基于OBE理念的机械类专业课程改革与实践*——以“机械装备设计”课程为例

张锁荣 ， 刘凯磊 ， 康绍鹏 ， 陈国炎

（江苏理工学院机械工程学院，江苏 常州 213001）

0 引言

《华盛顿协议》于1989年由来自美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚、新西兰6个国家的民间工程专业团体发起和签署，该协议主要针对国际上本科工程学历资格互认，确认由签约成员认证的工程学历基本相同[1]。2016年，中国成为《华盛顿协议》正式成员，标志着我国高等教育对外开放向前迈出了一大步，我国工程教育质量标准实现了国际实质等效，同时，对我国的工程教育工作也提出了更高的要求[2]。

以学生为中心（Student Centering）、成果导向（Outcome-based Education）、持续改进（Continuous Quality Improvement）是工程教育专业认证的三个理念，简称为“OBE理念”。“OBE理念”强调在整个人才培养过程中以学生为主体，将成果作为导向，最终对所有的培养环节进行持续改进[3]。

通过工程教育专业认证使高校的办学定位及人才培养方案规范化，彰显各高校的办学特色，提升专业高等工程教育的国际竞争力。自从“OBE理念”引入我国以来，许多高校在人才培养、课程建设、教学质量评价、师资队伍建设等多个方面进行了教学改革研究，取得了丰硕的成果[4-10]。

近年来，江苏理工学院机械设计制造及其自动化专业根据“OBE理念”，积极地进行了课程改革与探索，以机械类专业核心课“机械装备设计”为例，从课程目标、教学内容、教学方法、课程考核与达成情况评价等方面进行教学改革与实践，使学生能够解决机械工程领域的复杂工程问题，初步具备一定的机械装备设计能力，为后续专业课程的学习和今后从事本专业工作打下一定的基础。

1 课程简介

“机械装备设计”是机械设计制造及其自动化专业紧跟国家发展战略步伐，面向高端装备制造业的一门重要的专业核心课。该课程是学生在完成学科基础课的基础之上，以高档数控机床、自动化成套设备、智能仪器仪表、关键基础零部件等高端装备为设计对象，采用先进设计方法，使用现代工程工具和信息技术工具，进行机械结构设计、运动仿真和有限元分析等，从而培养学生文献查阅、问题分析、机械设计、强度校核等方面的能力，为后续毕业设计及今后从事本专业工作打下良好的基础。

“机械装备设计”是机械设计制造及其自动化专业课程体系中的一门重要的支撑课程，在人才培养体系中用于支撑毕业要求中的4个指标点，分别为毕业要求1（工程知识）的指标点1-4、毕业要求2（问题分析）的指标点2-4、毕业要求3（设计/开发解决方案）的指标点3-3和毕业要求10（沟通）中的指标点10-1。

2 课程目标

根据学校办学定位和区域经济发展对专业人才需求、社会经济发展需要等，制定了专业人才培养目标，并采用问卷调查、走访、座谈等方式，主要从专业培养目标与社会经济发展需求、科学技术发展需求、行业企业对人才培养的需求、学校定位与发展吻合度、学生和家长期望等方面进行了培养目标的合理性评价，最终确定了专业人才培养目标。根据培养目标，结合“可衡量”“支撑”“覆盖”等原则，制定了12条毕业要求，将12条毕业要求分解成33个可落实、可评价的毕业要求指标点，每个指标点由3~5门课程支撑，根据“一一对应”原则，由毕业要求指标点确定每门课的课程目标。

“机械装备设计”的课程目标与毕业要求指标点的对应关系如表1所示，该课程有4个课程目标，分别与毕业要求4个指标点对应，当课程目标达成时，则可支撑毕业要求的相应指标点。根据表1的4个毕业要求指标点的具体内容，确定本课程的课程目标，具体课程目标如下。

表1 课程目标与毕业要求指标点的对应关系

课程目标1：了解高档数控机床、自动化成套设备、智能仪器仪表、关键基础零部件等高端装备的作用、分类、组成和特点，掌握机床、自动化设备、智能仪器仪表等设计方法和步骤，并能够将专业知识和数学模型方法用于机械装备的设计与改进。

课程目标2：能根据具体工况需求，确定机械驱动方式，选用相关机械零部件，查找相关文献，分析各个工作机构，并计算相关参数，获得机械装备设计的影响因素，从而完成机械装备零部件设计。

课程目标3：能够针对机械装备设计过程中的复杂工程问题，完成具体解决方案，并能用图纸、报告等形式呈现设计成果，而且在设计过程中，能够采用现代工具进行计算、仿真、模拟等，并且体现创新的意识。

课程目标4：能阐述机械装备设计原理、方法等，就相关专业问题，通过口头、文稿、图表等方式，准确表达自己的观点，回应质疑。

3 教学内容

基于“OBE理念”围绕着本课程的4个课程目标选定了相应的教学内容，共包括5部分内容，分别为：（一）绪论，主要内容包括高档数控机床、自动化成套设备、智能仪器仪表、关键基础零部件等高端装备的作用、分类、组成和特点；（二）机械装备设计方法，主要内容包括机床、自动化设备、智能仪器仪表等的设计方法和步骤；（三）机械装备零部件设计，主要内容包括驱动系统零部件设计、传动系统零部件设计、执行机构零部件设计等；（四）机械装备有限元分析，主要内容包括材料特性、网格划分、边界条件、后处理等；（五）典型机械装备实例设计，主要内容包括机床夹具设计、自动化生产线设计、智能仪器仪表设计等。为了实现教学目标，将课程目标与教学内容进行对应，如表2所示。

表2 教学内容与课程目标的对应关系

课程目标1主要是培养学生掌握工程知识能力，因此，与（一）和（二）章节内容对应；课程目标2是培养学生对机械装备进行问题分析的能力，主要为（三）和（五）章节的内容；课程目标3是培养学生机械装备设计、开发能力，并且能够用现代工具进行模拟、仿真等，主要为（四）和（五）章节的内容；课程目标4是培养学生沟通与交流能力，主要涉及（三）、（四）和（五）章节的内容。

4 教学方法改革与实践

4.1 教学方法安排

根据教学内容，采用课堂讲授、小组讨论、翻转课堂、项目教学、现场答辩等多种教学方法相结合的方式进行教学，从而提高教学效果。教学内容与教学方法的对应关系如表3所示。

表3 教学内容与教学方法的对应关系

教学内容中的（一）和（二）属于概括性、总结性的知识内容和理论性较强的设计方法内容，所以采用课堂教授为主、小组讨论为辅的教学方式进行教学；（三）和（四）属于具体的机械装备设计、有限元分析方面的内容，采用课堂讲授为主，在课堂中穿插小组讨论，在零部件设计、网格划分等章节内容方面，采用翻转课堂的方式进行教学；（五）典型机械装备实例设计是整个课程内容的总结，通过课堂讲授一个完整的机械装备实例的设计流程、步骤、方法等，然后，通过项目教学、现场答辩的方式让学生完成一个具体的工程实践项目，从而培养学生的动手实践能力和团队合作意识。

4.2 教学方法实现

1）课堂讲授：针对课堂讲授的知识内容，要求讲课教师“以学生为中心”进行讲解，将理论知识与工程实践进行有机结合，突出工程应用的重要性。

2）小组讨论：在课堂讲授、翻转课堂、项目教学等过程中，均可穿插小组讨论，要求学生发挥想象力，以3人左右为一组进行讨论，通过小组讨论激发学生学习热情。

3）翻转课堂：针对具体章节内容，要求学生在课后时间通过网络讲座、慕课视频、电子课件、教材等方式自主学习，在课堂上通过学生讲解、课上交流、实践活动等方式完成相关章节的学习。

4）项目教学：针对“典型机械装备实例设计”章节，把学生分为3~5人一组，每组负责完成一个机械装备设计类题目，设置组长1名、组员若干名，组长负责分配任务、协调组织、总体设计等工作，组员负责完成具体设计、有限元分析、运动仿真等工作。

5）现场答辩：采用PPT汇报的方式对项目教学的成果进行验收，每组选派1名同学进行项目汇报，包括项目背景、技术要求、总体设计、零部件设计、有限元分析等，2~3名讲课教师组成答辩小组进行现场答辩，并给出现场答辩成绩。

5 课程目标达成情况评价

5.1 课程目标考核

本课程共有4个课程目标，根据课程目标、教学内容、教学方法等，设计课程考核环节，课程目标与课程考核环节的对应关系，如表4所示。课程目标1主要是了解高端装备的作用、分类、组成和特点，以及掌握机械装备设计方法和步骤，因此，采用平时作业、课堂表现、实验考核、期末考试四个考核环节进行考核。课程目标2主要是根据具体工况需求，查找相关文献，分析并计算相关参数，从而完成机械装备零部件设计，因此，仍然采用平时作业、课堂表现、实验考核、期末考试四个考核环节进行考核。课程目标3主要是采用现代工具进行计算、仿真、模拟等，完成机械装备设计，并能用图纸、报告等形式呈现设计成果，因此，针对此课程目标，主要采用仿真报告、工程图纸、设计资料等方式进行考核。课程目标4主要是阐述机械装备设计原理、方法等，通过口头、文稿、图表等方式，准确表达自己的观点，回应质疑，因此，针对此课程目标，主要采用现场答辩进行考核。

表4 课程目标与课程考核环节的对应关系

5.2 达成情况评价与分析

本课程考核分别采用了过程考核、项目考核、实验考核和期末考试进行考核，成绩占比分别为15%、30%、15%和40%。其中，过程考核分为平时作业和课堂表现，比例分别为10%和5%；项目考核分为报告图纸和现场答辩，比例分别为15%和15%。

课程目标达成情况评价主要是按课程目标1、课程目标2、课程目标3和课程目标4的达成度计算，具体计算方法如下：

根据“机械装备设计”课程最近一次考核成绩，计算可知，课程目标1的平时作业平均得分为4.15、课堂表现的平均得分为1.63、实验考核平均得分为4.02、期末考试的平均得分为16.38，经过计算可得：

根据同样的计算方法可得，课程目标2达成度为0.825、课程目标3达成度为0.733、课程目标4的达成度为0.852。通过分析课程目标达成度可知，课程目标1和课程目标2主要考核的是机械装备设计的知识掌握情况，相对较好；课程目标3的达成度最低，为0.733，主要原因是学生所提交的报告、图纸、模拟仿真结果等仍然存在一定问题，且规范性方面有所不足，所以导致该课程目标达成度较低；课程目标4的达成度最高，说明学生对现场答辩比较认真，答辩效果较好。

由于课程目标1、课程目标2和课程目标4的达成度均在0.8以上，达成情况较好，课程目标3的达成度低于0.75。因此，在下一轮的教学中，应当在项目教学过程中，针对错误较多、规范性较差的小组，根据具体问题，开展针对性指导，从而提高课堂教学效果。

6 结语

“机械装备设计”是机械设计制造及其自动化专业一门重要的专业课程，在课程体系中具有强支撑作用。课题组根据该课程对应的毕业要求指标点，确定了四个课程目标，围绕着课程目标，选定了五部分教学内容，并采用了多种教学方法进行教学，最后，分别采用了过程考核、项目考核、实验考核和期末考试四种方式对各个课程目标进行了针对性考核。从最终教学效果来看，在项目考核环节，由于学生缺乏实际工程经验，在报告、图纸、模拟仿真结果等方面出现了一些问题，导致课程目标3达成度较低，与实际教学情况相符，因此，课程目标达成情况较好地反映了实际教学效果，可以在下一轮教学中有针对性地进行持续改进。