工程教育认证背景下核电桥式起重机设计的知识图谱构建

张明 李梦丽

[摘           要]  在OBE工程教育认证理念下，深入分析当前工程教育理论与实践教学体系的不足，吸收国际前沿教学理念，构建OBE理念下反映机械设计制造及其自动化专业特点，基于能力提高的面向核电装备行业的知识图谱，有利于实现学生知识、能力和素质的整体培养，从而达到工程教育认证的目的与要求。对本专业设定的12项毕业要求，通过对已有知识图谱案例“核电站桥式起重机设计”的有效学习，可实现7项毕业要求指标点的全支撑，2项毕业要求指标点的部分支撑。今后应继续优化本案例及增加新的案例，并能逐步实现相关案例对毕业要求指标点的全覆盖，使知识图谱学习成为课程学习的有效补充。

[关    键   词]  工程教育认证;机械设计制造及其自动化;核电装备;桥式起重机设计;知识图谱

[中图分类号]  TH122                   [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603（2022）17-0067-03

工程教育认证是一种权威的教育质量评价方法，是国家层面为完善我国高等教育质量保障体系而规划实施的一项重点工作。工程教育认证的核心思想是OBE理念，即以学生产出为导向，重点关注学生的学习效果，注重持续改进。然而，当前我国高校在实施OBE理念的教育改革中，仍然存在过度关注理论教学改革，而实践教学还停留在相对落后状态的问题，因此亟须深化相关方面的改革。

核电作为战略性新兴产业，受到各国的高度重视。核电装备的设计与制造涉及机械设计制造及其自动化专业众多的理论知识与实践能力，蕴含了大量的复杂工程问题。山东是核电装备制造大省，选择核电装备作为目标行业，以核电装备的设计与制造作为着力点，对促进本专业学生培养目标的达成具有独特优势。

一、OBE理念下知识图谱构建原则的确立

知识图谱的构建必须遵循OBE理念，OBE理念以学生为中心，因此，整个教育体系的设计要以学生为中心。知识图谱的设计与构建要处理好整体与局部的关系，目標是设计以学生为中心，能够激发学生的学习动力，构建理论教学与实践教学相辅相成的新型教学模式。OBE理念强调以产出为导向，因此知识图谱的设计要以适应社会发展需求为根本出发点和落脚点，教学计划的组织实施也应该是正向设计与反向实施的过程。持续改进也是OBE的核心理念之一，因此要按照“计划—执行—检查—处理”的循环建立教学质量管理体系的闭环控制。

二、知识图谱的制定与细化分解

工程教育认证要求专业必须有明确、公开的毕业要求，毕业要求能支撑培养目标的达成。结合通用标准的12条毕业要求，本专业将12条毕业要求细化为可衡量、可评价的30条二级指标点。面向核电装备行业的知识图谱构建应选择本专业涉及比较多的知识，知识图谱应依据毕业要求和二级指标点，做到知识图谱中与毕业要求和二级指标点处处有对应，保证按照面向核电装备行业的知识图谱学习后能满足本专业所有二级指标点并达到毕业要求。

三、基于核电装备设计与制造项目的知识图谱构建

学习、借鉴CDIO工程教育理念和模式，以学生能力培养为导向，兼顾本校实际情况，构建以学生为主体、课程项目为基础、综合项目为核心、能力导向为主线，实现全过程监督管理的基于核电装备设计与制造项目的知识图谱。核电装备设计与制造项目的实施不仅使学生深入理解并掌握本专业的核心知识，更强调对毕业要求中二级指标点对应的30项能力的培养。

四、实施案例——核电站桥式起重机设计

桥式起重机是使用范围最广、保有量最大的一种轨道运行式起重机械。本案例主要涉及核电站用桥式起重机的整体设计，重点设计了核电桥式起重机的运行机构与起升机构，主要包括桥式起重机主副起升机构、小车和大车运行机构的整体设计、传动机构的布置、小车和大车运行机构的计算、桥架结构的计算、三维造型结构设计。

本案例主要包括概述、桥式起重机介绍、主起升机构计算、副起升机构计算、小车运行机构计算、大车运行机构计算、桥架结构计算、三维造型结构设计八个一级节点，一级节点下又有二级、三级节点，其图谱结构如图1所示（见文末）。

其中一级节点“概述”对应指标点3.3“能够在社会、健康、安全、法律、文化、环境等因素的约束下，分析与论证解决方案的可行性”、指标点3.4“了解与机械产品设计、制造过程相关的技术标准，能够用图纸、表格、报告、论文或实物等形式，呈现复杂机械系统的设计结果和解决方案”、指标点6.1“基于机械工程领域的相关背景，了解与机械工程相关的技术标准、知识产权、产业政策、法律法规，理解不同社会文化对工程活动的影响”、指标点6.2“能够理解与评价机械制造过程、产品应用等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，并理解应承担的责任”、指标点7.1“能够理解在工程实践中环境保护和可持续发展的内涵和意义，熟悉相关政策”、指标点7.2“能正确评价针对复杂机械工程问题的实际工程实践对环境和社会可持续发展的影响”、指标点8.1“了解国情，具备人文社会科学素养和正确的价值观，具有人文知识、思辨能力、处事能力和科学精神”、指标点8.2“理解机械工程师的职业性质和社会责任，在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范”、指标点10.2“能比较熟练阅读和理解专业外文文献，就专业问题具有跨文化沟通和交流能力，了解机械工程领域的国际发展趋势和研究热点”。281C1894-11D8-4464-A7BE-27C7D0572966

一级节点“桥式起重机介绍”对应指标点2.2“能通过文献研究获得解决机械工程问题多种方案，比较分析所获多种方案的优缺点”、指标点3.1“掌握机械产品设计、制造方法和技术，能够根据需求确定详细的设计目标，了解影响设计目标和技术方案的各种因素”、指标点3.3“能夠在社会、健康、安全、法律、文化、环境等因素的约束下，分析与论证解决方案的可行性”、指标点3.4“了解与机械产品设计、制造过程相关的技术标准，能够用图纸、表格、报告、论文或实物等形式，呈现复杂机械系统的设计结果和解决方案”、指标点6.1“基于机械工程领域的相关背景，了解与机械工程相关的技术标准、知识产权、产业政策、法律法规，理解不同社会文化对工程活动的影响”、指标点6.2“能够理解与评价机械制造过程、产品应用等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，并理解应承担的责任”、指标点7.1“能够理解在工程实践中环境保护和可持续发展的内涵和意义，熟悉相关政策”、指标点7.2“能正确评价针对复杂机械工程问题的实际工程实践对环境和社会可持续发展的影响”、指标点8.1“了解国情，具备人文社会科学素养和正确的价值观，具有人文知识、思辨能力、处事能力和科学精神”、指标点8.2“理解机械工程师的职业性质和社会责任，在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范”、指标点9.1“理解团队合作的重要性，具有在不同的位置上与其他成员协调合作的团队精神和能力，能够在团队合作中进行分工与协作，正确处理个人与团队的关系”、指标点9.2“能够在多学科背景下的团队中，倾听其他成员的意见，主动与其他团队成员开展合作”。

一级节点“主起升机构计算”“副起升机构计算”“小车运行机构计算”“大车运行机构计算”“桥架结构计算”均对应指标点1.1“掌握机械工程领域所需的数学与自然科学知识，并能够理解其如何应用于复杂机械工程问题的描述、分析与求解”、指标点1.2“掌握工程基础知识，能够应用基本理论建立机械工程领域数学模型，并具有分析、解决问题的能力”、指标点1.3“掌握机械工程领域专业知识，针对机电产品和装备的设计与制造过程中的复杂工程问题，能应用数学模型对解决方案进行比较与综合”、指标点2.1“能够将数学、自然科学和机械工程科学的基本原理用于复杂机械设计制造工程问题的识别和表达”、指标点2.3“能够综合运用数学、自然科学和机械工程科学的基本原理和方法，并结合文献分析，对机电产品和装备的设计与制造中复杂工程问题进行分析，以获得有效结论”。

一级节点“三维造型结构设计”对应指标点3.4“了解与机械产品设计、制造过程相关的技术标准，能够用图纸、表格、报告、论文或实物等形式呈现复杂机械系统的设计结果和解决方案”、指标点5.1“了解机械专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性”、指标点5.2“能够选择机械工程实践中所需的现代工程技术、方法和工具，对复杂工程问题进行分析、计算与设计”、指标点10.1“能就复杂机械工程问题，采用口头、撰写报告、工程图纸等方式与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流”。

本案例对毕业要求指标点的覆盖情况如下：毕业要求1、2、6、7、8、9、10中的指标点实现了全覆盖;毕业要求3、5中的指标点实现了部分覆盖;毕业要求4、11、12中的指标点未涉及。通过本案例的知识图谱学习，可有效促进达到部分毕业要求。

五、结语

在OBE工程教育认证理念下，深入分析当前工程教育理论与实践教学体系中的诸多问题，吸收、借鉴国际先进教学理念，构建OBE理念下反映机械设计制造及其自动化专业特点的知识图谱。通过对知识图谱案例“核电站桥式起重机设计”的学习，可对大部分毕业要求指标点的达成实现有效补充，但是对某些毕业要求指标点仅实现了部分支撑甚至完全没有支撑，今后应继续优化本案例及增加新的案例，并能逐步实现知识图谱案例对毕业要求指标点的全覆盖，使案例知识图谱的学习成为课程学习的有益补充。

参考文献：

[1]王玥，赵旎，潘励，等.基于产出导向的遥感科学与技术专业实践教学体系构建[J].实验技术与管理，2016，33（11）：186-188.

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[3]徐向伟，姚建涛，金淼，等.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[J].教学研究，2020，43（6）：83-87.

编辑 马燕萍281C1894-11D8-4464-A7BE-27C7D0572966