基于OBE工程教育理念的機械原理課程教學設計

廖韋

【摘 要】本文分析 OBE 工程教育理念的教學優勢，提出工程教育運用 OBE 模式的目標指向，論述基于 OBE 工程教育理念的機械原理課程教學設計，從課程設計思路、教學內容設計邏輯、教學過程設計、考核評估四方面闡述具體的做法，為中職教學提供參考。

【關鍵詞】OBE理念 工程教育 機械原理課程 教學設計

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）34-0110-03

OBE 即成果導向教育（Outcome based education，簡稱OBE），是在教育質量問責運動及工程人才需求猛增的大背景下誕生的，工業革命后才開始在歐美國家進行應用與推廣。OBE 理念強調的是學生必須在畢業時達到專業課制定的教學目標，教學工作及活動都要圍繞既定的教學目標來開展。隨著工業化推進、技術人才需求增加、技術專業的細化分類，社會對中職人才培養的期望也水漲船高，希望學生群體脫離系統的學校教育后就能夠在短時間內適應崗位中的要求與發展。然而目前眾多中職學校培養的學生，在實際工作中仍未能達到企業的要求。在這種就業背景下，教學模式和教學方法的改革探索勢在必行。

基于 OBE 工程教育理念，確定機械原理課程目標指向，提出機械原理課程改革的基本思路，通過 OBE 模式下的機械原理課程教學設計思路，從產品開發設計過程角度設計課程教學內容、教學過程、考核方式，培養學生機構建模、分析和設計的能力，加強學生對產品開發設計與改進流程的理解以及團隊協作的能力。OBE 教育理念的應用，順應了工程教育改革的發展趨勢，能夠走出過去工科學校過于看重專業學科的基礎性知識、忽視學生個性化發展及工程實踐能力培養的誤區，實現對現有的課程內容的調整與改革，有效完善中職人才培養體系。

一、工程教育運用 OBE 模式的目標指向

與傳統學科教育過于注重基礎知識不同，OBE 教育模式更重視學生的實踐能力，更能夠深入了解學習成果及學習結果之間的關系。學習成果并非單純的只是學習內容方面的疊加，而是將知識與學生的情感進行整合，幫助學生更好地理解學習結果，讓學生能夠運用知識來解決現實生活中可能遭遇的工作難題。

從專業的層面來說，相對于其他類型的設計，機械產品設計更為復雜，要求設計者不僅具備專業的機械產品開發設計能力，而且能夠了解設計過程中的細節。影射到課堂上就需要學生能夠在學習過程中全面掌握所學知識與實際生產過程中的聯系，通過項目實踐，根據實際需求進行產品開發設計，鍛煉基本的工程素養。

機械原理是工程課程中的基礎課程，其課程改革工作必須跟相關行業的需求、技術要求掛鉤。對此，基于校企銜接而進行的課程設計思路可以從三方面著手。

（一）培養學生機械產品設計的基本能力。基本的設計能力培養是本課程的核心，要求學生不僅掌握相關的理論知識，還能運用相關理論知識進行產品的開發和設計，掌握一定的技術實操能力，對產品開發設計流程有整體觀。機械原理課程是對產品運行原理的分析與概括，要求學生掌握機械系統運動與動力學部分內容。而在專業的機械原理課程教學體系中，課程設計需要細化開發設計階段中不同的內容與方法，形成便于學生內化的知識體系，以便讓學生更具體地了解產品開發設計體系，幫助學生將不同的課程內容有效地聯系起來。

（二）培養學生關注產品生命周期和可行性的設計理念。象牙塔里的研究是為理想而奮斗的，目標長遠，他們的研究是純理論要素研究。比如，土耳其 Arikan 教授一篇數學論文十年后成就了 5G 技術;20 世紀五十年代，吳仲華教授的三元流動理論為今天航空發動機產業奠定了基礎等。每年學校舉辦的機械產品設計競賽中，學生的設計也往往更注重運動性方案，而忽略成本和產品使用周期。但職業教育培養的是實用性人才，不能太理想化，產品的生命周期和成本才是企業考慮的重點。因此，需要將產品生命周期及產品成本核算融入機械產品設計課程中。通過設置項目作業，實行校企合作，使學生圍繞商業目的學習和研究設計，對具體產品的設計更貼近實用化，幫助學生形成實用性的設計理念。

（三）培養學生靈活利用計算機技術進行產品設計的能力。目前很多設計都是憑借個人的專業經驗來實施的，很多學生在設計過程中運用計算機工具與技術的能力較為缺乏，習慣利用經驗來進行設計。因此，要通過采用更加量化的設計方法和設計技術幫助學生靈活運用計算機工具進行輔助設計。

二、機械原理課程的教學設計

（一）基于 OBE 模式的機械原理課程設計思路。OBE 理念下，機械原理課程基于內容和基于產出的課程設計，其教學特點和內容設計對比如表 1 所示（見下頁）。

從表 1 可知，培養模式將從單純的知識傳授逐漸轉變為知識、能力及素養方面的培養。比如，在機械原理課程教學中，“連桿機構傳動”這一節基于內容的教學設計是以課程大綱的知識點為主，基于產出的教學設計則從實際應用中連桿機構功能和分析其需求方向開始，從整個設計流程體系來看，基礎知識教學、能力培養以及考核三方面缺一不可，不僅要讓學生了解并掌握相關的知識點，還要讓學生通過項目層面的設計掌握機械設計的流程與方法。

（二）機械原理課程的教學內容設計邏輯。基于機械原理課程的大綱進行基礎知識點教學設計是所有職業教育中比較擅長的方式。機械原理課程已經形成了很完善的知識點提煉、教授與考核的方法，以機構結構、建模、設計等機構共性技術為縱向內容，橫向以典型機構中連桿、凸輪、齒輪及輪系等基礎的結構為例，其教學方法如表 2 所示。

根據 OBE 教學理念設定課堂目標，應該從學生的產品開發設計能力出發，且要在內容設定上增加學生的興趣。對此，學校可以從設計競賽、產業環境等方面入手，不斷培養學生利用計算機工具及技術的能力，讓學生能夠獨立完成設計或者與團隊協作完成設計。

（三）基于 OBE 模式的機械原理課程教學過程設計。信息技術的發展速度太快，傳統的“產、學、研”模式趕不上市場需求的發展速度。在機械原理課程不變的情況下，設計內容是一個螺旋上升的過程，需要根據應用范疇進行教學反饋。在 OBE 模式下，學校從培養學生產品開發設計能力角度設定的教學目標分為五個方面：機械系統基本表達、機械系統識別、機械系統定義、機械系統建模分析、機械系統綜合分析。

根據以上教學目標，將教學過程分為：激發學習動機——感知教學材料—— 理解教學材料—— 鞏固知識經驗—— 運用知識經驗—— 測評教學效果。

1.從內容設置上為了激發學生學習動機，主要從產業環境、機械設計大賽等方面進行考慮，教學中理論結合實踐、教室結合廠房。聯系本地區典型產業，如模具、小家電、注塑機等收集典型機構進行分析。

2.感知教學材料，掌握基本知識點。該部分包括機構分析基本方法的掌握、典型機構分析設計能力的掌握以及靈活應用計算機輔助分析、建模、設計的能力。目前學校主要以 Matlab、Adams 和部分 CAE 軟件系統輔助機械設計，通過軟件輔助從機構運動方程構建、運動方程求解和分析、機構設計等方面進行項目設計。

3.從產品開發設計流程角度設置項目大作業，學生以團隊方式通過調研、查閱資料等完成教學材料的理解，提高面向產品設計過程的機構分析能力。

4.設置項目作業，鞏固知識經驗。學生需要對項目進行規劃、完成機構結構建模、方程構建、程序編寫、系統分析。通過項目的完成，加深學生對產品開發設計流程的理解。

5.參與機械設計大賽，運用知識經驗。學生以團隊方式完成大賽作品，提高機械結構創新設計能力以及團隊合作、口頭和書面表達的能力。

6.最后以綜合考勤、聽課、項目完成情況等內容的考核方式完成教學效果評估。

（四）基于 OBE 模式的機械原理課程的考核評估。機械原理課程考核內容主要包括機構分析與設計，考試方式包括作業設置、日常測試、期末考試以及團隊項目實戰等，通過對學生進行綜合考核，要求學生能夠提交多樣化的考核結果。在評價方式上對環節進行規范，并讓學生參與到評價中來，強化評價結果的客觀性。在一些項目合作中，要讓學生進行相互促進的管理。

在 OBE 教育模式中，評估學習產出是極其重要的指標。對學生各項能力做出合理客觀的評價，對后續的課程改革有著極大的影響。而機械原理課程的成績考核應與課程設計所培養的能力相呼應，可細分為：日常成績、選題成績、設計成績以及項目答辯成績，各部分所占比例和考核依據包括四方面。

1.選題成績占總成績的 30%。主要考查學生機械傳動系統方案設計的能力。根據設定的任務設計兩到三種不同的機械傳動方案，每種方案包含兩到三種典型的傳動機構、四桿以上的連桿機構，通過 PPT 形式能對設計任務進行詳細的說明。從方案的合理性、周全性、創新性及實用性四個方面進行綜合評分。

2.平時成績占總成績的 10%。主要從出勤情況和學習態度兩方面進行打分。無規矩不成方圓，良好的出勤率和學習態度是完成任務的基礎，能培養學生個人與團隊之間的協作能力。

3.學生的設計成績占總成績的 40%。主要考核學生基礎理論知識的掌握情況及對數據進行分析、解釋、靈活運用知識的能力，從學生選擇的分析方法、數據分析、模型建立及運動仿真等方面進行打分。

4.答辯成績占總成績的 20%。考查團隊對整個項目的匯報能力，主要是對個人在團隊中的分工及完成情況、自我評價、所負責任務等進行闡述。

綜上所述，課程教學本身就是一個持續性的過程，學生是否具備相應的產品開發設計能力，必須從實踐的項目中進行檢驗，且不能單純通過項目作業來反映，還要以機械競賽、課程設計及畢業設計等多方面來檢驗學生對知識掌握的程度及設計能力。OBE 教育理念及教學模式是從學生產品開發設計能力出發，提出機械原理課程的改革思路，并在教學內容、考核內容及持續改進方面等進行重新的規劃與設計。OBE 模式強調設計角度及產品的全生命周期，要求學生能夠將所有的知識節點關聯起來，從實際問題出發來設計產品，注重對學生實踐能力的培養。

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【作者簡介】廖 韋（1985— ），男，壯族，籍貫廣西柳州，本科，工學學士，現就職于柳州市鹿寨職業教育中心，研究方向為機械教學。

（責編 羅汝君）