基于OBE工程教育理念的机械原理课程教学设计

廖韦

【摘 要】本文分析 OBE 工程教育理念的教学优势，提出工程教育运用 OBE 模式的目标指向，论述基于 OBE 工程教育理念的机械原理课程教学设计，从课程设计思路、教学内容设计逻辑、教学过程设计、考核评估四方面阐述具体的做法，为中职教学提供参考。

【关键词】OBE理念 工程教育 机械原理课程 教学设计

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）34-0110-03

OBE 即成果导向教育（Outcome based education，简称OBE），是在教育质量问责运动及工程人才需求猛增的大背景下诞生的，工业革命后才开始在欧美国家进行应用与推广。OBE 理念强调的是学生必须在毕业时达到专业课制定的教学目标，教学工作及活动都要围绕既定的教学目标来开展。随着工业化推进、技术人才需求增加、技术专业的细化分类，社会对中职人才培养的期望也水涨船高，希望学生群体脱离系统的学校教育后就能够在短时间内适应岗位中的要求与发展。然而目前众多中职学校培养的学生，在实际工作中仍未能达到企业的要求。在这种就业背景下，教学模式和教学方法的改革探索势在必行。

基于 OBE 工程教育理念，确定机械原理课程目标指向，提出机械原理课程改革的基本思路，通过 OBE 模式下的机械原理课程教学设计思路，从产品开发设计过程角度设计课程教学内容、教学过程、考核方式，培养学生机构建模、分析和设计的能力，加强学生对产品开发设计与改进流程的理解以及团队协作的能力。OBE 教育理念的应用，顺应了工程教育改革的发展趋势，能够走出过去工科学校过于看重专业学科的基础性知识、忽视学生个性化发展及工程实践能力培养的误区，实现对现有的课程内容的调整与改革，有效完善中职人才培养体系。

一、工程教育运用 OBE 模式的目标指向

与传统学科教育过于注重基础知识不同，OBE 教育模式更重视学生的实践能力，更能够深入了解学习成果及学习结果之间的关系。学习成果并非单纯的只是学习内容方面的叠加，而是将知识与学生的情感进行整合，帮助学生更好地理解学习结果，让学生能够运用知识来解决现实生活中可能遭遇的工作难题。

从专业的层面来说，相对于其他类型的设计，机械产品设计更为复杂，要求设计者不仅具备专业的机械产品开发设计能力，而且能够了解设计过程中的细节。影射到课堂上就需要学生能够在学习过程中全面掌握所学知识与实际生产过程中的联系，通过项目实践，根据实际需求进行产品开发设计，锻炼基本的工程素养。

机械原理是工程课程中的基础课程，其课程改革工作必须跟相关行业的需求、技术要求挂钩。对此，基于校企衔接而进行的课程设计思路可以从三方面着手。

（一）培养学生机械产品设计的基本能力。基本的设计能力培养是本课程的核心，要求学生不仅掌握相关的理论知识，还能运用相关理论知识进行产品的开发和设计，掌握一定的技术实操能力，对产品开发设计流程有整体观。机械原理课程是对產品运行原理的分析与概括，要求学生掌握机械系统运动与动力学部分内容。而在专业的机械原理课程教学体系中，课程设计需要细化开发设计阶段中不同的内容与方法，形成便于学生内化的知识体系，以便让学生更具体地了解产品开发设计体系，帮助学生将不同的课程内容有效地联系起来。

（二）培养学生关注产品生命周期和可行性的设计理念。象牙塔里的研究是为理想而奋斗的，目标长远，他们的研究是纯理论要素研究。比如，土耳其 Arikan 教授一篇数学论文十年后成就了 5G 技术;20 世纪五十年代，吴仲华教授的三元流动理论为今天航空发动机产业奠定了基础等。每年学校举办的机械产品设计竞赛中，学生的设计也往往更注重运动性方案，而忽略成本和产品使用周期。但职业教育培养的是实用性人才，不能太理想化，产品的生命周期和成本才是企业考虑的重点。因此，需要将产品生命周期及产品成本核算融入机械产品设计课程中。通过设置项目作业，实行校企合作，使学生围绕商业目的学习和研究设计，对具体产品的设计更贴近实用化，帮助学生形成实用性的设计理念。

（三）培养学生灵活利用计算机技术进行产品设计的能力。目前很多设计都是凭借个人的专业经验来实施的，很多学生在设计过程中运用计算机工具与技术的能力较为缺乏，习惯利用经验来进行设计。因此，要通过采用更加量化的设计方法和设计技术帮助学生灵活运用计算机工具进行辅助设计。

二、机械原理课程的教学设计

（一）基于 OBE 模式的机械原理课程设计思路。OBE 理念下，机械原理课程基于内容和基于产出的课程设计，其教学特点和内容设计对比如表 1 所示（见下页）。

从表 1 可知，培养模式将从单纯的知识传授逐渐转变为知识、能力及素养方面的培养。比如，在机械原理课程教学中，“连杆机构传动”这一节基于内容的教学设计是以课程大纲的知识点为主，基于产出的教学设计则从实际应用中连杆机构功能和分析其需求方向开始，从整个设计流程体系来看，基础知识教学、能力培养以及考核三方面缺一不可，不仅要让学生了解并掌握相关的知识点，还要让学生通过项目层面的设计掌握机械设计的流程与方法。

（二）机械原理课程的教学内容设计逻辑。基于机械原理课程的大纲进行基础知识点教学设计是所有职业教育中比较擅长的方式。机械原理课程已经形成了很完善的知识点提炼、教授与考核的方法，以机构结构、建模、设计等机构共性技术为纵向内容，横向以典型机构中连杆、凸轮、齿轮及轮系等基础的结构为例，其教学方法如表 2 所示。

根据 OBE 教学理念设定课堂目标，应该从学生的产品开发设计能力出发，且要在内容设定上增加学生的兴趣。对此，学校可以从设计竞赛、产业环境等方面入手，不断培养学生利用计算机工具及技术的能力，让学生能够独立完成设计或者与团队协作完成设计。

（三）基于 OBE 模式的机械原理课程教学过程设计。信息技术的发展速度太快，传统的“产、学、研”模式赶不上市场需求的发展速度。在机械原理课程不变的情况下，设计内容是一个螺旋上升的过程，需要根据应用范畴进行教学反馈。在 OBE 模式下，学校从培养学生产品开发设计能力角度设定的教学目标分为五个方面：机械系统基本表达、机械系统识别、机械系统定义、机械系统建模分析、机械系统综合分析。

根据以上教学目标，将教学过程分为：激发学习动机——感知教学材料—— 理解教学材料—— 巩固知识经验—— 运用知识经验—— 测评教学效果。

1.从内容设置上为了激发学生学习动机，主要从产业环境、机械设计大赛等方面进行考虑，教学中理论结合实践、教室结合厂房。联系本地区典型产业，如模具、小家電、注塑机等收集典型机构进行分析。

2.感知教学材料，掌握基本知识点。该部分包括机构分析基本方法的掌握、典型机构分析设计能力的掌握以及灵活应用计算机辅助分析、建模、设计的能力。目前学校主要以 Matlab、Adams 和部分 CAE 软件系统辅助机械设计，通过软件辅助从机构运动方程构建、运动方程求解和分析、机构设计等方面进行项目设计。

3.从产品开发设计流程角度设置项目大作业，学生以团队方式通过调研、查阅资料等完成教学材料的理解，提高面向产品设计过程的机构分析能力。

4.设置项目作业，巩固知识经验。学生需要对项目进行规划、完成机构结构建模、方程构建、程序编写、系统分析。通过项目的完成，加深学生对产品开发设计流程的理解。

5.参与机械设计大赛，运用知识经验。学生以团队方式完成大赛作品，提高机械结构创新设计能力以及团队合作、口头和书面表达的能力。

6.最后以综合考勤、听课、项目完成情况等内容的考核方式完成教学效果评估。

（四）基于 OBE 模式的机械原理课程的考核评估。机械原理课程考核内容主要包括机构分析与设计，考试方式包括作业设置、日常测试、期末考试以及团队项目实战等，通过对学生进行综合考核，要求学生能够提交多样化的考核结果。在评价方式上对环节进行规范，并让学生参与到评价中来，强化评价结果的客观性。在一些项目合作中，要让学生进行相互促进的管理。

在 OBE 教育模式中，评估学习产出是极其重要的指标。对学生各项能力做出合理客观的评价，对后续的课程改革有着极大的影响。而机械原理课程的成绩考核应与课程设计所培养的能力相呼应，可细分为：日常成绩、选题成绩、设计成绩以及项目答辩成绩，各部分所占比例和考核依据包括四方面。

1.选题成绩占总成绩的 30%。主要考查学生机械传动系统方案设计的能力。根据设定的任务设计两到三种不同的机械传动方案，每种方案包含两到三种典型的传动机构、四杆以上的连杆机构，通过 PPT 形式能对设计任务进行详细的说明。从方案的合理性、周全性、创新性及实用性四个方面进行综合评分。

2.平时成绩占总成绩的 10%。主要从出勤情况和学习态度两方面进行打分。无规矩不成方圆，良好的出勤率和学习态度是完成任务的基础，能培养学生个人与团队之间的协作能力。

3.学生的设计成绩占总成绩的 40%。主要考核学生基础理论知识的掌握情况及对数据进行分析、解释、灵活运用知识的能力，从学生选择的分析方法、数据分析、模型建立及运动仿真等方面进行打分。

4.答辩成绩占总成绩的 20%。考查团队对整个项目的汇报能力，主要是对个人在团队中的分工及完成情况、自我评价、所负责任务等进行阐述。

综上所述，课程教学本身就是一个持续性的过程，学生是否具备相应的产品开发设计能力，必须从实践的项目中进行检验，且不能单纯通过项目作业来反映，还要以机械竞赛、课程设计及毕业设计等多方面来检验学生对知识掌握的程度及设计能力。OBE 教育理念及教学模式是从学生产品开发设计能力出发，提出机械原理课程的改革思路，并在教学内容、考核内容及持续改进方面等进行重新的规划与设计。OBE 模式强调设计角度及产品的全生命周期，要求学生能够将所有的知识节点关联起来，从实际问题出发来设计产品，注重对学生实践能力的培养。

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[2]何 雪，黄超禹.基于OBE工程教育理念的钳工技能训练分阶段考核模式初探[J].贵州农机化，2020（01）.

[3]张莲洁，孟庆军.OBE教育理念下的工程基础课程改革探索[J].科教文汇（上旬刊），2020（06）.

[4]刘 浩.基于OBE工程教育理念的机械原理课程设计改革分析[J].广西农业机械化，2019（05）.

【作者简介】廖 韦（1985— ），男，壮族，籍贯广西柳州，本科，工学学士，现就职于柳州市鹿寨职业教育中心，研究方向为机械教学。

（责编 罗汝君）