基于OBE理念的機械裝備設計課程思政教學與實踐

摘要 為培養符合就業市場需求，具有較強機械裝備設計知識和能力，愛國、誠信、勇于擔當素質的新工科創新性人才，對機械裝備設計課程內容與教學方法進行改革與實踐。基于OBE 理念將傳統以加工制造裝備為主的教學內容拓寬到不同行業領域，設計典型機械裝備案例并融入思政元素；利用圖片、視頻等資源與學生展開交流與互動，充分發揮學生的主動性；指導學生針對實際生產問題提出機械裝備設計目標，自由成組開展創新設計；構建綜合考勤、作業、討論，及小組設計成果師生評價結果的考核方法。實踐結果表明，機械裝備設計課程教學在各畢業要求指標點達成度評價超過0.89，達到了課程的建設目標。

關鍵詞 成果導向教育；機械裝備設計；思政元素；課程建設；教學實踐

中圖分類號 S-058 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）08-0275-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.063

Ideological and Political Teaching and Practice of Mechanical Equipment Design Course Based on OBE Concept

XIA Hong-mei， ZHEN Wen-bin

（College of Engineering， South China Agriculture University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract In order to train new engineering innovative talents for students to meet the requirements of the employment market， enhance their knowledge and ability of mechanical and equipment design， possess patriotic， integrity， responsibility and other qualities， the course content and teaching method of Mechanical and Equipment Design were reformed and practiced. Based on the concept of OBE， the traditional teaching content mainly focused on processing and manufacturing equipment was expanded to different industry fields. Typical mechanical equipment cases were designed and integrated into ideological and political elements. Pictures， videos and other resources were used to communicate and interact with students and give full play to their initiative. Students were guided to propose mechanical equipment design objectives according to actual production problems， and carry out innovative design in groups freely. A comprehensive assessment method was constructed for attendance， homework， discussion， and evaluation results of group design. The teaching practical results show that the achievement degree of Mechanical Equipment Design at each graduation requirement index was more than 0.89， which has achieved the goal of course construction.

Key words Outcomes-based Education;Mechanical equipment design;Ideological and political elements;Curriculum construction;Teaching practice

成果導向教育理念 （Outcomes-Based Education，OBE） 是以學生為中心，以學生畢業時預期學習成果為導向，對培養計劃、教學內容、進程和方法等進行持續改進的教育理念，自20世紀80年代在歐美國家興起，已獲得廣泛實施［1］。教育部在2017 年 6 月 9 日，頒布了《新工科研究與實踐項目指南》，提出在人才培養計劃、專業課程建設、教學質量評價等方面進行改革研究，推行工程教育專業認證，以使我國工程教育質量達到國際標準［2］。機械裝備設計是工科機類專業的一門專業課程，是在機械設計基礎、機械CAD/CAM、機械制造基礎等專業課程基礎上，培養學生具備設計、仿真、優化、控制等知識對機械工程領域裝備進行功能需求分析、方案設計、結構與控制設計的綜合性專業課程。依據就業市場對學生在機械裝備設計方面的實際需求，對機械裝備設計課程內容進行調整與優化，對培養具備解決復雜工程裝備設計問題能力的創新性人才具有重要意義［3-4］。

傳統機械裝備設計教學內容以機械制造裝備設計原理為主，包括：切削加工機床、工業機器人、物流輸送裝備、工裝夾具和模具等制造裝備的組成、理論與設計方法。實際生產中的機械裝備除基礎制造裝備外，還包括工農業生產各行業中應用的裝備，如交通運輸裝備、醫藥食品包裝裝備、農業種植與收獲裝備等。擴展“機械裝備”內涵范圍，拓寬學生的專業視野，培養學生對不同行業機械裝備的設計能力，對增加學生在不同行業領域的就業機會具有重要意義［5］。

隨著模塊化、數字化、網絡化、協同化與智能化設計制造技術的發展，各行業機械裝備從傳統自動化向模塊化、柔性化和智能化方向發展，基于視覺技術、傳感檢測技術和智能決策控制技術的各種高精度、高效率新型生產裝備不斷涌現。現有機械裝備設計課程中的設計計算與自動控制技術已難以適應現代企業機械裝備快速、高效開發需求。在機械裝備設計課程教學中進一步融入多學科新技術，從教學內容組織、教學方法與考核評價等方面進行改革，有助于滿足社會和企業對學生機械裝備設計能力的新需求［6-8］。

教育部于2020年5月28日頒布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求充分發揮好每門課程的育人作用，深度挖掘提煉專業知識體系中所蘊含的思想價值和精神內涵，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當［9］。在機械裝備設計課程案例教學內容中融入思政元素，貫穿于案例講授與研討，可增強教學內容的知識性、人文性與引領性，在專業知識教學同時達到育人的效果。

1 課程建設

1.1 建設目標

在知識層面，使學生了解各行業典型機械裝備技術現狀與發展趨勢，掌握各種機械裝備的理論知識與設計方法。在能力層面，培養學生具備綜合應用所學機械設計相關專業知識對不用應用場合下機械裝備進行功能需求分析與設計的能力，提升學生解決實際工程設計問題的能力。在素質層面，引導學生樹立科學精神與工匠精神，培養學生嚴謹、創新與協作的專業素養。

1.2 課程體系

構建課程框架體系如圖1所示，以機械設計、工程力學、機器視覺、數字設計、智能優化、工業機器人、自動控制與智能制造等專業課程知識為支撐，內容包括機械裝備發展現狀與趨勢，不同行業領域機械裝備的類型、技術原理與應用特點等。通過解析典型機械裝備實例的關鍵機構部件、感知技術與控制系統原理，使學生理解和掌握機械裝備的設計進程、內涵與方法。

課程在概述部分介紹國內外重大成套裝備、基礎加工制造裝備和核心部件的技術發展，使學生了解我國機械裝備的現狀與水平。按機械加工制造裝備的發展歷程講解普通切削機床、自動機床、數控機床、加工中心、并聯機床及智能機床的技術原理和應用特點。在對生產作業時間影響最大的物料輸送裝備方面，針對不同物料特性介紹連續供料裝備、間歇供料裝備及單件或散粒物料定量供送裝備的類型、特點與關鍵技術原理。在產品包裝裝備方面，面向不同包裝物料特性與包裝材料特性，講解包裝材料成型機構原理、被包裝物料定量或計數充填機構與原理，裹包與封口機構原理等關鍵共性技術。針對農業采收裝備，介紹基于機器人技術的采收裝備發展歷史與現狀，機械臂、末端執行器、視覺識別系統、柔性抓取系統及路徑規劃控制系統等采摘機器人關鍵技術原理，及采摘機器人在實際生產中的應用情況。

1.3 融入思政元素的教學案例

習總書記在2018年9月召開的全國教育大會上提出教育要在堅定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強品德修養、增長知識見識、培養奮斗精神和增強綜合素質等6個方面下功夫［10］。在機械裝備設計教學中建立理論知識點與立德樹人思政教育的關聯性，落實素質教育在理論教學中的自然過渡融合。在課程概述部分，將我國機械裝備技術特點與美國、德國、日本等發達國家進行對比分析，使學生了解國內外機械裝備的自動化和智能化發展趨勢，認識到我國機械裝備與國外機械裝備尚存在巨大技術差距現狀，激發學生提升自身機械裝備知識與設計能力的責任感和使命感，胸懷為我國機械裝備創新發展努力奮斗的遠大志向。

在不同類型機械裝備教學內容組織中，基于案例教學法、知識關聯法與教師引導法在課堂案例教學中融入6個方面的思政元素，如表1所示。在加工制造裝備方面，以車銑復合加工中心為例，講解國內外機床床身結構、高速主軸、高速進給直線電機、物料裝卸等主要功能模塊特點，激發學生的愛國主義情懷，激勵學生努力奮斗縮小與國外的技術差距；以DELTA并聯送料機器人為例，講解串聯與并聯機構的優缺點，并聯機構在南仁東先生團隊建造射電望遠鏡FAST上的應用，培養學生不懼艱險勇于奮斗的精神；以無人機智能裝配生產線自動檢測協調控制實現各工序協同作業為例，引導學生增強個人綜合素質，培養團結合作的團隊精神。在物料供輸裝備方面，以螺釘自動安裝裝備為例，講解振動有序供送與自動擰緊螺絲機構原理，鼓勵學生辯證思考生產實際問題，勇于探索和創新；以AGV自動導引輸送車為例，講解AGV定位原理，引導學生珍惜學習機會，找準個人發展定位，提高專業綜合素質。自動包裝生產裝備方面，以制袋充填封口包裝設備為例講解我國包裝裝備在控制原理、性能、質量方面與國外先進技術的差距，引導學生樹立以質量為先、精益求精的工匠精神；以硬膠囊生產裝備為例，通過回顧毒膠囊事件倡導學生樹立誠實守信，增強法律意識、環保意識與安全意識。在農業采收裝備方面，介紹我國古代農機具的成就，激發學生堅定理想信念，努力提高解決工程設計問題的能力；對比我國采收機器人與國外技術的差距，激發學生的學習主動性與拼搏創新精神［11-12］。

2 課程教學方法

2.1 教學方法

在課堂教學環節，首先概述各類機械裝備的作業功能、性能要求及國內外發展現狀，再對具體案例進行功能需求分析、結構與控制系統方案分析及關鍵技術原理與方法討論。借助圖片、技術資料、裝備工作視頻等對案例進行講解與討論，使學生主動參與課堂活動，加強師生間的互動交流，充分發揮教師的主導性與學生的學習主體性，提高學生的學習興趣與信心。針對裝備實際應用問題，引導學生進行獨立性與創新性思考，使學生能快速理解和掌握機械裝備設計過程、理論與方法，提高學生分析和解決實際設計問題的能力。思政案例講解中，充分利用網絡與媒體資源來豐富和生動教學內容，激發學生的思想共鳴，鼓勵學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀［13-14］。

在教學實施過程中，以人才市場需求為導向，討論不同行業領域中機械裝備實際應用問題，引導啟發學生思考實際生產與生活中的機械裝備設計功能需求，創新提出設計目標。指導學生利用課外時間組隊開展資料檢索、功能分析、方案設計及結構控制仿真設計，引導學生在設計過程中樹立團隊意識，發揚團隊協作和集體精神，綜合應用前期學習的專業課程知識，完成裝備創新設計任務，撰寫設計說明書，并繪制設計工程圖紙。最后組織學生對設計成果進行整理制作成PPT形式，開展設計成果匯報與討論，通過師生共同對設計方案、設計計算過程及設計圖紙質量進行評價，并從細致認真、求實創新等角度進行思政效果點評，完成對設計成果的綜合評價。

2.2 考核評價方法

課程綜合課堂考勤、作業與討論及期末設計報告結果，依據課程教學大綱和課程的知識、能力與綜合素質教學目標確定評價指標與權重［15］。將思政評價分散到不同考核環節，從課堂參與表現、設計方案創新性、小組協調配合程度、考查匯報表現等方面進行評價，構建考核評價指標體系，如表2所示。

3 教學實踐效果

在2020級機械設計制造及其自動化專業72名學生中實施機械裝備設計課程改革與教學實踐。指導學生從加工制造、生產與生活應用需求角度提出機械裝備設計目標，通過課程教學實踐，部分小組創新設計如圖2所示。圖2a為適用于快速零件加工的便攜可移動3D打印機，圖2b為適于家用的語音控制洗碗機，圖2c為香蕉果柄夾切末端執行機構。教學實踐結果表明，基于案例與思政的教學方法能更好調動學生的主動性，促進學生獨立思考、團結協作，針對實際生產應用裝備問題開展創新設計，達到了設計能力與綜合素質提升的培養目標。

按機械裝備設計課程畢業要求指標點構建課程達標評價準則，分析學生的課程綜合評價成績，結果如表3所示。機械裝備設計課程教學在各畢業要求指標點達成度評價超過0.89。通過問卷調查分析課程教學存在的問題，主要包括少數同學參與積極性不強，自由組合設計小組成員導致各小組在設計思路方法、方案設計與結構樣機設計能力水平上存在一定差異。后續將進一步優化設置教學內容與案例，加強理論聯系實際，提高學生的學習興趣與積極性，激發學生的學習熱情。在分組設計階段，指導學生按各自不同興趣與能力搭配成組，充分發揮各自的能力水平。

4 結語

以培養具備畢業要求的機械裝備設計知識、能力與思想素質的工科專業人才為目標，在機械裝備設計課程中融入成果導向教育理念，構建包含不同行業領域機械裝備內容的課程體系，設計融入思政元素的教學案例，探索以學生為主體的課堂討論活動，引導學生以小組團隊形式開展機械裝備創新設計，制定課堂過程性與期末結果性考核評價細則，按畢業要求指標點對課程的教學實踐情況進行達成度評價，驗證了課程建設的實踐效果。后續將進一步完善課程教學案例與思政元素設計，加強與學生在課堂及分組設計過程中的交流互動。

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基金項目 華南農業大學教學改革項目（JG20187）；廣東省教學改革項目（粵高教函［2020］20號）。

作者簡介 夏紅梅（1975—），女，湖北黃梅人，教授，博士，從事設施農業智能裝備、現代設計理論與方法研究。

收稿日期 2023-06-06