基于OBE理念的机械设计课程设计教学改革

焦万铭 徐妍 李金英

摘  要：“机械设计课程设计”是机械类专业重要的实践课，课程要求学生将理论与实践紧密结合，将所学到的理论知识应用于实际设计项目，解决具体机械设计问题。传统教学中学生只能按照教师安排逐步操作，完成相应教学任务，不利于发挥学生的主观能动性、积极性和独立思考能力。为了更好地培养学生创新能力和工程实践能力，文章将OBE成果导向教育的核心理念贯穿于教学中，通过更好地设计和规划教学过程和内容，规避传统教学中存在的创新能力和积极性欠缺问题，更好地提高学生的综合设计能力，从而取得更佳的教学效果。

关键词：OBE理念；层次化教学；课程目标；考核细则

中图分类号：G642.0   文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2024）02-0101-04

“机械设计课程设计”是机械类专业最重要的综合实践课之一，涉及多门理论课知识的综合运用，课程在解决机械设计工程问题的过程中可以培养学生的工程能力、创新能力和自主学习能力，为学生进入工程实践工作夯实基础［1］。在传统“机械设计课程设计”课程教学中要求学生能够按照规定任务，逐步完成既定目标；但在此过程中普遍存在学生积极性不高，遇到困难时消极等待，缺乏主动解决问题的意识和融会贯通的能力的现象［1］；OBE（Outcome Based Education，即 OBE）是二十世纪80 年代兴起的以结果为基础，以学生为主，老师为辅，持续改进的一种教学新模式［2］。在课程教学中引入OBE的教学模式可以解决原有传统教学中学生被动接受学习和消极对待的问题。

一、传统课程设计中教学存在的问题

（一）学习的目标不明确

在完成传统的课程设计过程中，很多学生只是按照老师所授的流程完成任务而进行学习和训练，而对本阶段学习任务的目标不甚了解，在学习中盲目性成分较大，重点学习实践内容不明确，影响了学习的自觉性和积极性，限制了学生的创新思维的发挥，抑制了学生自主学习能力和创新能力的培养［3］。

（二）教学与工程设计过程脱节

以往的课程教学突出手工计算和尺笔绘图等能力，没有强化培养学生利用现代工具解决复杂工程问题的能力［3］。虽然手工计算和尺笔绘图也能够很好地锻炼学生设计和绘图的实践能力，但在课程中需要较多的学时，会导致学生时间紧张，课程成果质量降低，而是与当代工程实际设计过程严重不符。很多学校在教学过程中已引入计算机软件，但并没有按照工程设计过程解决实际问题，造成教学内容与机械工程实际设计过程脱节，难以了解到真实工程的实际设计方式，学到符合工程实践的技能知识。

（三）难以满足不同学习层次的需求

传统课程教学中设计题目单一、角度相似，一旦有学生做完，部分学生就直接将同学的设计数据和绘图成果实施“拿来”主义，导致课程结果重复严重，老师评分困难，学生难以学到相应的知识和技能，也造成了学生的积极性和创新性严重不足。课程题目统一对学习程度不一致的学生难以做到差异化和个性化培养，学有余力的学生难以发挥自己的能力，学习困难的学生则难以跟上进度，这都会影响他们的学习兴趣，降低教学质量。

二、基于OBE理念的课程教学实践

成果导向教育（OBE）是以学生应该取得的学习成果为核心问题［4］，要求在教学内容编排、能力训练等方面要以学生的能力培养为中心，核心理念包括三个方面：“以学生为主老师为辅”“以结果为导向”和“持续改进。”［5］所有教学环节都应坚持以学生为主开展教学，所学内容要紧贴社会需求，注重在学习过程中培养学生解决实际问题的能力，在学习后要认真分析总结，并据此在以后的课程中对教学方式和内容加以改进。

根据成果导向教育的核心理念，针对传统教学中存在的问题，研究制定基于OBE的教学体系。整个课程设计教学分为制订学习目标、教学任务、教学内容、课程考核、课程分析和结果反馈六个环节，各环节之间的关系如图1：

（一）明确课程目标

OBE 教育模式将学生的能力提高和学习成果作为教学质量的主要评估标准，与传统教学上内容驱动和重视投入的教育形成了鮮明对比。结合“机械设计课程设计”教学大纲要求，将学生在课程中需要提高的学习能力和可取得的成果归纳为具体的学习目标，具体内容见表1。

（二）设计层次化课程题目

由于对理论课程学生的领会程度存在不同，布置课程设计的难度也应该层次分明，以满足学生的个体差异化情况。在选择课程设计题目时应注意：1. 所选择题目要符合教学大纲要求，要覆盖理论课程所学大部分知识点；2. 题目应有明显区分度，要充分考虑学生个体的能力差异；3. 选题不易过难，工作量不要过大，应让大部分学生可以在规定时间内完成。

“机械设计课程设计”中常以减速器作为课程内容开展教学，本课程可以选择设计各种减速器，并根据题目难度设置权重系数，具体内容如表2所示。教师可设置不同难度的设计题目和难度权重系数，进行公开展示，以供学生根据个人的学习情况自由选择。

（三）安排课程内容

在课程中由教师讲解题目要求、设计内容及结题需要提交的资料，再对相关理论知识进行梳理；结合设计题目提出分析和解决问题的方法（充分利用计算机软件和工具书）［6］，要对完成时间做出规定。对课程教学内容的安排应与表1中课程培养目标相一致，充分体现OBE“以结果为导向”的理念。

为了培养学生的团结协作意识，可让学生组队完成课题整体设计内容，在此过程中合理分配工作量尤为重要。可以根据学习成绩进行高低搭配，三人一组进行设计分工（以直齿减速器题目为例），课程设计内容的具体安排如下：

1. 根据题目要求，小组成员合作进行设计计算，得到设计数据，同时利用软件完成设计说明书。

2. 对减速器的设计内容可以分成三部分：上箱体及其附件、下箱体及其附件、主要传动件（轴、齿轮），每位组员完成其中一项；根据计算的设计数据，组员利用SolidWorks软件分别完成零件的三维建模；最后共同完成装配体的三维模型。

3. 根据课程任务要求，每位组员都需要完成总装配图（同组内装配图相同）和一个典型零件的二维图。可以利用SolidWorks软件导出相应二维图形，利用AutoCAD绘图软件编辑，根据所学理论知识要求完成图纸的标注和技术要求。

4. 组内成员共同编写答辩PPT，最后打印图纸和设计说明书，准备最终答辩。

5.每组推选一名表达能力强的组员参加答辩，教师根据成绩考核标准给出相应成绩。

6. 答辩完成后，每组共同完成课程设计总结，叙述自己在设计过程中的得与失，总结后计入总成绩。

（四）制订考核细则

根据OBE理念，要以学生为主，重视学生考核过程。课程设计考核原则应该围绕课程考核目标与工程教育认证标准中毕业要求的有效对接来开展［7］，对学生进行考核应包括两个方面：过程考核和最终考核。

过程考核是在设计过程中每个阶段对学生设计进行检查，尤其是用电脑软件完成设计时，要防止学生互相抄袭，重视过程考核，加大考核比重；过程考核中除了检查设计过程，还需要对设计结果进行评分，主要内容是“建模结果+二维图纸+设计说明书”，根据成绩评定标准给出相应分数。

最终考核主要采取答辩的形式，通过回答问题可以考查学生对设计的理解、沟通、表达能力、应对能力及独立完成的设计情况［7］。教师根据了解到的学生对课程设计内容的掌握和完成程度给予相应分数。

根据课程主要内容，总成绩由平时成绩（出勤+独立完成程度）、三维建模、二维图、设计说明书、答辩、总结六个部分组成，具体项目考核标准如表3所示。考虑到学生题目难度有差别，根据学生选题难度的权重系数，最终成绩为：最终总成绩=课程总成绩×难度权重系数。

（五）课程评价分析及反馈

课程结束后应进行教学综合评价，对照教学目标，采取考核、考查等适当的方式对学生掌握的知识点、协同合作等方面进行有效评估，发现问题并提出改进措施［8］。在评价过程中，应以教师为主、学生（学生自评、小组评价）为辅，体现学生在教学活动中的主体性，较为客观地反映学生在课程设计中的表现［1］。

本门课程结束后，可根据表3设定的每个考核项目的具体评分和学生课后反馈评价分析学生对教学内容和设计方法的掌握情况，发现问题并对相应教学环节提出改进措施，修订明年的课程教学方案，逐步提高教学质量，完成预期的课程目标。

三、结语

教学的根本目的是人才培养，而课程是教学最基础的组成部分。利用OBE先进的教学理念进行的课程改革，可以打破固有的课程模式和评价方式，让学生更好地明确课程的教学目标，充分利用现代化教学手段，融合多种教学方法和建立科学的课程评价机制，建立以切实提升教学实践技能和就业能力为主，形成可持续的课程改进机制，有效的提升教学质量，提升学生的就业实践能力。

文章在机械设计课程设计教学中引入OBE成果导向理念，改变了传统教学中被动学习、与工程设计脱节的状况；制订了详细的课程内容和考核细则，注重过程考核，提高了学生的创新和动手能力，增强了团队协作和独立思考的能力。经过课程的实际教学后，学生的学习热情、协作能力和实践能力显著提高，理论课程知识点经过具体项目的实践后掌握得更好，班级平均分提高较多。

OBE教学理念可用于高校教学的每门课程，尤其对实践课程的教学应用效果更佳。除机械设计课程设计课程外，学校开设的专业课综合实训和计算机辅助制造CAM/CAPP实践课程，通过在教学中引入OBE理念，经过教学过程和内容的调整后授课，学生积极性增强，动手实践能力得到极大改善，取得良好的课堂效果。

参考文献：

［1］ 李小兰，严晖，奎消炎，等. 基于OBE理念的教学改革与实践：以“数据库技术与应用课程设计”为例［J］. 工业和信息化教育，2020（11）：62-66.

［2］ 山宝琴，刘羽. 基于OBE模式的环境工程教学体系探索［J］. 陕西教育（高教），2016（03）：64-65.

［3］ 李貴，王兴东，邹光明，等. 新工科背景下机械类课程设计实践教学“四能力”培养模式构建［J］. 实验室研究与探索，2021.40（04）：213-216.

［4］ 田海波，寇发荣，魏若男. 基于OBE 理念的“汽车设计课程设计”过程控制体系构建［J］. 黑龙江教育，2021（07）：74-75.

［5］ 华尔天，高云，吴向明. 构建多元开放式本科教学质量保障体系的研究：基于产出导向教育理念的探索［J］. 中国高教研究，2018（01）：64-68.

［6］ 郭宏超，刘云贺，潘秀珍，等. 基于OBE理念的《钢结构课程设计》达成度评价［C］//中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第17届（ISSF-2021）学术交流会暨教学研讨会论文集. 西安：工业建筑杂志社，2021：415-418.

［7］ 刘金玉，王艳，王蕾，等. 基于OBE理念的化工原理课程设计过程考核探索［J］. 河南化工，2021，38（05）：60-63.

［8］ 王雪峰. 基于OBE理念的课程设计及其效果探析：以《房地产经济学》课程为例［J］. 江西建材，2021（05）：270-271.

（荐稿人：李明雨，北京科技大学天津学院副教授）

（责任编辑：向志莉）

基金项目：本文系2022年天津市教委科研计划项目 “加快数字经济发展的高等教育发展战略目标研究”（项目编号：2022SK105）研究成果之一。

作者简介：焦万铭（1974—），男，博士，北京科技大学天津学院智能制造学院讲师，研究方向为自动化与机械设计；徐妍（1975—），女，博士，北京科技大学天津学院智能制造学院教师，研究方向为机械设计及制造；李金英（1973—），女，专科，北京科技大学天津学院图书馆职员，研究方向为图书管理。