基于OBE理念的機械設計課程目標達成度評價模型構建與實踐

潘 瑩,謝紅梅,梁 策,王 湘

(廣西大學,廣西 南寧 530004)

一、前言

OBE(Outcome Based Education)是成果導向教育的簡稱,是一種以學生為中心、以產出為導向、以持續改進為驅動力的國際先進教育理念,強調以學生的學習成果來評價教學設計和教學目標實施的合理性,也就是從“重視學生學過什么”轉為“重視學生能夠做什么”[1]。在OBE核心理念中,“定義產出”即培養目標的確定,最終要落到課程教學目標的制定上。它是按照自上而下的反向設計路徑,以培養目標(學生畢業五年左右通過工程和社會實踐所能達到的職業或專業成就的總體預期)為最高導向,經由畢業要求和課程關聯矩陣逐層分解、映射得到的;“落實產出”也必然主要落實在課程和課堂教學層面;“評價產出”可以在課程、專業、學校等多個層面進行,但課程評價是基礎。OBE在1981年由斯派蒂(Spady)率先提出后,以驚人的速度獲得了廣泛重視和應用,目前已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念[2]。在教學過程中推行OBE理念可以促進工程教育質量持續提升,從而確保工程專業人才培養質量逐步上升[3-4]。

機械設計課程作為一門專業核心必修課,是機械類相關專業課程體系中的核心課程之一,在培養學生掌握機械設計原理、方法等基本理論知識和具備機械設計能力等方面具有重要的作用。相對基礎課程,機械設計課程更接近工程實際,相對專業課程,機械設計課程有更廣泛的應用面和更強的理論性,在課程體系中具有承上啟下的作用,其學習效果直接影響到后續專業課程學習效果以及學生工程綜合能力的培養質量。如何依據課程支撐的畢業要求制定課程目標并實施,對課程目標達成度進行合理評價,是機械設計課程改革、提升課程教學質量的重要研究內容之一[5-6]。

本文基于OBE理念,以提升學生能力為目標,結合機械設計課程內容和課程特點,探索構建基于OBE理念的機械設計課程目標達成度評價模型,并將模型應用于實際教學中,為教師了解學生對課程目標的掌握程度、找出教學中的薄弱環節、制定課程教學的持續改進措施提供依據。

二、機械設計課程目標與考核方式

(一)課程目標與畢業要求

根據OBE教育理念,構建課程目標達成度評價總體框架如圖1所示。畢業要求是構建課程體系的依據,課程體系是達到畢業要求的支撐。畢業要求必須通過與之相對應的課程體系才能在教學中實現,也就是說,畢業要求必須逐條地落實到每一門具體課程中[2]。

圖1 基于OBE理念的課程目標達成度評價思路或框架

機械設計是工科機械類專業的一門綜合性很強的主要專業基礎課。以先修專業基礎課為理論依托,通過本課程的學習,培養學生綜合應用先修課程的知識,解決具體的機械聯接設計、機械傳動設計和其他一些常用機械的設計問題。本課程為后續的專業課程學習以及掌握有關機械方面的最新科技成果,進行獨立機械設計打下基礎。根據該課程在課程體系中的作用,并結合機械類專業畢業要求,將機械設計課程目標分解為5個子目標。

課程目標1:掌握通用機械零部件的工作原理、結構特點、設計方法和機械設計的一般規律,熟練應用機械工程領域的設計規范和技術標準。

課程目標2:掌握機械產品設計的理論與方法,能夠將這些知識應用于機械零件的設計中,建立數學模型并對模型進行求解。

課程目標3:能夠對具有特定需求的產品或系統的工程技術問題進行提煉和描述,并能合理分析及評價機械工程問題的解決方案,培養學生分析和解決工程問題的實踐能力及開發創新產品的能力。

課程目標4:通過實驗教學實踐,掌握常用機械運動參數的測試技術及機械設備的初步裝配技能。

課程目標5:能完成課程講授和課程設計中的各項個人任務,按要求完成上課出勤、課后作業和相關報告。

這5個課程目標主要支撐畢業要求中的1、2和4三個一級指標點,對應1.4、2.3和4.4三個二級指標點,機械設計課程目標與畢業要求之間的支撐矩陣如表1所示。

表1 課程目標與畢業要求的支撐矩陣

(二)課程考核方式

目前機械設計課程的考核評價,普遍存在重結果輕過程的問題。一方面是期評成績中,過程性考核占比普遍偏低,僅占20%左右。另一方面是過程性考核的形式也比較單一,主要是書面作業和課外實驗。這種以終結性評價為主、過程性評價為輔的課程考核方式并不能有效體現學生的學習過程和成長歷程,忽略了學生的學習態度、學習積極性、進步幅度等方面的表現,不能及時針對學生的變化做出教學內容、授課方式、互動模式等方面的調整,不利于提升課程教學質量。

根據OBE理念,課程考核應當以課程目標為導向,以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內容[7],包括過程性考核和結果性考核。因此,在基于OBE理念的教學改革中,首先,要提高過程性考核成績在期評成績中的占比。借鑒國內多所一流大學,結合學校實際,將機械設計課程的過程性考核成績占比提高至40%。其次,要豐富過程性考核環節形式。除書面作業和實驗外,我們增加了考勤、大作業(綜合性作業)、小測驗、課堂表現等過程性考核方式,如表2所示,即機械設計課程的過程性考核包括作業、實驗、考勤、大作業、小測驗、課堂表現這6種考核方式。由于機械設計課程屬于理論性和實踐性均要求較高的課程,需要較多的課外作業做輔助,課程一般安排10次作業,每次2-3題,作業量大,學生完成作業需耗費一定時間,因此,作業在過程性考核中占比為50%。課程還會安排三個課外實驗,實驗成績占比10%。課堂出勤率體現了學生對待學習的基本態度,課堂出勤率在過程性考核中占比為10%。大作業也稱為綜合作業,是兩三節重點章節的知識匯總,大作業在過程性考核中占比為10%。小測驗主要是以章為單位進行的隨堂測驗,主要目的是促進學生對基本知識點的及時復習,占比10%。課堂表現主要是根據學生在課堂上的專注度、師生互動時回答問題的積極性和回答質量、提出問題時的深度等因素對學生的課堂表現進行總體評價,占比10%。過程性考核即平時成績的各考核環節對各課程子目標的支撐權重矩陣如表2所示。結果性考核即期末考試中各課程子目標的應得分如表3所示。

表2 課程過程性考核環節與課程目標的支撐矩陣

表3 課程期末考試中的各個課程目標應得分

三、基于OBE的課程目標達成評價模型

根據課程體系與畢業要求支撐關系、課程目標與畢業要求指標點對應關系,構建課程目標達成度評價模型。課程目標達成度包括課程子目標達成度和課程總目標達成度,具體計算方法如下。

假設課程有n個課程目標,m個考核環節,定義:

學生的平時成績P為該學生各考核環節成績與考核環節權重的加權和,如式(1)所示。

(1)

學生的期評成績為平時成績和期末考試成績的加權和,如式(2)所示。

Z=P*α1+K*α2

(2)

其中,α1、α2分別為平時成績和期末考試成績在期評成績的占比,有α1+α2=1。從表2和表3可知,機械設計課程中,平時成績占比α1=0.4,期末考試成績占比α2=0.6。

第i個課程子目標達成度Ei如式(3)所示:

(3)

課程總目標達成度EZ如式(4)所示:

(4)

其中,num＿all為學生班級總人數。當EZ≥0.6時,課程總目標達成,否則課程總目標不達成。

四、機械設計課程目標達成評價實踐

(一)課程目標達成度評價值

將上述評價模型應用于學校機械工程學院2020級創培1班共44人的“機械設計”課程目標達成評價中。根據式(1)至式(4),分別計算該班各個學生的平時成績、期評成績和各個課程子目標達成度,則班級的平均期評成績、課程子目標達成度和課程總目標達成度如表4所示。班級各個學生的期評成績以及各個課程目標達成度分布圖如圖2所示。

表4 課程目標達成度情況表

圖2 44名學生的期評成績和5個課程目標達成度分布圖

(二)達成度評價分析

由表4和圖2可知,該班課程總目標達成度為0.76,課程總目標已達成。5個課程子目標達成度分別為0.70、0.76、0.77、0.85、0.85,均已超過達成度閾值0.6,故所有課程子目標均已達成且情況良好。

課程總目標、課程目標M4和課程目標M5達成度完成較好,說明該班級學生整體素質較高、基礎好,班風、學風良好,學生到課率高,上課認真,作業能及時完成,各方面表現都不錯。在試卷難度比普通班難度高20%左右的情況下,及格率和平均分成績均高于普通班學生。從試卷上答題情況看,學生對應知應會的內容掌握良好。

在5個課程目標達成度中,課程目標M1達成度相對較低,可能原因在于理論知識和工程實踐結合較為緊密,不僅要求學生具備機械設計的基礎理論知識,而且要求學生了解機械常見工程應用實例的工作原理。學生工程實踐經驗有限,分析、解決實際問題的能力還不足,不易達到更高的要求。

課程目標M1、M2和M3中,分別有7人、6人、4人的課程子目標未達成,均為重修生。這部分學生普遍存在上課注意力欠佳、跟不上課堂節奏,打瞌睡現象時有發生,作業抄襲現象也比較明顯,在后續課程中對他們要加強學業幫扶。

針對上述問題,在后續教學中,可以在以下四個方面進行改進。

一是強化基礎知識。課堂上加強講授機械設計學科基本知識,幫助學生掌握通用機械零部件的工作原理、結構特點、設計方法和機械設計的一般規律;增加線上自測和隨堂測驗,加強對各章基本知識點的練習,幫助學生強化課堂教授內容。

二是加強理論和實踐相結合。在教學過程中更緊密地結合工程實際應用例子講解零件設計的基礎理論知識,做到理論教學與實踐教學并重,培養學生掌握機械產品設計的理論與方法,能夠將這些知識應用于機械零件的設計中,建立數學模型并對模型進行求解。同時加強實踐環節的訓練,讓學生通過第二課堂、實驗等實踐環節掌握目標點所需要的工程實踐經驗。

三是積極與帶班班主任、輔導員溝通交流,對重修生和部分學習困難生制定幫扶措施,尋找學習困難原因,調整學生學習狀態,培養學生自覺學習的內動力。

四是增加課堂吸引力,拓寬學生的知識面。在現有教材的基礎上結合學生考研或就業需求,有針對性地補充知識、更新內容,及時向學生推薦參考文獻,引導和提醒學生注意課外閱讀學習,注意研究性學習,逐漸培養自己的學術研究興趣,促進分析問題、解決問題能力的提高;任課教師要吃透教材,及時吸收學科前沿知識,進一步提高課堂教學水平。

五、結語

在基于OBE理念的課程評價體系中,課程目標達成度評價是畢業要求達成度評價的基礎,其目的是發現課程教學實施過程中存在的問題。本文以機械設計課程為例,以OBE 理念為指導,結合機械設計課程內容和課程特點,制定了機械設計課程目標,并建立了畢業要求與各課程目標之間的支撐關系,進而設計考核方式。在此基礎上,構建了機械設計課程的目標達成度評價模型,并將模型應用于實際教學中。課程目標達成評價分析結果不僅可以反映學生的學習表現,還可以讓教師根據評價結果,對達成度相對較低的課程目標進行深入分析,查找原因、尋找對策,及時調整教學方法和內容,推進以學生為中心的教學改革,是持續改進理念對課程教學的基本要求,也是保障課程質量持續提升的重要途徑。通過開展課程目標達成評價、聚焦課程目標進行教學設計,保證所有的教學過程可以支撐課程目標達成,并最終將評價結果反饋到下一輪課程實施過程中,形成課程質量的持續改進機制。然而,課程評價方式改革是一個長期而艱巨的任務,OBE也是一種內涵豐富的教育理念,OBE理念如何與機械設計課程教學深度融合,還需要我們不斷地在實踐中探索,才能真正地把OBE理念融入課程評價體系中,最終提升人才培養質量。