基于OBE及多維框架下的《機械制造技術基礎》混合金課建設

尤芳怡 李遠 劉曉梅 黃輝 姜峰

摘? 要：通過提升專業教師的教學和科研能力，打造一流的教學團隊。基于OBE的教學理念，華僑大學的教學團隊根據《機械制造技術基礎》的教學目標對教學內容和教學方法進行了改革。完成了一系列教學資源的建設，將科研成果融入本科教學中，以研促教。基于雙語教學及國家精品在線開放課程兩個慕課平臺，結合翻轉課堂和對分課堂實現了多維框架下的混合教學模式，提高了教學質量。

關鍵詞：OBE;機械制造技術基礎;混合教學;對分課堂;翻轉課堂

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）04-0024-03

Abstract： Improved teaching and scientific research capabilities of teachers for build a first-class teaching team. The teaching team of Hua qiao University reformed their teaching content and teaching methods to fit training targets base on the goals of OBE and has reformed the teaching content and teaching methods according to the teaching objectives of Basis of Machine Manufacture Techniques. Completed the construction of a series of teaching resources， integrated research results into undergraduate teaching， and promoted teaching through research. Based on bilingual teaching and national excellent online open courses， two MOOC platforms， combining flipped classrooms and bisected classrooms have realized a mixed teaching mode under a multidimensional framework， which has improved the quality of teaching.

Keywords： OBE; Basis of Machine Manufacture Techniques; blended instructional model; pad class; flipped classroom

一、基于OBE的《機械制造技術基礎》教學改革及課程建設

近年來Outcome-based Education即OBE教育理論受到了高等教育界的廣泛關注[1]。基于OBE的教學設計，以教學成果為導向來設計教學，對教學目標、教學過程、教學方法和教學評價進行調整，促進學生各方面能力的提高，從而滿足工程教學需求[2]。在OBE教育中，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。

《機械制造技術基礎》課程是華僑大學為機械類學生開設的專業核心課，面向機械設計制造及自動化、機械工程、材料成型及自動化和車輛工程等專業。內容包括緒論、制造系統及機械加工方法、金屬切削加工基礎知識、金屬切削基本規律與刀具、金屬切削機床、機床夾具原理與設計、機械加工質量分析與控制、機械加工工藝規程的制定以及機械裝配工藝基礎，具有涉及面廣、概念性強、實踐性強等特點。

首先根據機械專業的培養目標和畢業要求制定課程對應的教學目標。再根據課程對畢業要求的支撐指標權重安排各個章節的學時及作業，將教學目標貫穿于教學過程。本課程于2019年獲得校級一流混合課程建設立項，建設目標是基于OBE以學生為中心，應用多個慕課平臺和多種教學資源設計多維混合的線上、線下教學活動;以先進教學方法的融合來提升學生的自主學習能力和學習效果。

二、提升教學和科研能力，打造一流的教學團隊

教師是教育的根本，只有教師的教學能力得到提升，教學質量才能提升[3]。有效的高校內部教學發展機構是研究型大學提升教師教學能力、提高教育教學質量和人才培養質量的根本途徑[4]。華僑大學始終堅持“面向海外、面向港澳臺”的辦學方針和“僑校+名校”的發展戰略，以“雙一流”建設為契機，堅定不移地走內涵發展之路、特色興校之路、人才強校之路，全面提升人才培養質量和整體辦學水平。開闊教師教育視野是提升教師教學能力的重要途徑。本教學團隊6名教師具有公派國外名校的留學經歷;多人參加了校內外的教師教學能力提升培訓，包括在線課程教學方法培訓、基于雨課堂的混合式教學培訓等專題研修班。團隊積極開展教學改革，獲得多項校級教改項目。在學校的大力支持下于2018年1月至今舉辦了三屆混合課程教學沙龍，邀請國內相關高校的骨干教師到校做關于混合教學方法研究的學術報告，對課程改革、教學能力的提升途徑及有效方法進行了深入研討，并為課程建設的方向和教學提升提出了寶貴意見。

課程組是一支具有較高科研水平的教學科研團隊。12名成員中9名具有高級職稱，其中1名博導，6名碩導。成員在機械工程領域的不同方向從事科研，主持過8項國家自然科學基金，作為主要成員參與20多項國家級項目，多人次獲省校級教學優秀成果獎。團隊的成果涉及金屬切削機理及材料塑性變形和特殊能場加工、增材制造、金剛石工具制備及其在切磨削加工中的應用、微細刀刃制備及其切削成形機理、切磨削溫度監測及其對加工過程的影響等方向。團隊成員專業知識扎實，對機械制造有較深入的理論研究和豐富的實踐經驗，將有特色的科研成果融入課堂教學、設計入教學內容，為本課程提供了高水平的教學資源。

三、建立完善的課程體系，理論與實踐相結合

《機械制造技術基礎》主要研究機械制造工藝方法和工藝過程，具有涉及面廣、概念性強、實踐性強等特點。如何把握理論教學與實踐之間關系，以及科研與實踐的關系是能否講好這門課并把課程講得有趣的關鍵。

首先優化了課堂教學內容。根據培養計劃修訂及課程整合的要求，更新教學內容，增加了金屬切削基本規律、車床與刀具、磨削加工與磨削工具三個章節。隨著制造技術科學的發展，學生有必要了解機械學科前沿研究進展與本課程基本知識之間的關系，因此補充了先進制造工程、先進監測技術在制造過程中的應用等內容。同時結合我校在機械工程領域科研成果，在課程教學中增加新型切磨削工具研制及應用對產品加工效率和加工質量的影響的內容。

隨著科技發展，制造加工方法不斷出現，教學內容隨之不斷更新。在注重講授基礎理論、技術和方法的基礎上，注意吸收先進制造的最新技術成果并引入教學中，不斷豐富和完善教學內容。將現代制造技術的發展現狀與本校科研優勢相結合形成了一個較為完善的課程體系。以機械制造技術基礎理論為核心，結合先進切磨削理論、特種加工及增材制造等先進技術的應用，參照美國密西根大學等國際知名院校的課程內容進行優化，形成了既有理論依據，又有豐富實踐內容以及先進制造研究成果支撐的課程體系，實現以研促教。

實踐教學方面，新增獨立設課的《機械制造技術基礎綜合實驗》。重視學生動手能力培養，改變原有的獨立實驗為綜合實驗，同時強化科研反哺教學，綜合實驗根據理論課堂的教學進程合理安排進度[5]。由于機械制造過程是一個由資源向產品或零件轉變的典型的、具體的制造系統。教學內容突出“工藝”及“系統”，重視理論教學環節與實驗教學環節有機配合，以工藝為主線， 綜合考慮質量、生產率、經濟性問題。以產品質量為目標， 注重多學科間的知識交叉與滲透，注重培養學生科學的思維方法，提高學生綜合運用專業知識解決實際問題的能力。

四、建設豐富的線上線下教學資源

教材是人才培養中最基本的教學資源，在高等教育內涵式發展中推動人才培養的理念、模式及教學行為。建設一流課程需要有優秀的教材。因此選用盧秉恒院士主編的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材《機械制造技術基礎》。該書知識體系完整，理論與實踐并重，是目前國內本科高校使用最廣泛的經典教材。

目前開設《機械制造技術基礎綜合實驗》課程的國內高校不多，可用的教材更是稀缺。根據團隊共同設計的實驗環節和實驗內容，自編了一套綜合實驗指導書。在綜合實驗的實施中結合科研平臺和學術團隊優勢，改進教學手段使本課程的實踐環節既可以跟理論教學內容相結合又可以培養學生動手能力，開啟學生創新的科研思維。此外，課程組出版的教學輔導材料《金屬切削有限元仿真軟件AdvantEdge FEM用戶手冊》可作為拔尖學生的課外拓展學習材料，有利提升優秀學生的科研意識。

團隊于2016年完成的網絡課程資源及題庫，陸續在不同慕課平臺上運行。以學校提高本科教學水平工作目標為指導，進一步深化教學改革和課程建設，開展了課程案例庫建設工作。完成經典夾具設計案例、常見夾具設計的錯誤案例等相關動畫視頻，并陸續上傳到網絡課程平臺實現資源共享。

《制造技術基礎（雙語）》于2016年建設完成且獲省級網絡在線精品課程建設立項。與此同時，引進太原理工大學王時英教授主持的《機械制造技術基礎》國家精品在線開放課程，該課程于2018年在部分班級使用，后續將進一步推廣使用。團隊并與供課方建立良好的合作與溝通關系。由供課方協助本管理師生教學活動行為狀態和學習結果相關數據。多慕課平臺聯合使用的教學方式經過本校兩屆學生使用后，發現學生更好地掌握了知識點，期末成績大幅度提高。

五、多種教學方法融合的多維混合教學方法改革

由于存在教學內容不斷增多但課時不斷減少的矛盾。學生在學習過程中普遍感覺不易掌握，從而缺乏興趣。因此除了優化課程教學內容，迫切需要通過改進教學方法來提高學生學習的熱情和主動性。傳統的單一灌輸式授課模式已經越來越難以適應該類課程的教學需求，更是難于培養符合實際工程需要的專業型人才。“新工科”作為工程教育的新理念、新模式已經引起教育界的廣泛重視。結合當下新興的e-Learning在線課程與翻轉課堂，采用MOOC-對分課堂及“線上-線下”結合的混合教學框架，強調以學生為中心，符合“新工科”的教學理念。課程組按照國內同領域教學要求推行了多種教學方式。提出一種加強案例示范教學、使用多慕課平臺輔助課堂教學的多維混合教學方式。通過線上多慕課平臺的網絡教學結合線下對分課堂和翻轉課堂以及課外的思維導圖及產品展示評比的創新混合教學模式。

線下采用多媒體課堂教學，結合綜合實驗和案例教學。不斷優化教學內容，采用案例教學、啟發式教學和思維導圖幫助學生掌握課本章節的知識脈絡，并利用課外學生作品集中展示和評比的方法提升學生的表達能力和對課程的學習熱情。線上同時使用愛課堂平臺上的《機械制造技術基礎》國家精品在線課程和自建的《制造技術基礎（雙語）》網絡課程，結合論壇、項目作業等多種形式;師生線上、線下互動，以加強師生之間的交流。

雙語慕課有助學生以英語為語言文字載體學習新知識、拓展國際化視野。引進的國家精品課程主導思想符合本課程培養要求，覆蓋教學大綱的知識點。雙語慕課與引進的國家精品網絡課相結合，資源互補，最大限度給予學生良好的教學資源。

（一）在案例教學設計中以教學目標為導線

采用科學的教學方式代替傳統的課堂授課，加強案例教學設計及應用。如在講解零件加工的定位和夾緊問題，設計案例教學：以六點定位原理為例，選擇典型的連桿機構所使用的一面兩銷定位原理。分別講解底面和兩個銷所起的定位作用及其組合之后共同限制了六個自由度，讓學生掌握六點完全定位及定位分析的步驟。再比如介紹加工帶中心孔的盤類零件選用的一面一孔的定位方式，讓學生了解不完全定位在工程實際中是允許的，可以在保證加工精度的前提下簡化夾具設計。與此同時對學生強調“既要滿足工程需要，又要考慮成本”。機械制造過程中始終存在著質量、效率和經濟性三者之間的矛盾。因此教學實施過程把解決工程實際問題的這個指導思想貫徹于始終。

影響機械加工質量的因素分別以不同的規律及程度影響著加工質量，其中通常會有一個因素影響最大、最直接。教學過程中注重培養學生在分析和解決機械制造過程的多影響因素時，能夠找出主要影響因素，從而提出解決問題的措施。例如，講述機床幾何誤差對加工精度影響時，強調判斷誤差敏感方向，并找出誤差敏感方向上的原始誤差;介紹提高工藝系統剛度的措施時，強調通過提高工藝系統薄弱環節的剛度，是提高系統總剛度最有效的途徑。

（二）以學生為中心的翻轉課堂和對分課堂

部分教學內容采用翻轉課堂和對分課堂的混合教學方式。課前教師上傳課程視頻、課件及參考文獻，并布置任務。學生根據任務完成線上相關學習任務。線下教學，則由教師先簡單介紹相關章節的知識脈絡，然后由學生分組討論，最后形成共性問題，再由教師提供解決問題的參考方式。

對分課堂的關鍵是事先對學生分組并安排其過線上學習任務及之后的線下課堂任務。各組的學生代表在線下課堂分別講解其負責的章節內容。允許學生采用PPT，結合知識脈絡圖、思維導圖和和案例分析、動態模擬圖等各種方式展示學習報告。其他小組的學生對其提問并評分，最后由教師答疑和點評。這種以學生為中心的對分課堂大大提高了學生學習的主動性和熱情。學生課后再根據教師和其他小組同學的意見修改學習報告，進一步鞏固所學習的知識點。通過翻轉課堂和對分課堂，發揮了學生在教學活動中的主體作用。

督學則通過雨課堂或者慕課平臺對學生發布學習指令;當課程學習時間即將截止，對未完成學習任務的學生發出預警。安排專門的助教線上與學生討論及批改作業，專門的教師負責線下輔導與答疑。學院安排專門的學生勤工助學崗位，輔助課程建設和資料收集。

（三）線下課堂啟發式教學模式誤差分析與計算

在知識爆炸的時代，教師不能只局限傳授學生知識，而應引導學生找到合適自己的方法去獲取知識。通過啟發學生在教學活動中的主體作用，讓其學會自己提出問題并思考、找到解決的方法，最后得到結論。比如齒輪加工時的定位通常以底面和內孔表面組合的一面一孔定位。但是根據孔在軸線的位置不同，定位誤差計算方法也不同。當孔軸線是水平放置，由于重力的作用，孔與銷在鉛垂方向單邊接觸，此時強調有一個外加的重力的作用。進而通過分析，得出定位基準位移誤差的表達式。接著講授定位銷垂直放置時定位基準位移誤差的分析與計算。由于孔與銷是任意邊接觸，在工序尺寸方向上是雙邊接觸，得到的定位基準位移誤差比定位銷水平放置時定位基準位移誤差大一倍。因此可以提出“當定位銷垂直放置時，如何減小定位基準位移誤差？”引導學生思考;甚至可以提示，第二種方案跟前一種的區別是沒有重力的作用，從而讓學生能夠自己提出在工序尺寸方向施加一個力，將工件與定位銷從任意邊的接觸方式轉化為單邊接觸，此時基準位移誤差可減半。最后討論一面兩孔定位的轉角誤差時，學生便能夠得出通過在垂直于兩孔中心線方向施加力有效減小一面兩銷定位的轉角誤差的方法。

六、結束語

通過提升專業教師的教學和科研能力，打造一流的教學團隊。基于OBE的教學理念，根據《機械制造技術基礎》的教學培養目標對教學內容和教學方法進行了改革。完成了一系列教學資源的建設，將科研成果融入本科教學中，以研促教。基于兩個慕課平臺，結合翻轉課堂和對分課堂實現了多維混合教學模式。經過實踐發現，學習熱情有了大幅度提升，期末成績與其使用線上資源的時長成正相關。因此這種多維的混合教學方式值得進步一推廣。

參考文獻：

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