基于OBE理念的機(jī)械類專業(yè)模塊化課程體系構(gòu)建

楊勇強(qiáng) 楊立軍

本文為陜西高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號：17BZ29[]）

【摘 要】 文章梳理我國工程教育認(rèn)證的發(fā)展及OBE教育理念，分析了我國機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)計劃的現(xiàn)狀及問題。提出基于OBE理念的機(jī)械類專業(yè)課程體系模塊化的構(gòu)建，在“以學(xué)生為本”理念的指導(dǎo)下，以學(xué)生能力、興趣和特長為立足點(diǎn)，將機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的課程分為設(shè)計模塊、制造模塊以及自動化模塊。通過模塊化課程體系的建立，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性、導(dǎo)向性和主動性得到了加強(qiáng)，師生在課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的聯(lián)系更加緊密，達(dá)到了較佳的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】 OBE理念;課程體系;模塊化

一、我國工程教育認(rèn)證的發(fā)展與OBE教學(xué)理念

我國從2006年起開始全面構(gòu)建國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育認(rèn)證體系并開展專業(yè)認(rèn)證，經(jīng)過10年努力，2016年我國成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式成員國，表明我國工程教育質(zhì)量及其保障能夠得到國際工程教育界的認(rèn)可，標(biāo)志著我國工程教育國際化的實(shí)現(xiàn)，通過認(rèn)證的專業(yè)學(xué)生工程師執(zhí)業(yè)資格在協(xié)議成員國可以互認(rèn)。工程專業(yè)教育標(biāo)準(zhǔn)和工程師職業(yè)能力標(biāo)準(zhǔn)是國際工程界對工科畢業(yè)生和工程師職業(yè)能力公認(rèn)的權(quán)威要求。[1-3]工程教育專業(yè)認(rèn)證有力的增強(qiáng)了工程教育人才培養(yǎng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性，工程教育國際競爭力顯著提高，在高等教育領(lǐng)域及社會上產(chǎn)生了越來越廣泛的影響。

OBE是成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education），是一種“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念。[4]該理念重視學(xué)生在培養(yǎng)體系中能獲得什么能力和能夠做什么。即教育者必須對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達(dá)到的能力及其水平有清楚的構(gòu)想，然后尋求設(shè)計適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)。

二、機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)計劃的現(xiàn)狀分析

機(jī)械行業(yè)是國家的基礎(chǔ)行業(yè)，決定了一個國家工業(yè)的整體水平，它的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的提高。中國的制造業(yè)正處于一個高速發(fā)展的階段，涉及到傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)、航空航天行業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工業(yè)、印刷業(yè)、信息/通訊/電子行業(yè)、能源業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、教育行業(yè)等方面，對機(jī)械專業(yè)的人才需求量巨大。

我國高?，F(xiàn)有機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)模式具有以下幾個特點(diǎn)：（1）專業(yè)知識體系龐大，涉及到機(jī)械設(shè)計、制造以及自動化、鑄造、鍛壓、焊接、液壓氣動等。（2）招生數(shù)量大，大部分高校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的招生人數(shù)為150-360名。（3）強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。基于此，在長期的教學(xué)管理工作過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一些培養(yǎng)過程中的若干問題，主要體現(xiàn)在教學(xué)過程中以教師“教”為主，強(qiáng)調(diào)教師對學(xué)生知識的灌輸，學(xué)生成為被動的接受者，在專業(yè)知識體系難度較大的情況下，在大班級大課堂教學(xué)體系下，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不佳，實(shí)踐和創(chuàng)新能力難以得到培養(yǎng)。

基于此，在“以學(xué)生為中心”工程教育理念的基礎(chǔ)上，有必要建立機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)模塊化的課程體系，對機(jī)械類專業(yè)課程體系進(jìn)行全方面的教學(xué)改革，對知識體系進(jìn)行細(xì)化，建立基于學(xué)生特長和興趣的模塊化培養(yǎng)模式，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

三、基于OBE理念的機(jī)械類專業(yè)課程體系分析

本文以專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程為例，進(jìn)行模塊化課程體系的設(shè)計與分析。

1、課程體系分析

以陜西科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（以下簡稱機(jī)械專業(yè)）為例，機(jī)械專業(yè)本著“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實(shí)踐”的辦學(xué)思想，以工程教育為導(dǎo)向，進(jìn)行了專業(yè)課程體系的設(shè)計與規(guī)劃，課程體系及課程設(shè)置注重對學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，有力地支撐了本專業(yè)的畢業(yè)要求?，F(xiàn)行課程體系由六個部分構(gòu)成，分別是通識教育課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和第二課堂。

學(xué)生在大一和大二階段主修人文通識類課程、數(shù)學(xué)、自然科學(xué)類課程和學(xué)科基礎(chǔ)課程，可以確保學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提升。大三和大四主修專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課程，確保專業(yè)能力得到充分的發(fā)展。通識類課程主要培養(yǎng)學(xué)生具備良好的職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感，并且能夠處理好個人與團(tuán)隊(duì)關(guān)系，具備良好的溝通和項(xiàng)目管理能力;學(xué)科基礎(chǔ)課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程基礎(chǔ)知識，具備利用文獻(xiàn)檢索、所學(xué)知識及現(xiàn)代工具分析復(fù)雜機(jī)械工程問題的能力;專業(yè)基礎(chǔ)課程用于培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識，并具備利用所學(xué)知識進(jìn)行問題分析，產(chǎn)品或工藝的設(shè)計開發(fā)，以及對復(fù)雜機(jī)械工程問題研究的能力;專業(yè)課程和課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要通過綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等方式培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識分析、研究及解決復(fù)雜機(jī)械工程問題的能力，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通及終生學(xué)習(xí)的能力，并在該過程中能夠考慮社會和環(huán)境發(fā)展問題;第二課堂主要通過競賽、科技活動、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、社會實(shí)踐等方式培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)械工程活動中綜合利用工程管理原理和經(jīng)濟(jì)決策方法知識的能力，以及不斷適應(yīng)發(fā)展的能力。

2、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的分析

機(jī)械專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課均分為必修課和選修課。專業(yè)基礎(chǔ)課包括機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造工藝學(xué)、控制工程基礎(chǔ)等必修課，還涉及到材料成型基礎(chǔ)、現(xiàn)代制造技術(shù)（雙語）、企業(yè)運(yùn)作與管理等選修課。專業(yè)課包括數(shù)控機(jī)床設(shè)計、自動機(jī)械設(shè)計等與本校及本專業(yè)輕工特色相關(guān)的課程，還涉及到工業(yè)機(jī)器人和計算機(jī)數(shù)控編程等課程。

從現(xiàn)有的課程體系來看，專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的問題主要在于課程體系不夠細(xì)化，缺乏基于學(xué)生特長和興趣的課程體系支撐。例如，對于有志于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些課程？對于有志于從事機(jī)電控制研究的學(xué)生，需要哪些課程來完善知識體系？這些問題是機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)的現(xiàn)存問題，影響到學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。

因此，在大三進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)的初始，對學(xué)生進(jìn)行模塊化分流，模塊分別為機(jī)械設(shè)計類、制造類和自動化類，按照模塊化類別的形式進(jìn)行培養(yǎng)。

四、基于OBE理念的機(jī)械類專業(yè)模塊化課程體系構(gòu)建

通過以上分析，機(jī)械專業(yè)對專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課進(jìn)行了模塊化的分類，將機(jī)械專業(yè)分為三大模塊：機(jī)械設(shè)計模塊、制造模塊和自動化模塊。

1、必修課課程

三個模塊的專業(yè)基礎(chǔ)必修課和專業(yè)必修課包括機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的主干課程，包括機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)控機(jī)床設(shè)計、控制工程基礎(chǔ)與互換性與技術(shù)測量等課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械設(shè)計原理與方法、機(jī)械制造工程學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)中的傳動與控制、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域知識的技能和能力。在具體培養(yǎng)方案的制訂過程中，充分考慮到學(xué)校定位、社會需求、學(xué)生發(fā)展等多因素，對主干課程進(jìn)行教學(xué)改革。

以《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程為例，該課程為本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，為了強(qiáng)化機(jī)械工藝學(xué)方面的知識，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，將《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》拆分為《機(jī)械制造工程學(xué)Ⅰ》和《機(jī)械制造工程學(xué)Ⅱ》兩門課程，擴(kuò)展了課程內(nèi)容的廣度和深度，深化了機(jī)械制造工藝學(xué)方面的知識;在原有《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》和《數(shù)控機(jī)床設(shè)計課程設(shè)計》的基礎(chǔ)上，將其整合為《綜合課程設(shè)計》，強(qiáng)化專業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力;在原有《現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)》和《數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)》和《企業(yè)運(yùn)作模擬實(shí)驗(yàn)》的基礎(chǔ)上，增設(shè)“增材制造”等先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)，整合為《專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》，并開展了“小組課題討論、分工合作探索”等創(chuàng)新教學(xué)模式的實(shí)施，以提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，開拓了一種理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)新思路。

2、選修課課程

機(jī)械設(shè)計模塊主要培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計的基本技能和功能，并具備計算機(jī)輔助工程、輕工自動機(jī)械設(shè)計及理論研究的基本能力，能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)輔助設(shè)計和現(xiàn)代檢測技術(shù)等應(yīng)用于機(jī)械及其輔助產(chǎn)品的設(shè)計過程中，掌握堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識。該模塊是在前修課程—《機(jī)械設(shè)計》和《機(jī)械制造工藝學(xué)》等課程的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充《流體傳動與控制》、《材料成型基礎(chǔ)》和《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》等課程，使學(xué)生在流體傳動控制、熱加工以及系統(tǒng)設(shè)計等方面的技能有所提高。另外，還涉及到雙語課程和管理類課程，使學(xué)生具備一定的外語能力和管理技能。

制造模塊以數(shù)控加工為本專業(yè)特色，主要培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械制造加工工藝技能能力與加工分析能力。該模塊以“數(shù)控加工技術(shù)”和“材料成型加工”為主干線，將學(xué)生細(xì)化為數(shù)控加工方向和材料加工方向，數(shù)控加工方向的主要培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生具備一定的數(shù)控工藝分析能力，并具有一定的計算機(jī)數(shù)控編程能力，能夠完成復(fù)雜零部件的加工。材料加工方向主要培養(yǎng)的重點(diǎn)在于新材料的實(shí)驗(yàn)制備方法，以及新材料的機(jī)械力學(xué)性能的分析能力。該方向的學(xué)生在《材料成型基礎(chǔ)》和《實(shí)驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》兩門課的引導(dǎo)下，通過相關(guān)教師的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，可完成新材料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

自動化模塊主要培養(yǎng)有志于從事機(jī)械系統(tǒng)控制領(lǐng)域的學(xué)生，使學(xué)生通過《計算機(jī)原理與接口技術(shù)》和《電氣控制與PLC》等課程的學(xué)習(xí)，并通過實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，掌握基本的電氣控制知識和技能，為以后從事機(jī)電控制工程領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

三個模塊的教學(xué)必須要有完備的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來支撐，為此，機(jī)械專業(yè)以《專業(yè)綜合課程設(shè)計》和《專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》為主干，設(shè)計模塊主要通過自動機(jī)械的設(shè)計和傳動系統(tǒng)的分析等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計與分析能力;制造模塊主要通過自動機(jī)械設(shè)備的加工制造、裝拆與裝配等環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的加工與制造工藝技能;自動化模塊主要通過對自動機(jī)械控制部分的設(shè)計與程序編制，使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備自動控制的基本設(shè)計方法和技能。

科技競賽活動是重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技作品競賽、創(chuàng)業(yè)計劃競賽、機(jī)械創(chuàng)新大賽和工業(yè)工程改善創(chuàng)意競賽等科技創(chuàng)新活動促進(jìn)了學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，以科技競賽活動促進(jìn)課堂知識的掌握。

4、畢業(yè)設(shè)計（論文）

畢業(yè)設(shè)計（論文）是本科教學(xué)的最終環(huán)節(jié)，在學(xué)生綜合能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)上起著重要的作用，是考察學(xué)生學(xué)習(xí)效果和工程能力的一種重要形式，是促成專業(yè)畢業(yè)要求達(dá)成的最后環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計（論文）密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行工程設(shè)計和項(xiàng)目研究，通過畢業(yè)設(shè)計（論文）環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生初步具備從事本專業(yè)相關(guān)行業(yè)工作的能力。

機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計同樣以三個模塊的方式來進(jìn)行，在前期理論課程和實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)具備某一模塊基本的知識和技能。設(shè)計模塊的學(xué)生可完成自動機(jī)械裝備、機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析以及專用機(jī)床的設(shè)計等課題;制造模塊的學(xué)生可完成摩擦磨損試驗(yàn)、五軸數(shù)控加工、工模具制造以及機(jī)床加工誤差分析等課題;自動化模塊的學(xué)生可完成機(jī)器人、立體車庫以及AGV小車等裝備的控制系統(tǒng)設(shè)計。通過模塊化課程體系的實(shí)施，使得學(xué)生的設(shè)計、制造以及分析能力得到全面的訓(xùn)練，為學(xué)生進(jìn)入社會向職場轉(zhuǎn)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、結(jié)論

在工程教育理念的基礎(chǔ)上，以學(xué)生為本，建立了機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的模塊化課程體系，將專業(yè)課程分為機(jī)械設(shè)計、材料及制造和自動化三個模塊，并在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、競賽科技活動以及畢業(yè)設(shè)計中進(jìn)行延伸式的教學(xué)。機(jī)械專業(yè)在工程認(rèn)證工作的指引下，通過模塊化課程體系的改革，提高了學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立解決復(fù)雜機(jī)械工程問題的能力。同時，專業(yè)建設(shè)水平顯著提高，為機(jī)械行業(yè)提供了大量實(shí)用型人才。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡介】

楊勇強(qiáng)（1976—），陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授.