“新工科”下基于OBE模式的機械專業基礎課程群教學新體系研究與實踐

劉新娜，王雪

（哈爾濱理工大學，山東 威海）

當今世界，區塊鏈、云計算等新一代信息技術與智能制造、新材料、量子物理等技術的深度交叉融合，引發新經濟、新產業、新業態和新模式蓬勃發展，與此同時，我國也實施了“智能制造”“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略，新興產業發展急需大批的綜合素質與創新能力兼備的新型卓越工程技術人才支撐，習近平總書記也指出，“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈”。新的人才需求勢必會引起教育的重大變革。

為了支持我國長期的創新能力和社會經濟的可持續發展，2017年2月以來，教育部推動了“新工科”發展戰略[1]。新工科是相對于傳統工科而言的，是以新經濟與新產業為背景的一個動態的概念。新工科一方面要設置和發展一批新興工科專業，并加強建設和提升質量；另一方面要對現有工科專業進行改造升級，基礎課程新體系構建、新評價制度亟待探索。

機械專業作為傳統的工科專業，要求學生具有“良好的工程實踐能力，適應科學技術、工業進步和社會發展需求”——2015版機械設計制造及其自動化專業培養方案，而現有的機械專業基礎課程的教學內容陳舊、授課模式單一、實驗實踐教學方案落后、評價機制框架多年不變，所謂的變革只是局限于改變課時多少、增加課堂演示實例、縮小驗證性實驗比例等范疇，并未將新一輪的產業革命與教學充分融合，工程教育成果明顯落后于新一輪的產業需求。

那么機械專業基礎課程新體系該如何構建？又何以為新？為此，我們以OBE教育模式為導向，以需求引領變革方向，在學校專家委員會和企業行業專家的指導下，圍繞學生的產出和能力培養，對課程內容進行整體優化與資源整合——以《機械原理》和《機械設計》課程模塊為例，產教融合，注重課程間的聯系和綜合發展以及整體效率：①建立基于新一輪產業革命的OBE下的課程標準；②開發符合企業標準的項目化工程案例，將案例通過課程大綱有計劃有步驟的以教學文件形式融入課堂教學內容；③建立網絡化教學平臺；④編寫OBE實驗指導書；⑤建立“三位一體”的OBE評價體系。以兩門課構建的課程模塊兒這個“點”帶動整個課程群這個“面”，探索各門課程之間的協調與合作，追求1加1大于2的優化教學效果。

一 國內外研究現狀

（一） 新時代下高等教育改革國內外現狀

工業4.0時代風起云涌，世界高等教育迎來了變革的新契機，聯合國教科文組織在2015年的研究報告中指出：世界高等教育正在發生革命性變化，并呈現出了“大眾化、多樣化、國際化、終身化、信息化”的趨勢，高等工程教育作為其中重要的組成部分，轉換成為注重實踐的“工程范式”，并時刻瞄準未來的新范式。世界各國都在對新時代下的高等教育改革以及人才培養應具有的能力進行積極探索，并回歸工程本質。

黨的十八大以來，習近平總書記多次指出，未來幾十年，新一輪科技革命和產業變革將同我國加快轉變經濟發展形成歷史性交匯，工程在社會中的作用發生了深刻變化，工程科技進步和創新成為推動人類社會發展的重要引擎。這為工程教育創新變革帶來了重大機遇，但這一機遇不再是簡單地擴大規模、增加專業的傳統機遇，而是倒逼我們反思工程教育、建設“新工科”的新機遇。

但是我國高等工程教育仍然存在很多問題：①知識體系未更新，課程內容陳舊，還未與新一輪產業革命與科技革命的成果進行結合，滯后于市場和產業發展需要；②程體系條塊化、分割嚴重，沒有重視課程之間的融合交叉和關聯，不注重綜合分析能力，對工程應用能力和創新能力的培養更是差強人意；[2]③全球化、網絡化技術轟轟烈烈、如火如荼的蔓延與單一僵化的課堂教學模式形成鮮明的對比；④學生評價機制不科學[3]，單純以考試成績和平時出勤評價學生能力，缺乏過程性考核以對及學生的動手實踐能力的考察，并沒有形成反饋提高的長效機制。

（二） OBE理念的國內外實施現狀

OBE模式是圍繞“預期學習成果”反向設計教學內容、教學模式。《華盛頓協議》各成員國大多數采取基于“學習結果”導向的認證標準，將“畢業生素質”作為各個成員國不同類型工科專業“預期學習結果”的共性和最低要求。加拿大、日本、中國臺灣、中國香港、南非、馬來西亞也都積極進行OBE改革[4]，世界各國的工程教育都在積極推進OBE模式。

2013年汕頭大學實施了《面向工程認證的CDIOOBE工程教育模式》；中國石油大學在《2017版本科培養方案》修訂過程中推進OBE教學改革；2018年武昌首義學院OBE模式教學改革進入全面實施階段；武昌首義學院副校長李桂蘭指出OBE工作是學校開展專業建設和課程建設的有效途徑，OBE工作必須是動態的，結合最新產業革命成果的，將“一直在路上”。

（三） 機械專業課程改革現狀

作為典型的工科專業，機械專業課程也存在前面的共性問題，但在具體內容上差別較大，下面以機制專業《機械原理》《機械設計》兩門課為例進行分析：

《機械原理》《機械設計》是機械類專業必修的重要的專業基礎課，是研究機械的工作原理、構成原理、設計原理與機械組成的學科，而《機械設計課程設計》是緊隨《機械設計》課程之后的實踐性教學環節，是《機械設計》課程的延伸。基于工程教育認證的12條畢業能力要求及課程規劃，這兩門課程需培養的主要能力包括：①能夠針對復雜工程問題給出解決方案，具有設計機械系統、零部件的能力；②能夠采用科學的原理與方法對復雜工程問題進行研究，具有制定實驗方案、進行實驗、處理和分析數據、并通過信息綜合得到合理有效結論的能力；③具備本專業領域內某專業方向所必需的專業知識，了解學科的前沿發展現狀和趨勢；（詳見15版機械設計制造及其自動化專業培養方案）。

《機械原理》課程應當掌握機構構型、運動及動力分析以及在此基礎上達到型綜合的能力；《機械設計》課程則應在《機械原理》對機械系統進行運動及動力分析基礎上，進行分析，綜合，從而進行零部件設計。《機械設計課程設計》就是要學生達到利用科學的方法達到對工程問題進行研究、制訂實驗方案、處理、分析數據并得到合理有效結論的能力，遺憾的是，現行的教學大綱并不能體現出OBE所要求的對工程問題給出解決方案，更不能對復雜工程問題和制定實驗方案以及了解學科的前沿發展現狀了。具體表現如下：

1.內容陳舊，知識體系未更新，與新一輪產業革命并未融合，例如：①《機械原理》運動及動力分析方法重點講解圖解法，重要的解析法卻蜻蜓點水，圖解法已經淘汰，解析法可利用計算機求解，方便快捷，是企業的最新需求；②當前課程內容重點講解凸輪機構、齒輪機構等傳統機構，而串并聯機器人空間自由度的計算、姿態坐標變換、機構設計數值法與計算機編程技術、伺服電機、“擺線針輪行星輪系”和“諧波齒輪傳動”等新知識才是新的工程科技人才必需的知識儲備，才能適應新一輪的產業革命需求。③《機械設計課程設計》依舊是十幾年未變化的帶式輸送機減速器設計，研究對象、實施方案都是現成的，不能達到鍛煉學生的綜合分析能力及實踐創新能力，不能對畢業目標起到充分的支撐作用。

2.內容孤立，條塊化分割嚴重，對綜合分析能力、實踐應用能力和創新能力培養不夠。不僅每一門課程章節孤立，未進行型綜合；同時《機械原理》《機械設計》本就是一體，內在邏輯性強，解決一個工程問題，缺一不可，目前割裂了兩者之間的聯系，亟待進行課程整合，重構課程體系，將這兩門課作為一個課程模塊進行打造，優化專業建設。

3.單一的課堂授課，沒有利用信息化平臺[5]，缺少課程群網站和網絡教學平臺。

4.課程標準不完善，評價機制不科學。目前學生成績評定主要是依據期末考試和平時的出勤情況，并沒有進行過程性考核和實踐能力的綜合評定，并未體現OBE成果導向，缺少市場、學校、學生三位一體的評價體系[6]，也未形成可持續的改進機制。

二 機械專業課程群教學改革

（一） OBE成果導向機械專業基礎課程群新體系建設

圖1 OBE成果導向機械專業基礎課程群新體系建設流程圖

（二） 機械專業課程群教學改革舉措

1.根據最新技術發展和企業需求，優化課程內容。探索各課程之間的協調與合作，研究課程之間的相互聯系，相互支撐，交叉綜合，整合創新課程內容。以《機械原理》和《機械設計》課程為例進行調整。原《機械原理》和《機械設計》課時情況如表1所示。

表1 原課時分配表

課程群理論教學內容具體調整如表2所示。

表2 理論內容調整表

課程群實踐教學內容具體調整見表3。

表3 實驗實踐內容調整表

2.構建明確的、可實施的課程標準。以人才培養為導向，結合專業方向，在專業建設專家指導下與企業合作，根據技術發展與企業需要，構建課程培養體系，建立OBE模式下的各個課程標準，明確課程的基本理念、課程目標、課程實施方案等。

3.在運行中修訂教學大綱，為教學內容安排、教學方法設計、為評價機制和反饋機制的建立確立依據。

4.制作教學微視頻2-3個，建立網絡化教學平臺，建立試題庫。

5.融合企業標準，案例化、工程化、多樣化課程設計題目。基于OBE教學理念，設計不少于10個課程設計題目，且題目具有綜合性，覆蓋《機械原理》與《機械設計》主要內容，結合生產實際，包括2-3中機構構型，有一定的靈活性和創新性，發揮學生的創造力。

6.制定課程與課程設計的考核評價體系與指標，并建立三位一體的反饋機制，形成可持續發展態勢。以OBE結果導向，依據畢業設計要求和課程標準，對案例綜合討論情況、綜合性大作業、綜合實驗等建立過程考核標準，客觀評定學生成績；對考核結果進行分析，并進行問卷調查，從基礎知識、創新性、工程應用等各個方面，建立企業、學校、學生三位一體的反饋機制，制定反饋意見表，形成閉環。

三 結語

哈理工榮成學院機械工程專業群在“新工科”的背景下，結合應用型本科院校的辦學實際，建立緊密對接產業鏈，在深入分析區域行業產業發展背景的基礎上，通過教學體系、教學內容、課程標準、教學大綱、案例化教學、評價體系等方面改革，逐步形成了以產教融合為驅動，體現機械工程專業人才培養需要的專業集群人才培養體系，彰顯了應用型院校深化人才培養體系改革，同時為新工科背景下其他同類院校基礎專業課程群建設提供經驗借鑒。