基于OBE-CDIO理念的“机械制造基础”课程教学改革

唐 恒 郭 彬 娄 燕 彭锐涛

1.深圳大学机电与控制工程学院 广东深圳 518000；2.湘潭大学机械工程学院 湖南湘潭 411100

一、概述

“机械制造基础”是机械专业学生必修的一门工程实践类理论课程，其内容主要包括铸造、锻造、焊接、车削、铣削、磨削以及特种加工等制造工艺。在学科建设中是连接理论与工程实践的重要桥梁，对培养学生解决实际问题的能力和提高其工程素质具有关键作用[1]。然而，在以教师为主导的传统教学模式中，限制了学生主动思考的积极性。学生们总是习惯于被动学习方式，比如听、读、看演示等，进而忽视了相互讨论、演练以及立即应用等主动学习方式。因此，如何调动学生积极、主动思考成为现阶段教学中不可忽视的难点。国外学者斯派帝[2]首先提出以成果为导向的OBE(Outcome Based Education)模式，他在《基于产出的教育模式：争议与答案》著作中有比较全面的诠释，即要求课程目标、教学方案设计、评价体系和考核标准均聚焦于教学成果。该种模式下，学生在课程开始时就非常清楚需要达到的考核标准，而且老师也需要合理地设计教案以帮助学生达到预期的教学成果。陈红华等[3]将OBE理念融入高校教学评价体系中，构建出以学生为主体的校、院、系三级教学评价监督机制。该机制以过程性评价考核为主，激发了学生创造性思维，可有效提升学生的自主创新能力。尤芳怡等[4]将OBE理念融入翻转课堂、对分课堂等两个慕课平台，构建出以研促教的多维混合教学模式。该模式强调提升老师的科研能力，以研究成果作为教学范例，激发学生对科研的兴趣。卜匀等[5]结合OBE理念以工程专业教育认证为目标，构建以实验结果为主导的教学评价体系。在该体系中，老师充当引导作用，学生自主调研课题，并给出可行性报告，再通过PPT将所学内容分享，这一过程可以显著提高学生学以致用的能力。

在教学方案的设计中，我们采用CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)模式[6]。CDIO模式要求以真实的社会工程环境作为背景来构思和设计符合工程要求的工件图纸，学生通过讨论、独立思考和自主创新来完成整个工件的制造。王尊阳等[7]将CDIO理念融入通信工程导论课程改革，该改革将理论与实践结合，强化考核标准与评价体系，激发了学生对通信工程导论的学习兴趣。鹿德台等[8]结合CDIO理念，以问题案例为主体，引导学生主动探究和积极思考，开发出游戏互动式、团队合作式以及传帮带等混合教学模式，多元化考评结果显示，学生的自主创新能力得到极大提升。林珍伟等[9]将OBE与CDIO理念引入土木工程课程教学中，采用项目驱动战略引导学生积极思考和主动参与工程实践，充分培养了学生的综合创新和工程运用能力。传统OBE理念强调结果为主导，但未细化其产出结果的过程，CDIO理念细化了改革过程细节，且按工程标准验收结果，将OBE-CDIO模式应用到“机械制造基础”课程中，可强化教学方案设计和提升教学反馈机制，有利于开发学生的技术技能、协调管理能力以及创造力[10]。

二、改革流程

OBE理念强调教学方案、教学目标和教学评价体系的设计需要结合教学成果。首先根据教学成果确定教学目标，再进行教学方案的改革。在进行教学方案改革中如果没有标准，则最后的考核就不能保证公平公正。通过结合CDIO理念，以工程标准要求每个过程，例如我们设计的图纸、加工的工件以及每道工序是否符合工程标准。只有严格要求，接下来的工作才能更有意义。OBE-CDIO模式强调学生之间的合作学习，而不是竞争学习，允许学生竞争并不断挑战自己。通过团队合作和其他学习方式，学习能力强的学生会变得更强，而学习能力弱的学生也会得到提高。基于OBE-CDIO理念的“机械制造基础”教学模式如图1所示。该模式不仅方向明确，任务分明，而且细化了构思、设计、实现和运转过程。老师和学生在整个过程中可以进行意见交流和问题反馈，反馈的问题又会重新促进教学方案的优化。评价体系在整个过程中起到关键作用，不仅可以约束学生，还可以约束老师，整个体系的运行在不断改变和优化。

(一)任务分配

在“机械制造基础”的第一堂课中，老师首先需要让学生知道该书所涉及的铸造、锻造、焊接等不同的制造工艺；接着介绍自己的科研项目以及项目中所涉及的机械制造工艺和方法，并将其作为本学期实践教学的一部分；之后再对班上学生进行分组，不同组别负责不同机械零件的制备，且这些机械零件制备方法总体应包括《机械制造基础》教材中所涉及的加工工序；最后告知学生需要通过其中的一些加工工艺独自加工出实物零件，且要严格按照工程标准对零件的质量进行评价和打分。在整个过程中，老师负责答疑解惑，示范各种加工方法，学生则要自主学习和操作机器。

(二)构建教学体系

基于OBE-CDIO理念，在OBE模式中，其第一步的任务分配已经明确了教学成果和课程目标，需要老师进行教学方案的设计。在教学方案设计中采用项目驱动策略，以CDIO理念作为改革思想，这种思想能够最大化引导我们的设计方案接近工程标准[14]。

CDIO模式包含构思、设计、实现和运转四个阶段，前三个阶段构成教学体系[15]。构思阶段需要宏观、综合地考虑什么样的工件可以加工，加工后表面质量是否有利于测定，需要哪些工序以及工序的先后顺序如何安排。构思阶段尤为重要，直接决定了可行性，可以选择与学生讨论，开阔学生的思维。设计阶段一般由老师和学生合作完成，学生需要运用三维建模软件将老师给出的二维任务图转换为三维图，分析加工工艺的先后顺序，给出工艺流程图，并与老师商议是否可行，最后由老师给出工件不同表面加工质量标准。在实现阶段，针对学生的疑问，老师需要运用仿真模拟软件模拟加工过程，并介绍软件的使用。此过程要求老师不可以实物操作，示范之后由学生独立完成。实现阶段对于学生尤为重要，能够引导学生积极思考，不断创新，是培养其技术技能的最佳阶段。

(三)构建评价体系

在运转阶段开发评价问卷系统，同学可以通过匿名评价系统对老师的课程设计方案和教学行为的负责性进行点评。老师通过评价系统看到课程方案评价后可以与学生交流解惑，共同改进和优化设计方案。此外，教师也可以通过评价系统评价学生的认真程度，并在系统上直接给出指导方案和建议，相互促进系统的正常运行。一旦出现不服从安排、恶意破坏系统正常运行的学生，将由学院通过沟通调解给出最优方案。该评价系统总分值为10分，老师可以对每位学生进行点评，评分范围在1～10分，该分数会作为最终评选优秀作品的参考。

(四)多样化教学方式

多样化教学方式是在遵从OBE-CDIO模式的情况下，教师除了可采用数控加工仿真外，还可通过其他方式传授知识。例如，一些涉及实体机器操作的自媒体视频、像UG、Pro-E、CAD等三维建模软件学习视频或一些涉及机械加工公众号等都可作为传授知识的途径，便于学生查阅知识，了解机械加工的基本过程。

三、考核方式

“机械制造基础”传统课堂考核方式为出勤40%，期末考试60%。这种考核方式缺乏全面性，难以对学生综合素质作出很好的评价，难以激发学生参与课堂研讨的积极性。

在OBE-CDIO的模式下，改革后的考核方式可分为工艺工序流程图(15分)、装配图和零件图(15分)、工件外形美观性(15分)、工件质量检测(15分)、PPT汇报(20分)和设计说明书(20分)，具体如图2所示。其中，工艺工序流程图和装配图主要考查学生逻辑思维和基本作图能力；工件表面质量与外形美观性主要考查学生实践能力和运用机床加工的熟练度；PPT汇报和设计说明书主要考查学生语言表达和分析总结能力。这种考核方式改变了以往以期末测试为主导的教育方式，避免了学生在考试周突击学习的行为。注重过程考核，任务需要在课程学习过程中完成，促使学生将任务碎片化，主动划分为不同时间段去完成。成果考核能够帮助学生了解所做项目的主要内容、目标和价值。帮助学生自我检查和评估，了解自身差距，并改善工作成果，从而更好地调动学生的工作积极性，激发学生的潜能，最大化实现其自身价值。

四、结论

以往墨守成规的传统教学实践中，被动的学习模式对学生创造性思维的培养已经表现出严重的不足之处。具体表现为学生的思考能力下降，对于知识的好奇心减少，缺少探索性和创造性，因此也不能发现问题、不能提出问题。成果导向教育创造性地采用“先衡量学生可以做什么”的方法，而不是像传统教育模式中采用的“学生知道什么”模式。例如，传统教育模式会为学生设置几个选项，学生只需要根据记忆选择出正确答案，这种模式忽略了学生的理解能力和认知能力的提升。本文提出的成果导向教育：OBE-CDIO理念以项目驱动为核心，融合了“机械制造基础”中的加工工艺，由学生独立完成提出项目建议、制作项目计划、结合案例研究、讲解设计和制造过程等五项任务，在此过程中学生们提出问题—分析问题—解决问题—展示学习过程。OBE-CDIO理念更关注学生的高阶能力的提升，如发掘学生的创造思维能力、检索信息能力和组织策划能力。对于较难的问题，还可以通过团队的形式去完成。该模式旨在发掘学生的创新性和主动性，将传统被动学习模式转变为启发式、引导式和探索式学习模式。丰富的学习内容和严格的考核标准也有助于学生查找差距，明确人生追求，实现自身最大价值。