基于OBE-CDIO-EIP的機械制造基礎實踐教學改革研究

高山鳳，陳俊君

（山西大學 自動化與軟件學院，山西太原 030006）

機械制造基礎是機械類和近機械類專業本科生、研究生必修的核心課程之一，國內外高校具有工程性質的機械專業均開設了該門課程[1-2]。與理論課程對應的實踐教學環節對機械制造基礎的教學十分重要，除了培養學生的專業實踐能力，使學生能夠利用所學理論知識解決工程實際問題，還能夠培養學生創新意識、團隊合作意識、職業綜合能力和素質。

本文在對目前機械制造基礎教學特點與現狀分析的基礎上，采用OBE-CDIO-EIP 的教學模式對其進行教學改革與創新研究。在教學過程中，以成果為導向，以CDIO 為主線，注重學生綜合能力與素質的培養。同時，將實踐課程分為課程設計與實驗兩個環節，依據山西大學自動化與軟件學院現有的機床設備資源，學生以團隊形式自主完成從零件機械加工工藝規程到零件加工過程實驗方案設計的全部過程。實踐課程讓學生真正將所學知識用于實際工程問題，并通過實驗結果分析方案的可行性與可靠性，有利于充分發揮學生的主動性，除了使學生掌握專業知識外，還可以培養學生的綜合能力和素質；同時，通過對教學方式、教學內容等方面的改革創新，將該課程打造成具有高階性、創新性、挑戰度的“金課”。

1 機械制造基礎課程實踐教學特點與現狀分析

機械制造基礎實踐教學環節的綜合性、實踐性非常強，其授課對象為大學本科三年級學生，要求學生除了具有該課程的理論知識外，還需具有機械設計、機械原理、畫法幾何與機械制圖等專業知識，以及計算機、物理、力學、材料等多門學科的理論知識。隨著新技術的不斷涌現，企業對于具備工程實踐能力、創新能力、團隊協作能力、終身學習意識等綜合能力和素質的復合型人才的需求更加迫切[4-5]。因此，該實踐課程不僅需要承擔培養學生靈活利用所學知識解決工程實際問題的工程實踐能力的任務，而且還需要承擔培養學生綜合素質的任務。

機械制造基礎是機械類專業的核心課程，教學體系較為完善。但是，社會的不斷發展和技術的不斷進步，促使行業及企業轉型升級，在這種背景下，高校人才培養目標定位、專業發展都需要相應改革。因此，傳統的教學方法亟須改進，傳統教學模式的不足之處主要有以下幾點：

（1）教學活動以教師為中心。在傳統教學模式下，教師指定零件圖，學生依據圖紙完成設計報告。此種教學模式導致學生缺乏學習興趣和創新意識，教師在教學過程中較少與學生進行互動交流，學生的設計成果缺少創新性，答辯過程中一些學生表現為“知其然而不知其所以然”，對設計內容和相關理論知識的理解不透徹。

（2）課程難度低，缺少挑戰性。以往的實踐課程僅指課程設計環節，主要教學內容為學生依據零件圖進行零件的機械加工工藝規程設計。然而，一些學生在完成設計方案時，并未充分考慮實際的加工條件，設計完成后對于設計方案的可行性未做深入分析，同時缺少實驗與數據分析環節；課程內容多，但難度較低，缺少挑戰性，學生的學習興趣不高。

（3）教學模式單一，課時少而內容多。傳統的實踐教學采取線下方式，而零件機械加工工藝規程涉及的內容多、課時少，在一定程度上影響了課程實踐的效果。

（4）思政元素融入缺乏系統性。該課程雖然蘊含著豐富的思政元素，但在傳統的實踐教學過程中，教師未將思政元素系統融入實踐環節，導致課程思政不系統、不深入。

2 教學改革方法與實施要點

2.1 基于OBE-CDIO-EIP 教學模式的培養目標

教學改革方法能夠有效實施的關鍵是明確培養目標，本文基于OBE-CDIO-EIP 人才培養理念以及本專業培養應用型人才的定位，從知識、能力、素質和思維等方面制定課程目標，如表1 所示。從實踐準備、實踐過程、成果展示到課程評價等環節均以學生為中心，成果形式主要有：機械加工工藝規程設計報告、零件與毛坯的三維建模和工程圖、零件主要工序尺寸加工方案分析、方案改進說明、團隊成員分工明細等。

表1 課程培養目標

2.2 教學改革方法

為了解決工科核心專業課程在教學過程中存在的問題，實現高質高效的教學，學者提出了項目驅動教學的方法[3,6]、將思政教育融入課程教學[7]、采用多元興趣驅動[8]的教學改革、基于成果導向（Outcome-Based-Education, OBE）理念[9-11]教學模式，以及SPOC 教學方法的探索與改進[12-13]。

成果導向教育（OBE）是以學生通過課程學習所取得成果為導向的教育理念，是將學科導向轉變為目標導向、以教師為中心轉變為以學生為中心、質量監控轉變為持續改進[14]。CDIO 是指構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它是以工程設計到工程運行管理的生命周期為載體，以設計為導向，讓學生構思、設計、建造和運作；注重培養學生的團隊合作能力、創新能力、科研能力和綜合工程能力。EIP 是指道德（Ethics）、誠信（Integrity）和職業（Professionalism），強調在學生培養過程中注重道德情操、誠信、職業素養的培養。以上三種教學理念是目前較為先進且被廣泛應用的教學理念，三者各有優勢，并且教學理念是可以相互融合、相互促進的。然而，如何將三者有機融合，從而達到更好的教學效果，是本文研究的重點內容。在此基礎上，本文的設計思路為：以OBE 為導向進行教學設計，即在課程開展之前，教師需要明確以下幾點：通過課程學習學生將獲得什么能力？獲得什么成果？成果質量如何評價？在項目實施過程中以CDIO 為主線，引導學生主動完成構思、設計、實施和運行等環節；在課程進行的全過程以EIP 為思政主線，培養學生的職業素養。

2.3 教學改革的主要內容

在近幾年的教學過程中，課題組教師根據教學效果，以及新工科發展對人才培養的要求，對該實踐課程的教學方法不斷分析與總結，對培養方案和教學過程設計持續改進。將原來64 課時理論課+1 周課程設計，調整為56 課時理論課+4 課時實驗+1 周課程設計。在滿足理論學時以及專業培養方案的前提下，盡可能地提高了實踐環節的課時比重。教學過程設計的改進方案主要有：

（1）選題方式。由教師指定課題轉變為學生自選課題，教師審核；學生依據現有生產設備，通過查閱資料、分組討論的形式，完成課題的選擇；增加了課程的難度，選題過程需要具備扎實的理論基礎，以及多學科綜合專業知識，同時有利于培養學生的團隊意識，調動學生的積極性。

（2）課程內容。改革后的機械制造基礎實踐內容包括課程設計與實驗，由單純的零件加工工藝規程設計，調整為以實際加工條件為基礎，完成零件的機械加工工藝規程方案設計的相關內容，同時完成加工誤差與加工成本分析，并對機械加工工藝規程的設計方案進行深入分析。

（3）線上線下混合教學，拓展教與學的時間和空間。教師在線下線上的理論教學與答疑過程中，逐步融入實踐環節的內容，引導學生完成選題與方案制定；要求學生課下通過線上教學資源，搜集相關資料，提前制定實踐方案。

（4）考核評定方式。由教師評定考核結果轉變成多元化的考核方式，具體為：首先團隊間互評，其次團隊內部互評，最后教師依據成果質量和學生評價結果給予每一位學生最終的考核成績。這種評價方式提高了學生的課堂參與度，達到了師生共建課程的目的。學生分組完成方案設計時，除了提交設計報告，還需要提交設計方案改進過程的詳細說明，以及團隊成員分工明細，目的在于培養學生主動思考能力、創新能力與團隊合作能力。

（5）明確思政教育目標。以EIP 為主線，以培養學生職業道德、職業規范和職業精神為目標，并將其納入學生最終成績的考核中。

2.4 教學改革方法的實施要點

教學改革的指導思想是：以成果為導向，以項目為主線，以EIP 為思政目標，并將三者有機融合，進行教學改革，其實施過程如圖1 所示，主要實施要點為：

圖1 教學改革的實施方案

（1）以OBE 為導向設計教學過程。在課程教學開展前，教師以OBE 為導向，明確學生從課程中將要獲得什么，如何獲得，以及目標達成的評價形式與標準是什么。該實踐課程需要通過“課程設計+實驗”環節，使學生獲得知識、能力、素養和思維等方面的同步提高；獲得方法主要以CDIO 為項目主線，采取的教學方式為線上線下混合式教學。

（2）以CDIO 為主線，并以課前、課中、課后三段式模式展開。即解決“如何做”的問題。課前，教師引導學生進行思考、構思，通過小組分工、查閱資料、教師線上線下輔助等方式，同時借助多維教學資源平臺，選定設計對象；課中，學生修訂并確定設計方案，最終完成全部的設計內容；課后，學生通過團隊互評、成員互評等環節提升自己，教師依據課程實踐過程和教學效果進行教學反思，明確改革的效果以及存在的問題，為課程持續改進提供依據，并形成閉環的教學設計。

（3）EIP 教學理念的實施。在教學過程中，教師以EIP 教學理念為主線，挖掘課程中的思政元素，同時要求學生在實踐過程中堅持EIP 理念。如：在設計過程中引導學生正確理解團隊合作的意義，產生“1+1 大于2”的效果；在設計方案確定過程中，教師需要引導學生逐步完善方案，培養學生創新意識與精益求精的工匠精神；在設計報告撰寫、建模以及實驗過程中，要求學生規范撰寫與操作行為，培養學生重視職業規范的意識。

（4）理實一體。在項目實施過程中，教師將課程設計與實驗環節有機融合，讓學生利用所學理論知識，完成從選題、方案設計到零件加工方案實施效果分析的全部過程，同時實驗環節的結果與分析是檢驗課程設計成果質量的標準之一。

在實踐課程的實施過程中，教師依據本專業培養方案與本校現有的機械加工設備條件，引導學生合理選擇設計對象，完成零件機械加工工藝規程的設計。通過實驗環節驗證方案的科學性與合理性，理論和實踐相結合有利于學生深入理解相關理論專業知識，提高學生的綜合能力與素質。

3 改革效果

課程目標達成評價的科學性與合理性直接影響課程的最終評價結果，以及課程改進措施的提出與執行。機械制造基礎實踐課程為獨立的課程，其考核目標分為素質、能力、知識三部分，考核方式為教師評價+學生互評。各部分考核內容依據表1 中的培養目標。

圖2 為近三年學生素質、能力和知識三個目標的最低達成度，其計算方法為：目標達成度=每一項學生所得均分/該項預期值×權重，并將各相關項求和。通過數據分析可知：通過教學方法的不斷改革可以有效促進學生培養目標的達成。

圖2 近三年學生培養目標達成評價對比

4 結語

在機械制造基礎實踐課程的教學中，通過對近幾年的教學改革與教學效果的總結，提出了基于OBECDIO-EIP 的教學方法，做到以學生為中心，通過項目引領激發學生的學習興趣，培養學生解決實際工程問題的科學思維和工程思維，并以線上線下混合教學方式開展課程教學。通過對課程目標達成度的分析，說明該教學方法可以有效提高教學效果，學生的認可度也較高。