基于OBE理念的機械類專業課程改革與實踐*
——以“機械裝備設計”課程為例

張鎖榮 ， 劉凱磊 ， 康紹鵬 ， 陳國炎

（江蘇理工學院機械工程學院，江蘇 常州 213001）

0 引言

《華盛頓協議》于1989年由來自美國、英國、加拿大、愛爾蘭、澳大利亞、新西蘭6個國家的民間工程專業團體發起和簽署，該協議主要針對國際上本科工程學歷資格互認，確認由簽約成員認證的工程學歷基本相同[1]。2016年，中國成為《華盛頓協議》正式成員，標志著我國高等教育對外開放向前邁出了一大步，我國工程教育質量標準實現了國際實質等效，同時，對我國的工程教育工作也提出了更高的要求[2]。

以學生為中心（Student Centering）、成果導向（Outcome-based Education）、持續改進（Continuous Quality Improvement）是工程教育專業認證的三個理念，簡稱為“OBE理念”?！癘BE理念”強調在整個人才培養過程中以學生為主體，將成果作為導向，最終對所有的培養環節進行持續改進[3]。

通過工程教育專業認證使高校的辦學定位及人才培養方案規范化，彰顯各高校的辦學特色，提升專業高等工程教育的國際競爭力。自從“OBE理念”引入我國以來，許多高校在人才培養、課程建設、教學質量評價、師資隊伍建設等多個方面進行了教學改革研究，取得了豐碩的成果[4-10]。

近年來，江蘇理工學院機械設計制造及其自動化專業根據“OBE理念”，積極地進行了課程改革與探索，以機械類專業核心課“機械裝備設計”為例，從課程目標、教學內容、教學方法、課程考核與達成情況評價等方面進行教學改革與實踐，使學生能夠解決機械工程領域的復雜工程問題，初步具備一定的機械裝備設計能力，為后續專業課程的學習和今后從事本專業工作打下一定的基礎。

1 課程簡介

“機械裝備設計”是機械設計制造及其自動化專業緊跟國家發展戰略步伐，面向高端裝備制造業的一門重要的專業核心課。該課程是學生在完成學科基礎課的基礎之上，以高檔數控機床、自動化成套設備、智能儀器儀表、關鍵基礎零部件等高端裝備為設計對象，采用先進設計方法，使用現代工程工具和信息技術工具，進行機械結構設計、運動仿真和有限元分析等，從而培養學生文獻查閱、問題分析、機械設計、強度校核等方面的能力，為后續畢業設計及今后從事本專業工作打下良好的基礎。

“機械裝備設計”是機械設計制造及其自動化專業課程體系中的一門重要的支撐課程，在人才培養體系中用于支撐畢業要求中的4個指標點，分別為畢業要求1（工程知識）的指標點1-4、畢業要求2（問題分析）的指標點2-4、畢業要求3（設計/開發解決方案）的指標點3-3和畢業要求10（溝通）中的指標點10-1。

2 課程目標

根據學校辦學定位和區域經濟發展對專業人才需求、社會經濟發展需要等，制定了專業人才培養目標，并采用問卷調查、走訪、座談等方式，主要從專業培養目標與社會經濟發展需求、科學技術發展需求、行業企業對人才培養的需求、學校定位與發展吻合度、學生和家長期望等方面進行了培養目標的合理性評價，最終確定了專業人才培養目標。根據培養目標，結合“可衡量”“支撐”“覆蓋”等原則，制定了12條畢業要求，將12條畢業要求分解成33個可落實、可評價的畢業要求指標點，每個指標點由3~5門課程支撐，根據“一一對應”原則，由畢業要求指標點確定每門課的課程目標。

“機械裝備設計”的課程目標與畢業要求指標點的對應關系如表1所示，該課程有4個課程目標，分別與畢業要求4個指標點對應，當課程目標達成時，則可支撐畢業要求的相應指標點。根據表1的4個畢業要求指標點的具體內容，確定本課程的課程目標，具體課程目標如下。

表1 課程目標與畢業要求指標點的對應關系

課程目標1：了解高檔數控機床、自動化成套設備、智能儀器儀表、關鍵基礎零部件等高端裝備的作用、分類、組成和特點，掌握機床、自動化設備、智能儀器儀表等設計方法和步驟，并能夠將專業知識和數學模型方法用于機械裝備的設計與改進。

課程目標2：能根據具體工況需求，確定機械驅動方式，選用相關機械零部件，查找相關文獻，分析各個工作機構，并計算相關參數，獲得機械裝備設計的影響因素，從而完成機械裝備零部件設計。

課程目標3：能夠針對機械裝備設計過程中的復雜工程問題，完成具體解決方案，并能用圖紙、報告等形式呈現設計成果，而且在設計過程中，能夠采用現代工具進行計算、仿真、模擬等，并且體現創新的意識。

課程目標4：能闡述機械裝備設計原理、方法等，就相關專業問題，通過口頭、文稿、圖表等方式，準確表達自己的觀點，回應質疑。

3 教學內容

基于“OBE理念”圍繞著本課程的4個課程目標選定了相應的教學內容，共包括5部分內容，分別為：（一）緒論，主要內容包括高檔數控機床、自動化成套設備、智能儀器儀表、關鍵基礎零部件等高端裝備的作用、分類、組成和特點；（二）機械裝備設計方法，主要內容包括機床、自動化設備、智能儀器儀表等的設計方法和步驟；（三）機械裝備零部件設計，主要內容包括驅動系統零部件設計、傳動系統零部件設計、執行機構零部件設計等；（四）機械裝備有限元分析，主要內容包括材料特性、網格劃分、邊界條件、后處理等；（五）典型機械裝備實例設計，主要內容包括機床夾具設計、自動化生產線設計、智能儀器儀表設計等。為了實現教學目標，將課程目標與教學內容進行對應，如表2所示。

表2 教學內容與課程目標的對應關系

課程目標1主要是培養學生掌握工程知識能力，因此，與（一）和（二）章節內容對應；課程目標2是培養學生對機械裝備進行問題分析的能力，主要為（三）和（五）章節的內容；課程目標3是培養學生機械裝備設計、開發能力，并且能夠用現代工具進行模擬、仿真等，主要為（四）和（五）章節的內容；課程目標4是培養學生溝通與交流能力，主要涉及（三）、（四）和（五）章節的內容。

4 教學方法改革與實踐

4.1 教學方法安排

根據教學內容，采用課堂講授、小組討論、翻轉課堂、項目教學、現場答辯等多種教學方法相結合的方式進行教學，從而提高教學效果。教學內容與教學方法的對應關系如表3所示。

表3 教學內容與教學方法的對應關系

教學內容中的（一）和（二）屬于概括性、總結性的知識內容和理論性較強的設計方法內容，所以采用課堂教授為主、小組討論為輔的教學方式進行教學；（三）和（四）屬于具體的機械裝備設計、有限元分析方面的內容，采用課堂講授為主，在課堂中穿插小組討論，在零部件設計、網格劃分等章節內容方面，采用翻轉課堂的方式進行教學；（五）典型機械裝備實例設計是整個課程內容的總結，通過課堂講授一個完整的機械裝備實例的設計流程、步驟、方法等，然后，通過項目教學、現場答辯的方式讓學生完成一個具體的工程實踐項目，從而培養學生的動手實踐能力和團隊合作意識。

4.2 教學方法實現

1）課堂講授：針對課堂講授的知識內容，要求講課教師“以學生為中心”進行講解，將理論知識與工程實踐進行有機結合，突出工程應用的重要性。

2）小組討論：在課堂講授、翻轉課堂、項目教學等過程中，均可穿插小組討論，要求學生發揮想象力，以3人左右為一組進行討論，通過小組討論激發學生學習熱情。

3）翻轉課堂：針對具體章節內容，要求學生在課后時間通過網絡講座、慕課視頻、電子課件、教材等方式自主學習，在課堂上通過學生講解、課上交流、實踐活動等方式完成相關章節的學習。

4）項目教學：針對“典型機械裝備實例設計”章節，把學生分為3~5人一組，每組負責完成一個機械裝備設計類題目，設置組長1名、組員若干名，組長負責分配任務、協調組織、總體設計等工作，組員負責完成具體設計、有限元分析、運動仿真等工作。

5）現場答辯：采用PPT匯報的方式對項目教學的成果進行驗收，每組選派1名同學進行項目匯報，包括項目背景、技術要求、總體設計、零部件設計、有限元分析等，2~3名講課教師組成答辯小組進行現場答辯，并給出現場答辯成績。

5 課程目標達成情況評價

5.1 課程目標考核

本課程共有4個課程目標，根據課程目標、教學內容、教學方法等，設計課程考核環節，課程目標與課程考核環節的對應關系，如表4所示。課程目標1主要是了解高端裝備的作用、分類、組成和特點，以及掌握機械裝備設計方法和步驟，因此，采用平時作業、課堂表現、實驗考核、期末考試四個考核環節進行考核。課程目標2主要是根據具體工況需求，查找相關文獻，分析并計算相關參數，從而完成機械裝備零部件設計，因此，仍然采用平時作業、課堂表現、實驗考核、期末考試四個考核環節進行考核。課程目標3主要是采用現代工具進行計算、仿真、模擬等，完成機械裝備設計，并能用圖紙、報告等形式呈現設計成果，因此，針對此課程目標，主要采用仿真報告、工程圖紙、設計資料等方式進行考核。課程目標4主要是闡述機械裝備設計原理、方法等，通過口頭、文稿、圖表等方式，準確表達自己的觀點，回應質疑，因此，針對此課程目標，主要采用現場答辯進行考核。

表4 課程目標與課程考核環節的對應關系

5.2 達成情況評價與分析

本課程考核分別采用了過程考核、項目考核、實驗考核和期末考試進行考核，成績占比分別為15%、30%、15%和40%。其中，過程考核分為平時作業和課堂表現，比例分別為10%和5%；項目考核分為報告圖紙和現場答辯，比例分別為15%和15%。

課程目標達成情況評價主要是按課程目標1、課程目標2、課程目標3和課程目標4的達成度計算，具體計算方法如下：

根據“機械裝備設計”課程最近一次考核成績，計算可知，課程目標1的平時作業平均得分為4.15、課堂表現的平均得分為1.63、實驗考核平均得分為4.02、期末考試的平均得分為16.38，經過計算可得：

根據同樣的計算方法可得，課程目標2達成度為0.825、課程目標3達成度為0.733、課程目標4的達成度為0.852。通過分析課程目標達成度可知，課程目標1和課程目標2主要考核的是機械裝備設計的知識掌握情況，相對較好；課程目標3的達成度最低，為0.733，主要原因是學生所提交的報告、圖紙、模擬仿真結果等仍然存在一定問題，且規范性方面有所不足，所以導致該課程目標達成度較低；課程目標4的達成度最高，說明學生對現場答辯比較認真，答辯效果較好。

由于課程目標1、課程目標2和課程目標4的達成度均在0.8以上，達成情況較好，課程目標3的達成度低于0.75。因此，在下一輪的教學中，應當在項目教學過程中，針對錯誤較多、規范性較差的小組，根據具體問題，開展針對性指導，從而提高課堂教學效果。

6 結語

“機械裝備設計”是機械設計制造及其自動化專業一門重要的專業課程，在課程體系中具有強支撐作用。課題組根據該課程對應的畢業要求指標點，確定了四個課程目標，圍繞著課程目標，選定了五部分教學內容，并采用了多種教學方法進行教學，最后，分別采用了過程考核、項目考核、實驗考核和期末考試四種方式對各個課程目標進行了針對性考核。從最終教學效果來看，在項目考核環節，由于學生缺乏實際工程經驗，在報告、圖紙、模擬仿真結果等方面出現了一些問題，導致課程目標3達成度較低，與實際教學情況相符，因此，課程目標達成情況較好地反映了實際教學效果，可以在下一輪教學中有針對性地進行持續改進。