基于工程教育认证理念的机械类实践环节教学方法与评价方式改革

王红军 常城 钟建琳 陈秀梅 王吉芳

摘 要：分析了机械类实践环节教学中存在的问题。基于工程教育理念，构建了机械设计制造及其自动化专业的课程体系与毕业要求支撑体系，依据毕业要求指标点优化教学内容，明确了实践环节的目的和要求。针对实践环节的教学方法和考核方法进行了改革探索，贯彻五段式教学方法，采用尺规法进行评价，培养学生的工程意識和项目管理能力，激发学生的学习主动性，培养学生的工程实践、创新能力以及学生的团队合作精神。基于OBE理念，以制造综合实践课程为例，采用尺规法进行评价，应用于教学质量持续改进。

关键词：机械类专业；实践环节课程；教学方法；尺规法评价；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）01-0013-03

Abstract： The existing problems of practical teaching in mechanical related major are analyzed. Based on mechanical education concepts， the course and graduation requirement systems in two majors， mechanical design and manufacturing and its automation， are constructed， teaching contents are optimized according to the index of graduation requirements， and the practical purposes and requirements are clear. The practical teaching and check methods are reformed and explored； the five-step teaching method is carried out； the rule method is used for evaluation； engineering consciousness and project management skills are cultivated； students 'learning initiatives are stimulated； students 'engineering practices， innovation abilities and their team spirits are cultivated. Based on OBE philosophy， the manufacturing comprehensive practical courses are taken as an example； rule methods are used for evaluation， and teaching qualities for continuous improvement are applied.

Keywords： mechanical related major； practical courses；teaching methods； ruler method evaluation； teaching reformation

2016年6月2日，我国成为了《华盛顿协议》正式成员国，《华盛顿协议》是国际上影响力最大的四年制本科教育学位（学历）国际互认体系。从此我国的工程教育开始与国际接轨，并进入了一个新时代。北京信息科技大学由原北京机械工业学院和北京信息工程学院合并组建，是一所以工学为主体，工、管、理、经、文、法多学科协调发展，培养创新能力较强的高素质应用型人才为主的多科型大学。学校十分重视专业建设，将专业认证作为提升专业建设水平的关键。工程教育专业认证的核心理念是“成果导向（outcomes based education，OBE）”的基本原则。机电工程学院机械设计制造及其自动化专业是我校最早设置实力最强的专业之一。几十年来本专业为我国装备制造业培养了大批高级工程技术人才，在机床行业享有较高的声誉和知名度。基于OBE理念，我们构建了符合工程教育专业认证的专业培养方案，搭建了分层次阶梯式的实践教学体系，包括课内实验、开放式实验、生产实习、课程设计、综合实践、毕业实习与毕业设计等。以学生的能力获得作为评价教学成果的依据，对机械类专业实践环节的教学方法以及考核评价方式进行了有效的改革。

一、基于工程认证理念的课程体系改革

机械设计制造及其自动化专业主要培养在机械工程及相关领域从事机电产品及系统的工程设计、技术开发及生产运行管理等相关工作的应用型高级工程技术人才。学生毕业5年后，预期能够成为机械工程及相关行业的高素质工程应用型技术人才，熟悉本专业国内外最新技术，能够独立解决复杂的工程技术问题。在机械工程或相关领域能独立完成所负责的工作，具有在项目中担任技术骨干的能力和水平。以工程认证标准为核心指导，根据机械设计制造及其自动化专业人才培养目标以及专业多年人才培养经验，根据OBE理念，从专业的培养目标、分解12条毕业要求指标、建立培养目标-能力要求-教学载体-评价措施之间的支撑网络。实践环节是学生获得实践和创新能力的最重要途径。通过各种实验有助于学生对理论知识的理解和掌握，并有助于学生熟练掌握实验原理、方法、仪器使用、结果分析等科研工作知识和规律，能够基于科学原理并采用科学方法对复杂机械工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。同时，通过实践环节，培养学生的工程素养，获得实践创新能力，具有评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。实践教学环节对培养学生的职业规范，团队合作能力，沟通和交流能力，国际视野具有重要作用；通过实践环节，还将使学生理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

二、更新教育理念，培养学生的工程意识和实践动手能力

1. 以学生为中心，实验室及其设备的工程环境构建。目前虽然工科院校的实验室设备能满足专业建设的需要，但是实验室环境的建设、实验人员的数量、素质还远远不能满足要求。存在实验室环境与实际工业环境差距明显、精密设备的校准和检测流于形式，忽视安全教育的问题。按照工程教育专业认证的要求，需要更新教育教学理念。从以教师为中心转化为以学生为中心。树立一切为了学生，为了学生的一切的意识。尽可能为学生提供与行业实际发展相匹配的工程环境，以便培养学生的工程素养和意识。首先应完善实验室的安全标识、规章制度的建设；其次对实验人员进行培训，注重对国家标准和行业规范的更新；并注重检查实验设备的安全使用、保养和维护制度，对于检测设备应按照国家标准进行校准和检测；制定每门课程的安全教育内容并要求对同学进行考核，考核通过后才可以开始课程实验。注重培养学生对专业实验设备规范性使用的能力，要求同学事先预习实验指导书，实验过程中必须独立完成实验操作并熟练掌握规范化操作技能。对于操作过程和规范性进行单独考核。

2. 改变工程实践环节的教学方式和教学方法，从以学科为导向转化为以学生的能力获得为导向。以前实践环节的教学，实验指导教师按照实验指导书进行讲解，学生按照指导书的要求，模拟老师的实验过程并提交实验报告即可。导致学生少思考，主动性差，不明白“为什么要这样做”，与工程教育专业认证标准的要求背道而驰，不能有效培养出国际通认的工程类人才。为学生提供教学大纲，清晰告诉学生，实验的内容、通过实验获得的知识、能力和考核的方式。要求学生首先明确实验的目的、实验的原理、实验的手段和实验步骤，实验的数据采集方式和分析，实验结论的获得并完成实验报告。学生在开始实验之前，以问题为导向，通过学习思考、课前查阅相关资料解决这些问题；在实验课上严格规范地操作设备，获得实验数据，并最后写出规范完整、简洁明了、能够真实反应实验过程和实验数据的实验报告，培养学生严谨的科学态度。

三、面向工程教育，贯穿全过程的“五段式”实践环节教学方法，提高学生创新能力和动手能力，实现技能的培养

以工程应用为导向，不断加强实践教学项目及内容的工程化建设，形成逐次递升的层次化实践教学训练模式。采取“五段式”的学生综合能力教学方法改革，将传统课设与学科竞赛相衔接。从专业认知教育、生产实习、课程设计和毕业设计等贯穿四年的实践环节，开展“五段式”实践环节教学方法。项目选题阶段：学生围绕给定主题，开展调查研究，查阅资料，比较和分析，自主选题，培养学生查阅资料、主动思考和创新思维的能力；方案设计阶段：学生自主形成3人小组，进行角色分工，确定任务和进度，令学生发挥各自特长，分工协作，完成方案设计、经济性分析与可行性论证工作，培养学生项目管理、团队协作、互相协调的能力；模型样机制作阶段：学生将所提出的设计目标，动手完成，以实物的形式提交设计结果，培养学生的工程意识，锻炼学生的工程制作能力；总结归纳阶段：学生对所进行的工作进行归纳总结，撰写总结和实习报告、课程设计说明书、毕业论文，锻炼学生的写作能力、概括能力等；答辩交流阶段：每个学生参加答辩，采用PPT演讲或者口头答辩，老师和学生从进度、质量、沟通表达方面等参与评分，锻炼学生的表达交流能力。通过“五段式”实践环节教学方法与机械设计创新大赛、3维设计大赛、大学生科技创新等相结合，多位同学在全国、北京市机械设计创新比赛、北京市机器人比赛中获得全国、省部级奖项，近三年获得国际国内各类学科竞赛达100余项，学生的创新能力和动手能力得到显著提高。

四、基于工程认证理念的实践环节考核评价方法改革

专业实践环节课程的目的是培养学生的工程实践能力、工程创新能力和灵活运用所学知识分析、解决实际问题的能力。其教学评价方式应该重过程、以促进评价对象发展为根本，不能仅以传统的实验报告和实验结果来对学生进行评价。既要考查学生对知识的掌握程度，又要考核学生的动手操作能力，更应注重学生严谨的科学态度和创新精神。针对实践类教学课程，如课程实验、生产实习、课程设计、设计综合实践、制造综合实践、毕业实习和设计等活动，除了利用成绩分析法之外，为了更好地评价学生在教学过程的表现和成果，设计了针对各种实践教学环节的尺规评价表。由教师按照尺规标准对学生的能力达成进行评价。以制造综合实践为例，给出基于尺规分析法的制造综合实践评价方法。制造综合实践主要目的就是使学生能熟练运用制造装备及自动化课程中的基本理论以及生产实习中学到的实践知识，正确地完成某一典型设备的结构设计、关键件的加工工艺设计等问题，保证设备的设计要求，零件的加工质量；学会使用手册及图表资料。掌握和本设计有关的各种资料的名称出处。能够做到熟练运用；提高数控编程的能力。学生通过对关键件进行数控加工仿真训练，应当获得根据被加工零件的加工要求及已有的数控加工设备，编制出高效、既经济合理又能保证加工质量的数控加工程序的能力。

该课程支撑毕业要求7个指标点。对2013级机1301班的制造综合实践课程作为评价样本，该课程的总成绩为100分，制订尺规价表，将其分为11项，包括毕业要求指标点7个，课程设计的成果质量、设计说明书内容和规范性、进度以及答辩等。将每项评价内容，分为1-2级指标，给出相关的权重值分。如图1所示为机1301班的制造综合实践课程的尺规评价结果。图2是全班所有学生的各个分项的平均值。根据对该班学生的尺规法评价结果，按照学院毕业要求达成评价方法规定，如果课程评价结果为0.7为达成。根据评价结果，在课程设计的持续改进环节，更加注重对学生在设计方案的经济分析和成本比较，设计说明书的撰写方面加强指导。与常用的综合成绩考核法相比，从尺规法将整个过程和相关环节进行逐项分析，对学生能力的获得有了更加直接客观的评价，实现了以学生能力的获得进行评价。实践环节合理考核评价促使学生在完成相关任务过程中有章可循，教师对学生的能力表现评价有章可依，并有效调动学生对实践课程的主观能动性，改善了实践教学效果、提高了学生的实践能力。

基于OBE理念，对实践环节贯彻“五段式”教学方法，采用尺规法进行评价，培养学生的工程意识和项目管理能力，激发学生的学习主动性，培养学生的工程实践、创新能力以及学生的团队合作精神。

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