新工科背景下基于OBE理念的設(shè)計工程實踐課程教學(xué)研究

王卓 陳駿

關(guān)鍵詞：新工科;OBE 理念;工業(yè)設(shè)計;工程實踐;教學(xué)改革

隨著互聯(lián)網(wǎng)、5G 通訊等產(chǎn)業(yè)革命加速進(jìn)行，高等教育也面臨著新挑戰(zhàn)，步入了新的階段。2017 年教育部開始推進(jìn)高校教育改革“新工科”計劃，新工科強調(diào)高校教育革新，旨在促進(jìn)學(xué)校教育與社會需求的有機結(jié)合，同時與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相匹配[1-2]。互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能等正在成為當(dāng)今社會繼機械化、電氣化和信息化之后的全新變革，社會需求要求高校教育與時俱進(jìn)，學(xué)科交叉融合，孕育產(chǎn)生交叉專業(yè)，進(jìn)行跨院系、跨學(xué)科、跨專業(yè)培養(yǎng)工程人才的教育模式。在這樣的背景下，傳統(tǒng)授課方式亟待調(diào)整、改革[3]。工業(yè)設(shè)計作為應(yīng)用型專業(yè)，旨在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計核心能力。針對設(shè)計工程實踐能力，以O(shè)BE 理念為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)改革，制定教學(xué)目標(biāo)、重構(gòu)課程內(nèi)容，相關(guān)序列課程對應(yīng)不同階段能力，課程內(nèi)容也做相應(yīng)調(diào)整，細(xì)化為對學(xué)生不同階段工程能力的培養(yǎng)。不僅使學(xué)生掌握基礎(chǔ)設(shè)計工程實踐能力，如讀圖、測繪、繪圖能力，也要培養(yǎng)進(jìn)階能力，如常見產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 、工藝的理解、應(yīng)用，最終達(dá)到綜合的設(shè)計工程創(chuàng)新應(yīng)用能力。

1 新工科背景下的OBE 教育模式

OBE（Outcome-based Education）是指基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，強調(diào)以預(yù)期學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向來驅(qū)動教學(xué)活動[4]。圍繞“定義教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過程實踐、教學(xué)學(xué)習(xí)評價、反饋提升教學(xué)”進(jìn)行的教育模式。在OBE 模式中，教育不僅要讓學(xué)生學(xué)會掌握理論知識，更重要的是掌握自主學(xué)習(xí)和綜合運用的方法。OBE 是一種逆向模式的教育過程設(shè)計，用期望達(dá)成學(xué)習(xí)成果方向修訂教學(xué)內(nèi)容和方法的教育理念。

工業(yè)設(shè)計專業(yè)是以設(shè)計學(xué)為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科，學(xué)科、專業(yè)理論跨度大，由于多種因素所限，專業(yè)理論與實踐創(chuàng)新的結(jié)合難度大。而“新工科”對于工業(yè)設(shè)計專業(yè)的要求正是培養(yǎng)具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、工程實踐能力和跨界整合能力等復(fù)合型人才，以O(shè)BE教育模式為指導(dǎo)，以工業(yè)設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為核心，高校人才培養(yǎng)應(yīng)緊密圍繞國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需要，加快建設(shè)發(fā)展新工科，不斷細(xì)化完善培養(yǎng)目標(biāo)，讓學(xué)生具備以下專業(yè)核心能力：掌握完善的工業(yè)設(shè)計表達(dá)能力與扎實的設(shè)計工程基礎(chǔ)知識，具備設(shè)計情報分析與整合、并進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的能力，同時能夠適應(yīng)社會與市場的需求，具有良好的團(tuán)隊合作能力，成為全面發(fā)展的應(yīng)用型高級設(shè)計人才。同時，綜合運用線上、線下混合式教學(xué)，理論考核與實踐課題相結(jié)合、完善多元化考核體系，對教學(xué)活動和考核方式進(jìn)行互動調(diào)整，形成以學(xué)生為主體的應(yīng)用型設(shè)計人才教育模式[5]。

2 設(shè)計工程實踐類課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

機械機構(gòu)設(shè)計是工業(yè)設(shè)計專業(yè)需要掌握的重要能力。就產(chǎn)品設(shè)計而言，機械設(shè)計側(cè)重于“硬件功能”設(shè)計，工業(yè)設(shè)計重點在“整合與體驗”設(shè)計，而在實際產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)過程中，兩者融合且并行，通過靈活制定設(shè)計過程，有效提升新產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。因此，各高校工業(yè)設(shè)計專業(yè)普遍開設(shè)了機械機構(gòu)創(chuàng)新的設(shè)計工程實踐課程，但內(nèi)容、方法、難易程度與機械設(shè)計專業(yè)要求均有區(qū)別，工業(yè)設(shè)計專業(yè)更重視常識與實踐。通過對部分院校所設(shè)同類課程的調(diào)研對比，發(fā)現(xiàn)該類課程普遍存在以下的問題：1） 從整體而言，缺乏清晰的學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)目標(biāo)，沒有針對工程實踐能力培養(yǎng)的具體規(guī)劃，課程理論與實踐無法實現(xiàn)有序銜接，使理論和實踐相脫離;2） 教學(xué)過程中，教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計缺乏OBE 理論指導(dǎo)，教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)沒有明確提出工程實踐能力培養(yǎng)規(guī)劃，教學(xué)方式、手段陳舊缺乏有效互動，使學(xué)生知識理論掌握不扎實，無法達(dá)成工程實踐能力以及創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)目標(biāo);3） 教學(xué)反饋機制、教學(xué)評價體系不完善，難以形成互相促進(jìn)、完善的教學(xué)閉環(huán)。課程多以一卷定終身，閉卷理論考試為主，教學(xué)缺乏工程實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生能力提升的過程性評價缺失，無法實現(xiàn)對教學(xué)的引導(dǎo)和督促作用。

3 設(shè)計工程實踐類課程教學(xué)改革方案

3.1 以提升設(shè)計工程實踐能力為導(dǎo)向

《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程以O(shè)BE 為導(dǎo)向確立層級化教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，組織教學(xué)活動和教學(xué)評價體系。從而培養(yǎng)學(xué)生逐步提升工程意識、工程能力、創(chuàng)新能力，強調(diào)知識與能力的并重，完成層級化教學(xué)目標(biāo)[6]，如圖1。

3.2 以學(xué)生為中心的教學(xué)靈活互動

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，教師通過項目實踐課題制定靈活有效的課程內(nèi)容，實踐課題進(jìn)行整合創(chuàng)新、交叉融合，能夠培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力。教學(xué)過程采用線上線下混合式教學(xué)。依托線上教學(xué)平臺，課程充分利用在線教學(xué)功能與資源，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)自由度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

如圖2 所示， 教學(xué)實施過程中，教師課前在線上發(fā)布課題，學(xué)生自主學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，查找收集課題相關(guān)資料，教師進(jìn)行互動答疑;教師在課堂教學(xué)時，進(jìn)行課前測試，對教學(xué)內(nèi)容重點、難點進(jìn)行細(xì)化講解。課后師生進(jìn)行討論、答疑、指導(dǎo)，突出以學(xué)生為中心，從“以教為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)為中心”，并通過多元化的教學(xué)評價體系，獲得教學(xué)反饋，從而修訂教學(xué)目標(biāo)。

3.3 建立完善的課程考核體系

《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程的理論知識部分長久以來是以考試為主，實踐課題部分訓(xùn)練目的性較弱，缺少過程考核。課程改革后，按照“重視作業(yè)成果、兼顧平時表現(xiàn)，強調(diào)實踐能力、突出創(chuàng)新思維”的指導(dǎo)思想，對學(xué)生的工程實踐學(xué)習(xí)過程進(jìn)行綜合考查、集體評審。

考核方式從教學(xué)過程、設(shè)計實踐課題和作業(yè)成果三個方面考核。教學(xué)過程主要考核學(xué)生平時線上線下課堂表現(xiàn)、知識測驗和對知識點的掌握;設(shè)計實踐課題考核主要從學(xué)生參與設(shè)計調(diào)研、討論和課堂活動的過程參與等方面展開;作業(yè)成果考核主要從設(shè)計課題作品創(chuàng)意、難易度、完善度和展示效果等多方面進(jìn)行。這樣的作業(yè)過程考核體系既考核學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，又兼顧學(xué)生的課業(yè)學(xué)習(xí)過程，使整個課程考核體系考慮全面、權(quán)重合理。

4 基于OBE 理念的設(shè)計工程實踐類課程教學(xué)改革內(nèi)容

4.1 課程教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容與評價體系

新工科背景下的OBE 教育理念注重學(xué)習(xí)產(chǎn)出，強調(diào)通過課程學(xué)習(xí)達(dá)成設(shè)計專業(yè)核心能力培養(yǎng)。因此《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程的教學(xué)目標(biāo)要明確反映對學(xué)生各項專業(yè)能力的支撐。結(jié)合專業(yè)特點及社會對工業(yè)設(shè)計人才需求，畢業(yè)生對于能力的要求可劃分為三個層次，即基礎(chǔ)工程實踐意識培養(yǎng)、工程實踐能力培養(yǎng)和綜合創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)[6]。

將《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程教學(xué)目標(biāo)分解為針對專業(yè)能力的培養(yǎng)目標(biāo)，掌握基礎(chǔ)工程實踐意識能力，如讀圖和繪圖的能力、軟件技能等，同時培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力，例如進(jìn)行機械裝置的拆裝、測繪、繪制標(biāo)準(zhǔn)零件、裝配圖紙，以及培養(yǎng)綜合創(chuàng)新設(shè)計能力，如課程中的創(chuàng)新智能機構(gòu)類產(chǎn)品設(shè)計，可同時制作出樣機進(jìn)行發(fā)布展示。通過以上針對能力培養(yǎng)的課程調(diào)整，構(gòu)建遞進(jìn)式教學(xué)體系，實現(xiàn)循序漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計工程實踐能力的目標(biāo)。

在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，教學(xué)評價體系亦采取多元化評價方式。同時，教學(xué)活動注重學(xué)生參與，學(xué)生可參與課程內(nèi)容建設(shè)、課程知識學(xué)習(xí)、課程具體教學(xué)方式，以及參與課程成績相互評價。如表1 所示為《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程圍繞OBE 理念設(shè)定的改革目標(biāo)與內(nèi)容。

4.2 以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向進(jìn)行課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

1） 教學(xué)模式采用線上線下混合式教學(xué)。《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程采用線上線下混合式授課，以雨課堂平臺為基礎(chǔ)，通過學(xué)生移動端，教師大數(shù)據(jù)分析管理，構(gòu)建課堂—網(wǎng)絡(luò)—移動端混合式教學(xué)模式。課前線上發(fā)布課程任務(wù)、微課及所學(xué)過的課程相關(guān)知識，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。線下課程，學(xué)生在課堂上進(jìn)行作業(yè)發(fā)布，其他學(xué)生參與提問、評價等互動，學(xué)生轉(zhuǎn)變成教學(xué)的主體，教師進(jìn)行課堂引導(dǎo)、指導(dǎo)及總結(jié)。師生身份互換，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣。以“典型產(chǎn)品的運動傳動”解析課題為例，學(xué)生通過調(diào)研和解析產(chǎn)品的運動、傳動和執(zhí)行，理解運動機構(gòu)和運動形式的特點，通過課堂上學(xué)生發(fā)布、提問討論、角色互換，將前序課程的基礎(chǔ)知識和本課程所學(xué)的工程知識融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決設(shè)計工程領(lǐng)域的基本問題，提升綜合設(shè)計創(chuàng)新能力。

2） 專項單元課題培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)工程意識。部分課程專項單元知識點內(nèi)容復(fù)雜，作業(yè)課題可分析實際產(chǎn)品，從實際產(chǎn)品分析中探究知識點，根據(jù)課題內(nèi)容講授知識點的原理、方法，將生僻、發(fā)散的機構(gòu)知識點串聯(lián)起來，如表2 所示，便于學(xué)生理解。以連桿機構(gòu)相關(guān)知識點為例，課前發(fā)布的教學(xué)任務(wù)：調(diào)研生活中的連桿機構(gòu)，要求學(xué)生分組進(jìn)行調(diào)研，每組調(diào)研5 個以上產(chǎn)品，并進(jìn)行產(chǎn)品分析，包括造型結(jié)構(gòu)、材料工藝、機構(gòu)運動、人機工效等因素分析，以報告形式提交并在課堂上進(jìn)行展示發(fā)布。

3） 實踐環(huán)節(jié)課題注重培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力。課程綜合實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容是拆解可動產(chǎn)品，在單元課題的基礎(chǔ)上加大廣度和深度，產(chǎn)品選擇可側(cè)重學(xué)生群體興趣，課題要求學(xué)生完成產(chǎn)品拆解、測繪機構(gòu)、動畫模擬、材料及結(jié)構(gòu)分析等內(nèi)容，并進(jìn)行改良設(shè)計，提升學(xué)生對專業(yè)知識的綜合運用能力。實踐過程中鼓勵團(tuán)隊合作、分工協(xié)作，通過查閱文獻(xiàn)資料、團(tuán)隊討論、師生互動等，使學(xué)生在課題項目中最大程度的發(fā)揮主觀能動性。同時，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，以賽促學(xué)，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，使整個教學(xué)過程以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計工程實踐能力及創(chuàng)新能力。

4） 以賽促學(xué)展示教學(xué)成果提升教學(xué)質(zhì)量。部分課題可以科研項目為依托，立足科教融合，鼓勵專業(yè)能力強的學(xué)生參與，課外指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合設(shè)計實踐。學(xué)生可自主選擇教師項目進(jìn)行參與，在教師的指導(dǎo)下開展相關(guān)研究和開發(fā)、發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申報產(chǎn)品專利，對創(chuàng)新設(shè)計成果進(jìn)行保護(hù)，使學(xué)生了解知識產(chǎn)權(quán)的重要性 [7]。

部分課題內(nèi)容可結(jié)合國家、省級各項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽內(nèi)容進(jìn)行，如省級工業(yè)設(shè)計競賽，全國三維數(shù)字化大賽等各類官方比賽，以賽促學(xué)、理論結(jié)合實際，對學(xué)生的理論知識，實操技能、團(tuán)隊合作素質(zhì)等都有較大提升。為了更好地將作業(yè)課題結(jié)合大賽，教師必須在教學(xué)過程中更加注重教學(xué)的前沿性，課題的創(chuàng)新性和學(xué)生作業(yè)方案的可行性，改善教學(xué)手段，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計和團(tuán)隊合作能力，以及在競賽現(xiàn)場的臨場表達(dá)能力。

4.3 以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向建立多元化考核體系

《機械機構(gòu)創(chuàng)新》依據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，開展多層次、遞進(jìn)式實踐教學(xué)，構(gòu)建培養(yǎng)目標(biāo)的多元課程考核體系。課程最終成績評定方式分為理論教學(xué)部分和實踐教學(xué)部分，成績各占50%，具體考核內(nèi)容等如表3 所示。

在課堂教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生課堂參與度，線上線下測試及作業(yè)反饋，掌握學(xué)生對知識點理解程度，及時對教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)設(shè)計進(jìn)行檢討修正，改善教學(xué)效果。

課程總結(jié)及綜合效果評價包含了作業(yè)發(fā)布、學(xué)生自評與互評、教師集體點評、課程組教師總結(jié)，以及課題測試的成績反饋、總結(jié)等。

綜合以上因素，通過課程評價體系形成有效的教學(xué)反饋，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，有利課程的全局掌控、革新，同時激發(fā)教師的積極性，提升學(xué)生的參與度。

4.4 引入智能硬件知識培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科創(chuàng)新意識

隨著5G 時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)發(fā)展，在新工科背景下，《機械機構(gòu)創(chuàng)新》課程部分實踐課題融入智能硬件，將枯燥的機構(gòu)原理賦予智能化、趣味化設(shè)計，強化學(xué)生自主創(chuàng)新意識和設(shè)計興趣。根據(jù)課題要求，學(xué)生進(jìn)行“智能芯”原型搭建，機構(gòu)原理模型設(shè)計與計算，利用三維軟件進(jìn)行外形與機構(gòu)設(shè)計，運用3D 打印或激光雕刻制作實體驗證模型。整個過程中，學(xué)生通過團(tuán)隊協(xié)作完成課題，利用掌握的專業(yè)知識解決設(shè)計中的各項問題，提升了學(xué)生的工程實踐能力。

5 結(jié)語

新工科背景下，應(yīng)用型本科院校工業(yè)設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力是核心目標(biāo)，使學(xué)生能夠達(dá)到社會所需的應(yīng)用型人才要求。以O(shè)BE 為導(dǎo)向，完善工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)方案及課程體系，同時，工程實踐能力教學(xué)建設(shè)要從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和課程評價等方面的改革深入進(jìn)行，從而培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)發(fā)展長遠(yuǎn)需要和區(qū)域經(jīng)濟、社會和文化建設(shè)與發(fā)展戰(zhàn)略需求，具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識、突出的設(shè)計實踐能力和良好的設(shè)計師職業(yè)素養(yǎng)，具備國際視野的應(yīng)用型設(shè)計人才。