基于卓越工程師培養(yǎng)目標和“學習產(chǎn)出”（OBE）教學模式的機械設(shè)計課程群的建設(shè)與改革

田君　鐘守炎　孫振忠

摘要：本文基于機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的培養(yǎng)標準，采用基于產(chǎn)出教育模式，打破機械設(shè)計課程群中各課程內(nèi)容的歸屬性，弱化各課程個性概念；強化課程內(nèi)容之間的融合、交叉和關(guān)聯(lián)；從提高學生創(chuàng)新能力和解決實際工程問題能力的培養(yǎng)目標層次把握課程內(nèi)容的分配與實施，刪除、調(diào)整課程群中內(nèi)容重疊部分、理論性較強部分和不適應(yīng)當代新技術(shù)等部分，有效降低課程群的總教學課時，加強實踐教學課時。通過機械設(shè)計課程群的建設(shè)和改革，增進學生在設(shè)計中的創(chuàng)新意識和競爭意識，培養(yǎng)并提高學生的創(chuàng)新能力和解決工程問題的能力，真正實現(xiàn)卓越工程師的培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)；機械設(shè)計課程群；卓越工程師；教學改革；基于產(chǎn)出教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0118-03

在傳統(tǒng)的機械類專業(yè)課程設(shè)置中，主干課程一般分為技術(shù)基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課程。技術(shù)基礎(chǔ)課程如工程力學、機械制圖、公差與配合、機械工程材料、機械原理、機械設(shè)計、機械CAD等，這些課程組成為以機械設(shè)計課程為中心的機械類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程群，簡稱機械設(shè)計課程群[1]。傳統(tǒng)的機械設(shè)計課程群的內(nèi)容追求的是學科體系的完整性、學科間相對的獨立性，結(jié)果出現(xiàn)了內(nèi)容交叉及知識點銜接不緊密問題。對于課程的知識的要求，老師在對落后知識點的處理上，大多數(shù)只是蜻蜓點水般簡單介紹，致使學生覺得內(nèi)容繁雜及思路不清、理解不透徹，學習的效果差。在本專業(yè)課程教學的過程當中，仍存在著“重局部、輕綜合，重理論、輕實踐”的種種現(xiàn)象。機械設(shè)計課程是一門機械零構(gòu)件設(shè)計、強度和剛度設(shè)計的綜合性學科，和機械制圖以及公差與配合等的課程聯(lián)系非常緊密。受傳統(tǒng)課程框架的制約以及授課學時的限制，課程改革只能是局部的，常常造成機械設(shè)計的實訓(xùn)環(huán)節(jié)內(nèi)容單一，涉及的交叉課程綜合運用問題也暴露無遺，尤其是在與精度設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的知識運用等方面，學生總是一味地照搬照抄，缺乏的是獨立思考及解決問題的能力，在機械設(shè)計過程中，幾乎看不到機器協(xié)調(diào)性很高的精度設(shè)計思想及工程設(shè)計中的創(chuàng)新，同時也達不到預(yù)定設(shè)計的要求，也說不上利用計算機軟硬件提高設(shè)計效率。有些教材甚至還存在以下問題：某些技術(shù)概念陳舊，使用的教學實例已不符合現(xiàn)在技術(shù)要求，技術(shù)標準不是國家最新標準，煩瑣的理論公式推導(dǎo)占用較大篇幅，課程設(shè)計部分選題脫離實際，等等。

以上問題已嚴重影響教學質(zhì)量，致使學生缺乏創(chuàng)新能力和解決實際工程問題的能力，這與卓越工程師的培養(yǎng)目標根本不適應(yīng)。東莞理工學院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，是國家教育部批準的高?！白吭接媱潯钡谝慌圏c專業(yè)之一。近年來，在機械設(shè)計專業(yè)“3+1”人才培養(yǎng)模式中，通過與企業(yè)的研討溝通，不斷完善人才培養(yǎng)方案，迫切需要以工程應(yīng)用能力為主線的課程整合、教學課程體系的重構(gòu)[4]。卓越工程師的培養(yǎng)目標下的新型機械設(shè)計課程群的建設(shè)與改革將勢在必行！許多應(yīng)用型工科院校課程群的建設(shè)仍處在初始階段，課程群建設(shè)的概念和內(nèi)容以及方法及體系的構(gòu)建沒有統(tǒng)一標準，在一定的程度上影響課程群的建設(shè)質(zhì)量。因而對于課程群的建設(shè)與改革將是長期而復(fù)雜的過程，需要我們不斷地努力探索與奮斗！

一、機械設(shè)計課程群的建設(shè)與改革指導(dǎo)思想

在“重基礎(chǔ)、寬口徑、強實踐、擅應(yīng)用”的指導(dǎo)方針下，基于卓越工程師的培養(yǎng)目標，圍繞著“一個中心、三個基本能力”進行機械設(shè)計的課程群建設(shè)和改革。在編寫課程群網(wǎng)絡(luò)課程時，打破課程內(nèi)容的歸屬性，弱化了課程個性的概念，強化發(fā)課程內(nèi)容間的融合、交叉和關(guān)聯(lián)，樹立了大課程的觀念，從能力培養(yǎng)的目標層次上來掌握課程內(nèi)容的分配與實施，進一步地優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)和布局，對專業(yè)的建設(shè)進行科學與準確的定位。

在編寫課程群網(wǎng)絡(luò)課程時，還應(yīng)當采用基于學習產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-Based Education，縮寫為OBE）進行課程體系設(shè)計。圍著機械設(shè)計專業(yè)預(yù)期“學習產(chǎn)出”，反向設(shè)計各門課程，確定各門課程對于實現(xiàn)預(yù)期“學習產(chǎn)出”的貢獻和程度，突出實現(xiàn)卓越工程師的能力培養(yǎng)。

二、機設(shè)課程群的建設(shè)內(nèi)容

（一）修訂培養(yǎng)計劃和教學大綱，完善機械設(shè)計課程群體系

2013年，機械設(shè)計課程群的主要教師通過與數(shù)十家東莞大中型制造企業(yè)共同溝通研討，對機械設(shè)計及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)計劃和教學大綱進行全面修訂，新的培養(yǎng)計劃和教學大綱是面向工業(yè)界，培養(yǎng)素質(zhì)、知識、能力協(xié)調(diào)發(fā)展，基礎(chǔ)扎實、知識面寬、工程意識和工程實踐能力強，具有創(chuàng)新精神、較強的自主學習能力、優(yōu)秀的職業(yè)道德，系統(tǒng)地掌握機械設(shè)計、制造、自動化的基本知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，具備從事機電產(chǎn)品和設(shè)備的研究設(shè)計、加工制造、技術(shù)管理、應(yīng)用與開發(fā)、運行維護、經(jīng)營銷售等方面的工作能力和素質(zhì)，得到機械工程師、制造工藝師和產(chǎn)品服務(wù)工程師等基本訓(xùn)練，適應(yīng)珠三角地區(qū)特別是東莞市的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級需要，具備國際化視野和現(xiàn)代工程師素質(zhì)的應(yīng)用型高級專門人才。根據(jù)新的培養(yǎng)計劃和教學大綱，構(gòu)建以工程應(yīng)用為主線的，以傳統(tǒng)機械設(shè)計理論與方法為基礎(chǔ)的，著重提高學生工程素質(zhì)及綜合應(yīng)用與創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的機械設(shè)計課程體系。

（二）基于OBE教育模式進行機械設(shè)計課程群體系設(shè)計

采用基于OBE教育模式進行課程群體系設(shè)計，其本質(zhì)就是課程計劃的“反向設(shè)計”，明確各門課程、每節(jié)課對于實現(xiàn)預(yù)期“學習產(chǎn)出”的貢獻及程度。

根據(jù)新的培養(yǎng)計劃和教學大綱，我校機械設(shè)計專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)是適應(yīng)珠三角地區(qū)特別是東莞市的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級需要的、具備國際化視野和現(xiàn)代工程師素質(zhì)的應(yīng)用型高級專門人才，即卓越機械工程師。教師要根據(jù)“學習產(chǎn)出”類型，使用多樣化的教學方法。老師可以把自己與名人的工作實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新的經(jīng)歷，細致地介紹給自己的學生，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和學習熱情。激勵學生們自由選題，開展各種小發(fā)明的制作，以及軟件開發(fā)與教學論文撰寫等多種多樣的創(chuàng)新活動。在課堂教學中還要多鼓勵學生積極思考，敢于提出問題、回答問題，使學生養(yǎng)成積極主動思維的習慣。

在理論教學方面，要多結(jié)合實際工作中的工程對象，實行理論分析計算與工程實際相結(jié)合的模式，將先進現(xiàn)代教學的工具及傳統(tǒng)教學的方法有機地結(jié)合起來，摸索出一種手段先進的、生動活潑的、內(nèi)容豐富的教學新模式。

任課教師應(yīng)盡可能地創(chuàng)設(shè)豐富的教育環(huán)境，調(diào)動學生積極地參與到整個教學過程。在課程的教學上，教師也可以采取測驗、問卷及項目等多種多樣化的評價方法，對自己學生實際“學習產(chǎn)出”進行評估，根據(jù)評估結(jié)果及時調(diào)整該課程教學內(nèi)容和改進教學方法。

（三）樹立大課程觀念，優(yōu)化各課程內(nèi)容，突出以機械設(shè)計課程為中心和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)

1.打破各課程內(nèi)容的歸屬性，弱化各課程個性概念，強化計算機技術(shù)在機械設(shè)計過程中的應(yīng)用。機械設(shè)計課程群的目的是為機械產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)，經(jīng)過課程群的學習，幫學生培養(yǎng)基本機械設(shè)計的能力，也是機械設(shè)計制造及其自動化本科專業(yè)的培養(yǎng)目標。在課程群各門課程教學與改革中，要以機械設(shè)計為中心點，根據(jù)具體設(shè)計的程序，將零部件制造與設(shè)計進行完美的組合，同時，要充分考慮機電產(chǎn)品的具體設(shè)計要求，對于課程群的內(nèi)容進行規(guī)劃和整合。著重課程群的整體性建設(shè)，增強不同課程間的互補與整合，促使教學內(nèi)容的有機結(jié)合，避免了缺失與重復(fù)，形成了完善及合理的課程群體系。

例如在編寫《機械設(shè)計》及《公差與配合》的網(wǎng)絡(luò)課程時，要突破課程內(nèi)容界限，重新精簡課程群組交叉的內(nèi)容，運用“綱要信號網(wǎng)絡(luò)法”，將典型零部件的運動設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計作為提綱，以具體設(shè)計方法為信息，把《機械設(shè)計》課程圖表及公式和《公差與配合》的幾何量公差及檢測內(nèi)容，納入機械設(shè)計的信息圖庫，同時，充分發(fā)揮多媒體教學聲像并茂的優(yōu)勢，充分與學生進行信息交流，加強了教學重點，彰顯了機械設(shè)計知識的綜合性與整體性。

計算機設(shè)計能力的提高，將有助于創(chuàng)新能力與解決實際工程能力的大幅提高。CAD/CAE技術(shù)的進一步發(fā)展引起了機械設(shè)計領(lǐng)域的大改革，機電產(chǎn)品的設(shè)計理論、方法和手段等，都發(fā)生了巨大的變化。機械設(shè)計的過程，從構(gòu)思分析研究，以及加工工藝的制定和產(chǎn)品仿真的評價，均是運用計算機模擬出的三維空間完成的，它的設(shè)計分析過程，也十分符合產(chǎn)品的運行規(guī)律。因此，應(yīng)將培養(yǎng)學生使用計算機設(shè)計的能力作為主要培養(yǎng)目標，將計算機設(shè)計的技術(shù)和各門傳統(tǒng)的課程相連接，建立課程群體系，激發(fā)學生們在機械方面創(chuàng)新設(shè)計的潛力。課程群中計算機繪圖、CAD等課程的設(shè)立，對于學生計算機設(shè)計能力的培養(yǎng)，打下了很扎實的基礎(chǔ)；也在其他各課程教學的過程中，比如機械原理課程，運用計算機編程進行參數(shù)化設(shè)計，又增強了計算機的學習及應(yīng)用。通過引進計算機輔助設(shè)計和分析，使計算機教育在整個大學階段持續(xù)并逐步強化，從而使學生的計算機設(shè)計能力得到極大提高，達到提高學生創(chuàng)新能力與解決實際工程能力的目的。

2.整合精簡課程重復(fù)內(nèi)容，增加新技術(shù)、新概念、新的工程應(yīng)用實例以提高學生的工程應(yīng)用能力。對某些課程有重復(fù)內(nèi)容的部分進行整合與刪除。例如，《機械制圖》與《公差與配合》課程中皆有極限、配合、形位公差等知識內(nèi)容，可考慮將《機械制圖》中相關(guān)知識點刪除，同時在課時安排上進行一定調(diào)整。這樣既避免了教師在教零件圖與裝配圖知識時要花較多時間與精力去闡明極限、配合、形位公差等知識，又節(jié)約了教學課時，從整體上提高了教學效率。《工程力學》、《機械原理》、《機械設(shè)計》中也有一些知識點重復(fù)，如應(yīng)力、應(yīng)變等知識，可以進行合理整合與刪除。

刪除《機械原理》、《機械設(shè)計》等課程中比較復(fù)雜的理論公式的推導(dǎo)過程，只保留公式具體應(yīng)用的說明。如《機械設(shè)計》課程中帶傳動中受力分析、有效拉力公式的推導(dǎo)過程；齒輪的接觸應(yīng)力強度和彎曲疲勞強度公式的推導(dǎo)過程等。

目前我校機械學院使用的部分教材中存在一些不符合時代特征的技術(shù)和工程應(yīng)用實例，如滾動軸承標準等可能不是國家最新技術(shù)標準。利用學校圖書館的文獻數(shù)據(jù)庫查閱最新的相關(guān)知識，結(jié)合課程群教師的科研項目和東莞企業(yè)的先進技術(shù)，更新舊知識與技術(shù)標準，增加新技術(shù)、新概念、新的工程應(yīng)用實例。

在“機械設(shè)計課程群”的系列課程教學中，課程群教師應(yīng)盡量以實際工程應(yīng)用作為教學實例，通過課程群教師長期理論聯(lián)系實際的教學，以達到培養(yǎng)及提高學生解決實際問題的能力。

（四）把提高學生創(chuàng)新能力和解決實際工程問題能力進行課程設(shè)計教學內(nèi)容及實驗教學內(nèi)容改革

在所有課程設(shè)計的過程中，突出了課程設(shè)計的內(nèi)容，貫穿了更加系統(tǒng)的觀點，從全部方案設(shè)計及具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，摸索出了一套系統(tǒng)的方法，來提高學生的綜合設(shè)計能力及創(chuàng)新實戰(zhàn)能力；充分利用現(xiàn)有實驗、儀器設(shè)備，開展了創(chuàng)新設(shè)計的活動；利用現(xiàn)代的設(shè)計實驗室設(shè)備、功能較強的設(shè)計平臺以及面向工程實踐的軟件等，給自己的學生提供了把全新的現(xiàn)代設(shè)計方法運用于設(shè)計過程的良好平臺。

鼓勵自己的學生直接參加老師的科研課題，同時，作為本課程設(shè)計的題目及畢業(yè)設(shè)計的題目，把學生所學基本知識直接應(yīng)用于工程實踐。

保存培養(yǎng)學生基本技能的驗證性實驗，增強了學生綜合性和設(shè)計性的實驗項目。以現(xiàn)代的工程教育實踐的觀念作為指導(dǎo)，并且自主設(shè)計實驗系統(tǒng)，設(shè)立具有工程特征的真實與虛擬的、綜合設(shè)計的實驗。學生實驗的項目具備教學實驗和工程實踐背景相結(jié)合，培養(yǎng)工程實踐的創(chuàng)新意識，訓(xùn)練工程實踐的能力，來實現(xiàn)工程教育回歸工程實踐的教學目標。

建立多種多樣的學生機械創(chuàng)新實踐活動的平臺，可以說是深化改革機械設(shè)計課程群實踐的教學內(nèi)容。研究與創(chuàng)新實踐設(shè)計訓(xùn)練的平臺，是學生們完成創(chuàng)新實驗項目、制作設(shè)計產(chǎn)品的基地，如我校機械學院的機械創(chuàng)新團隊，學生們都可以在老師們親自指導(dǎo)下，完成“微型太陽能汽車”的設(shè)計與制造、裝配和整機的測試，機器人創(chuàng)新團隊近年來在各種國家機器人比賽中取得了優(yōu)良的成績；3D打印創(chuàng)新團隊也在全國機械創(chuàng)新比賽和大學生挑戰(zhàn)杯比賽中取得了優(yōu)良的成績。這些機械創(chuàng)新實踐活動平臺極大地提高了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

（五）強化機設(shè)課程群教學團隊建設(shè)，促進教學團隊持續(xù)性發(fā)展

教學團隊的建設(shè)是課程群建設(shè)的關(guān)鍵所在，應(yīng)該充分優(yōu)化教學隊伍的結(jié)構(gòu)；充分發(fā)揮主動性和積極性，吸引國內(nèi)外人才充實到教學的隊伍中；激勵中青年教師積極進取，獲得博士學位；堅持將人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高作為團隊工作的第一要務(wù)。通過教學研究、科學研究和國際交流提升教學隊伍整體水平。目前我校機械工程學院已形成一支知識結(jié)構(gòu)和年齡結(jié)構(gòu)合理，責任感強、團結(jié)協(xié)作精神好，整體教學能力強，教學經(jīng)驗豐富，教學特色鮮明，教學效果好的機械設(shè)計課程群教學團隊。本課程群的教學團隊的特點是著重“理論教學、實驗教學及工程應(yīng)用教學”三元結(jié)合和相互促進，將機械基礎(chǔ)理論、機械設(shè)計新技術(shù)和工程應(yīng)用知識的傳授放在首要地位，為學生工程應(yīng)用能力和終身學習能力的形成打下扎實基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

本文基于卓越工程師的培養(yǎng)目標和OBE教育模式，圍繞“一個中心、三個基本能力”對機械設(shè)計課程群建設(shè)與改革進行論述，從機械設(shè)計專業(yè)預(yù)期的“學習產(chǎn)出”，確定課程層面的“學習產(chǎn)出”，逆向設(shè)計各門課程，明確各課程對于實現(xiàn)預(yù)期“學習產(chǎn)出”的貢獻和程度，突出以工程應(yīng)用能力為主線進行課程整合和教學課程體系重構(gòu)。目前，我們機械制圖與機械設(shè)計基礎(chǔ)課程已獲得廣東省精品課程項目支持；出版了機械設(shè)計、機械原理、機械設(shè)計基礎(chǔ)等一系列教材并入選了國家“十二五”規(guī)劃；2014年團隊成員有1人獲得廣東省教學名師稱號；多人獲得國家和省級教學改革項目支持；多人在國內(nèi)各級相關(guān)學會、行業(yè)協(xié)會擔任重要職務(wù)。學生在全國機器人比賽和機械創(chuàng)新比賽中取得了一二等獎多名的好成績；學生3D打印創(chuàng)新團隊自主設(shè)計與制造了多臺3D打印機并已成功實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)銷售。通過調(diào)查，企業(yè)普遍認為我校機械專業(yè)學生的機械創(chuàng)新能力與工程應(yīng)用能力較高，2014年機械設(shè)計專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率達到了99%以上。這些成果說明了我們教學改革的成功。

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