據不同，但設計的過程大致相同，所以在設計過程若發現問題小組內可進行討論，由組長記錄討論次數、內容及學生發言次數，作為最終考核的一部分，若小組內無法解決，可以小組間相互交流或由指導教師解決。這樣學生之間既能相互學習得到鍛煉，又能避免學生過分依賴指導教師而使知識掌握及能力培養方面不能得到有效提高。

3）答辯環節

在正式答辯之前先由每個小組的組長組織學生進行小組答辯，有學生之間相互打分作為最終答辯成績的一部分，并由組長記錄下每個學生不會的或理解困難之處，然后相互學習盡量解決難題。再由指導教師組織學生正式答辯，先讓學生自己講解設計大致過程，機械設計實踐過程學到的知識，并根據小組答辯記錄及平時檢查學生過程中所發現學生存在的問題，教師擬定每個學生的答辯內容，然后以實物為參照，以邊答辯邊講解的方式讓學生對自己在設計過程中存在的問題真正的理解，以學生畢業所需能力培養為主要目的。

4）知識擴展環節

在機械設計實踐完成答辯環節后，指導教師預留出一段時間，有每個小組針對直齒輪減速器、斜齒輪減速器、錐齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器及彼此之間相互組合的減速器中不同于自己設計的其他幾種類型進行討論，分析自己設計的減速器與其他集中有何異同，然后由指導教師講解其他類型減速器的優缺點及設計時應注意的問題，目的是盡量使學生通過機械設計實踐的過程學到更多的知識。

表2 機械設計實踐教學評價分值表

（四） 學到了多少

為使學生滿足畢業要求所具備的能力，機械設計實踐主要從多元、多角度對學生進行評價，評價內容主要包括測繪、圖紙、說明書、平時檢查、中期檢查、答辯、討論分值等，每項所占比例如表2所示。

三 結論

根據工程教育專業認證的特點和對工程人才的要求，改變傳統機械設計實踐教學的不足，以學生畢業要求為依據，以提升學生相關能力為目標，以學生為什么學、學什么、怎么學及學到了多少為主線，構建了機械設計實踐OBE教學模式。以機械16-1班機械設計實踐教學為研究對象進行了機械設計實踐OBE教學模式的實踐教學，通過最后畢業達成分析表明，機械設計實踐經過OBE教學模式改革后滿足畢業達成度要求，并可根據分析結果進行相關的持續改進，本研究可為其他相關研究提供參考。