工程教育认证背景下机械类专业项目式实践教学体系的构建与实践

徐向伟 姚建涛 金淼 黄华贵

[摘 要] OBE工程教育理念的应用实践有利于建立开放、透明和互认的教育结构，从工程教育认证视角深入分析传统工程教育实践教学体系的问题，依据OBE理念提出了实践教学体系的构建原则，并以机械类专业为例介绍了实践教学目标体系的制定和细化分解。介绍了符合工程教育认证要求的项目式实践教学体系的具体实践情况，并总结了项目式实践教学体系对认证标准中非技术能力指标的培养优势。

[关键词] OBE;项目式教学;实践教学体系

[中图分类号] G642.0  [文献标识码] A  [文章编号] 1005-4634（2020）06-0083-05

0 引言

2016年，我国成功加入《华盛顿协议》国际工程教育组织，标志着我国高等工程教育正逐步与国际接轨。《华盛顿协议》组织缔约国间相互承认经过工程教育认证专业的学生培养实质等效。工程教育认证作为权威且有效的教育评价手段，是国家层面为完善教育质量保障体系而规划实施的重点工作，也是为今后实行注册工程师制度所做的前期准备和铺垫[1]。工程教育认证的核心理念就是OBE（outcome-based education）工程教育理念，即以学生产出导向的工程教育理念，以学生为本、关注学生最终学习成果的教育模式，注重持续改进原则[2，3]。OBE理念的应用实践有利于建立开放、透明和互认的教育结构，也真正地将以学生为本放在整个教育的首位，成果导向教育已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念，被工程教育专业认证完全采纳。用成果导向教育理念引导我国工程教育改革，具有现实意义[4-6]。然而，到目前为止我国高校在实施OBE理念的教育改革中，仍过度关注理论教学范畴的改革实践，实践教学体系还停留在落后过时的状态，亟待进行彻底的梳理和改革。

本文就是在掌握OBE的工程教育理念下，深入调研分析现有工程教育实践教学体系的问题，吸取国际先进教学理念，构建一套OBE理念下反映机械学科特点，基于能力培养的项目式实践教学体系。

1 对比分析传统工程教育实践教学模式的问题

1.1 横向比较

从系统论角度出发，一般来说，高等工程教育包含理论教学体系和实践教学体系两大组成部分，二者具有相对独立性，且各自承担着实现人才培养目标的任务，同时也影响着对方目标的实现。理论教学体系和实践教学体系是有机互动和辩证统一的关系[7-9]，共同组成教学系统的整体。作为相对独立存在的实践教学体系，长期以来未受到足够重视，实践教学改革滞后于理论教学改革。尤其是，实践是工程教育的灵魂，在工程教育中实践教学与理论教学的地位应该同等重要。而现实情况是，我国工科高校普遍忽视实践教学。

1.2 纵向分析

从工程教育认证倡导的以学生为中心、产出导向和持续改进的3大理念出发，传统的"苏联模式"的实践教学体系设计与工程教育认证的要求存在诸多矛盾。

1） 实践教学"教"与"学"的中心矛盾。教学的最终目的是培养人。传统实践教学模式以"教"为核心，以教师为中心，强调知识体系的完整性，注重知识的传授，忽视学生作为主体的能动性。一方面，教师在完成自认为的教学任务后，不关注学生学习成果，学生的实验及实践效果难以保证;另一方面，在以"教"为核心的导向下，机械类专业的实验项目以验证性实验为主，学生按照实验指导书"套路"式完成实验任务，难以锻炼学生解决复杂工程问题的能力，不能完全支撑工程教育认证的指标体系，也缺少对学生创新能力的培养。

2） 实践教学的目标矛盾。传统实践教学的目标以验证理论知识和掌握实验实训技能为主，各实验项目以课程为单元，以满足课程教学目标为导向，而课程之间没有建立系统的培养目标体系，导致实验或实践项目的培养任务不合理、不明确。

2 OBE理念下机械类专业项目式实践教学体系的构建  实践是工程教学的特点和灵魂。构建一套科学高效的实践教学培养体系对整个工程教育的培养质量起着至关重要的作用。

2.1 OBE理念下实践教学体系的构建原则

1） 整体性原则。OBE理念倡导以学生为中心的培养理念，整个教育体系的设计应该围绕学生这个中心，无论是理论教学还是实践教学，都应该紧紧围绕如何培养社会需要的杰出人才这个核心问题。实践教学体系设计要处理好整体和局部的关系，目标是要设计以学生为中心，主动激发学生学习的内在动力，构建实践教学与理论教学相辅相成的新模式。

2） 有序性原则。OBE理念强调产出导向（out-come），整个课程体系的设计以适应社会需求的培养目标为出发点和落脚点，教学计划的组织也是正向设计、反向实施的过程。如图1所示。

3） 动态调整原则。持续改进理念是OBE的核心理念之一，即按照"计划-执行-检查-处理"的戴明循环建立教学质量管理的闭环控制系统。这种循环不是简单的重复，而是通过改进和解决质量问题，从而达到以持续保证和提高质量为目的的螺旋式上升的循环[10-12]。专业的教学体系要根据行业发展现状和教学评价持续地改进实践教学体系及教学内容和方法，以保障其始终與培养目标保持一致。

2.2 实践教学目标体系的制定与细化分解

燕山大学立足河北，面向全国，已形成以工为主，文、理、经、管、法、艺、教等多学科共同发展的学科格局，是致力于以重型机械及装备为优势，多学科协调发展的高水平大学。机械类的人才培养方案体现了在OBE工程教育理念指导下，以学生为中心，以机械行业需求为导向，结合学校办学定位，注重学生的工程意识、素质和实践能力的培养。培养方案围绕机械装备制造工业发展对高素质创新型工程技术人才的需求，依托学校机械学科相关重点学科、重点实验室、国家工程中心、实验教学示范中心以及校外人才培养基地，培养重型机械行业特色鲜明、机械工程基础扎实的工程技术人才。以机械设计及其自动化专业的培养目标为例："本专业旨在培养具有良好的人文素养、学术素养和工程素养，具备较宽厚的基础理论和扎实的机械设计、制造及其自动化基础知识、专业知识与应用能力，具有一定的组织管理能力、不断学习和适应发展的能力、创新精神和国际化视野、团队精神和专业技术能力，能在工业生产第一线从事机械工程及其自动化领域内的设计制造、科技开发、研究应用、运行管理等方面工作的高级工程技术人才"。为适应社会发展需要，结合学校定位与发展目标，燕山大学人才培养方案的制订，更注重知识、能力和素质的协调，更注重创新和国际视野，更注重本专业的机械行业背景和工程技术需求。

另外，工程教育认证要求专业必须有明确、公开的毕业要求，毕业要求应能支撑培养目标的达成。结合通用标准的12条毕业要求，机械设计制造及其自动化专业将12条毕业要求细化为可衡量、可评价的共38条二级指标点。列举其中一条为例：具有运用工程基础知识和本专业基本理论知识解决复杂工程问题的能力，具有系统的工程实践学习经历;了解本专业的前沿发展现状和趋势;掌握扎实的工程基础理论知识，以及机械工程、机械学科的基本理论、基本知识，具有系统的工程实践学习经历;了解本专业的现状、前沿及发展趋势;具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决复杂工程问题的基本能力[13]（对应通用标准3、6）。

2.3 项目式实践教学体系的构建

燕山大学借鉴CDIO工程教育理念和模式，以学生能力为导向，同时兼顾学校的实际情况，构建了以学生为主体，课程项目为基础，专业综合项目为核心，能力导向为主线，全过程管理的项目式实践教学体系，具体如表1所示。

新的项目式实践教学体系增加了单独设课的实践教学学分，理论课课内实践教学学时增加到总学时的1/3以上，用以开展项目式教学、实验及其他形式的实践教学。以轧钢设备及工艺专业方向为例，经过该专业方向全体教师的共同努力，建立了以轧钢设备结构与工艺的设计计算流程为主线、以CAD/CAE技术及轧制实验为依托的项目式课程体系，如圖2所示。项目的实施不仅使学生深入理解了专业的核心知识，更强调对毕业要求中38项能力的培养。同时，项目式的教学极大地增强了学生自主学习的主观能动性，培养了学生的团队合作能力，使学生初步建立起了"工程实践"的概念。

1） 三级项目。三级项目是随课程设计的小型综合性项目，是用不多于3门课程的知识来完成的小型创新设计型项目。以工程机械专业方向的核心专业课程《钢结构设计》为例，为更好地提高课堂教学效果，使同学们对于钢结构的认识更加深刻，经教研室教师一起反复研讨，最终确定了与《有限元原理及应用》课程共同设立三级项目的项目式教学方法，通过课堂知识学习、课下查阅资料、小组讨论、项目制作及PPT汇报等，使学生全面深入地掌握课程内容，并学以致用。该三级项目内容包括：对现有起重运输机械典型钢结构进行调研，每组同学至少调查3种钢结构，对其进行强度分析并提交分析报告;学生在调研的基础上，在教师给定的设计要求范围内，用三维设计技术自行设计一种新型钢结构;学生用有限元分析的方法对每一个方案进行有限元模拟，找出优缺点，最终小组讨论确定最佳设计方案，并对其进行加工，完成加载测试，提交测试报告。该三级项目用到了2门课程的讨论课学时、实验课学时、上机学时以及学生课外调研及撰写报告等共30学时。项目的考核方式结合了学生出勤情况、分析结果、虚拟设计3D模型及二维工程图、钢结构样本的制作及测试、研究分析报告的撰写等各方面情况，2门课程单独设计考核内容并各有侧重。

2） 二级项目。二级项目是综合设计型实物项目，包括专业方向的综合课程设计、专业综合训练和机械设计课程设计项目等。根据专业培养目标及毕业要求，各专业组织开展了专业课程实践教学体系的研讨梳理工作，逐一确定专业实践教学的教学内容和教学方式，形成了各具特色的二级实物项目。

以冶金机械专业方向为例，冶金机械专业以满足社会需求作为确立和梳理人才培养目标的主要依据，以工程教育专业认证和课程规范化建设为抓手，实施基于OBE-CDIO的人才培养模式综合改革，整体推进以项目式实践教学为主线的工程教育改革，建立完善的项目式实践教学体系，加大专业实践教学环节的学时比重，突出学生实践能力与人文素质的培养。冶金机械专业二级项目立足于冶金机械专业的核心专业课，基于《冶金设备及工艺》和《PLC控制技术》课程做方案设计（conceive），基于《弹塑性理论》和《机械系统动力学》课程做结构设计（design），基于《有限元数值模拟技术》和《MATLAB与机械优化设计》课程做建模分析（implement），基于《机械制造工艺学》做加工装配（operate），结合项目的执行周期设计合理的考核节点，学生分小组完成项目的方案确定、可行性分析、成本核算、总体结构及部件和零件设计、加工制作、安装调试和答辩验收，让学生亲自体验了一个项目或产品自设计至生产的完整流程。冶金机械专业方向二级项目培养了学生解决复杂工程问题的能力，使学生深刻理解了专业特色，通过方案设计、可行性分析、成本核算、零件设计和制造、设备安装和调试等环节，使学生掌握了工程设计的基本流程，特别是起到了对工程教育认证毕业要求中非技术能力标准的培养，例如问题分析、创新意识、工程与社会、环境和可持续发展、个人和团队、沟通、自主学习等。

3） 一级项目。一级项目是综合学生4年所学基础知识与专业知识，结合专业特色和行业实际需求的综合型项目，主要由小型综合性项目（侧重基础）和毕业设计项目（侧重专业和综合）组成。小型综合性项目即创新与特长教育（一级项目），为学生在较低年级完成的小型项目设计与制作，即学生认知、创新的启蒙式项目;另一个一级项目即毕业设计，是学生在第8学期综合运用前7个学期所学知识，完成的综合设计型项目。

以机械电子工程专业方向毕业设计一级项目为例。2017年机械电子工程专业方向选取了部分毕业设计一级项目进行了实物制作改革，该项目以行业需求为导向，全部过程由学生组队自主设计完成。整个过程共分3个阶段完成：第一阶段共4周，主要任务是市场调查、方案设计、可行性论证以及开题答辩;第二阶段共6周，主要任务包括零部件采购及加工、绘制电控原理图、元器件选型、零部件加工制造、完成主体装配及中期考核;第三阶段共7周，主要任务包括电控系统硬件装配、设备总装、开发人机交互界面、试运行、撰写毕业设计说明书及毕业答辩等环节。值得一提的是，方案可行性分析环节增加了产品的预算评估以及工程与社会、可持续发展等评估要求;集成装配环节主要锻炼学生的动手能力，同时发现设计中的不足之处，进而完善与培养学生独立解决问题的能力[14.15]。

3 实践成效

对比传统的"灌输式"教学模式，项目式实践教学融合"教、学、做"三者于一体，让学生自己思考、自己设计、自己制作、自我完善，充分发挥了学生的主观能动性，实现了课堂教学的"做中学"。燕山大学自2007年开展项目式教学改革实践以来，取得了良好的教学成果和效果。机械工程学院成功申报了教育部质量工程项目--"学研产互动"与"做中学"创业型人才培养模式创新实验区，并且作为教育部CDIO工程教育模式项目组机械类组牵头单位实施CDIO工程教育改革。在我国开始开展专业认证制度之后，该"项目式实践教学体系"成功支撑机械设计制造及其自动化专业通过了工程教育专业认证。

学生在完成实践项目后也纷纷表示，项目式实践教学给了自己更多的获得感。例如，机械设计专业一名学生在完成毕业设计一级项目实物项目后发表如下感言："本次毕业设计是我首次进行完整综合的机械设计实战演练。"

4 结束语

高水平的课程项目，以及以之为基础的实践教学体系，在学生能力培养上不但贴合行业需求，也为学有余力的学生提供了可拓展的学习平台，实现了以学生为中心的个性化培养。学生通过以项目为载体的实践训练，能够激发学习兴趣，学以致用，更好地掌握专业理论知识，同时，特别有利于培养学生的问题分析、设计/开发解决方案、研究、工程与社会、环境和可持续发展、团队沟通、项目管理和终身学习等非技术因素的能力，实现知识、能力和素质的一体化培养，从而在内涵上达到工程教育认证的要求。

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Construction and practice of project-based practical

course system for Mechanical Majors under

background of "engineering education accreditation"

XU Xiang-wei，YAO Jian-tao，JIN Miao，HUANG Hua-gui

（School of Mechanical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei066004，China）

AbstractThe application and practice of outcome-based education （OBE） engineering education are favorable to the establishment of an open， transparent and mutual acceptable educational structure. From the perspective of engineering education accreditation， this paper deeply analyzes the problem of practical education system in traditional engineering education. According to the OBE concept， the principle of constructing practical education system is put forward. Meanwhile， taking mechanical speciality as an example， the formulation and refinement of the target system of practical education are introduced. Additionally， the concrete implementation of project-based practical education system conforming to the requirements of engineering education accreditation is presented. Also，the training advantages of project-based practical education system in the certification standard of non-technical ability indicators are summarized.

Keywordsoutcome-based education;project-based teaching;practical course system

[责任编辑 孙 菊]