基于OBE工程教育理念的機械原理課程教學(xué)設(shè)計

廖韋

【摘 要】本文分析 OBE 工程教育理念的教學(xué)優(yōu)勢，提出工程教育運用 OBE 模式的目標指向，論述基于 OBE 工程教育理念的機械原理課程教學(xué)設(shè)計，從課程設(shè)計思路、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計邏輯、教學(xué)過程設(shè)計、考核評估四方面闡述具體的做法，為中職教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】OBE理念 工程教育 機械原理課程 教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）34-0110-03

OBE 即成果導(dǎo)向教育（Outcome based education，簡稱OBE），是在教育質(zhì)量問責運動及工程人才需求猛增的大背景下誕生的，工業(yè)革命后才開始在歐美國家進行應(yīng)用與推廣。OBE 理念強調(diào)的是學(xué)生必須在畢業(yè)時達到專業(yè)課制定的教學(xué)目標，教學(xué)工作及活動都要圍繞既定的教學(xué)目標來開展。隨著工業(yè)化推進、技術(shù)人才需求增加、技術(shù)專業(yè)的細化分類，社會對中職人才培養(yǎng)的期望也水漲船高，希望學(xué)生群體脫離系統(tǒng)的學(xué)校教育后就能夠在短時間內(nèi)適應(yīng)崗位中的要求與發(fā)展。然而目前眾多中職學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生，在實際工作中仍未能達到企業(yè)的要求。在這種就業(yè)背景下，教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革探索勢在必行。

基于 OBE 工程教育理念，確定機械原理課程目標指向，提出機械原理課程改革的基本思路，通過 OBE 模式下的機械原理課程教學(xué)設(shè)計思路，從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程角度設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、考核方式，培養(yǎng)學(xué)生機構(gòu)建模、分析和設(shè)計的能力，加強學(xué)生對產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計與改進流程的理解以及團隊協(xié)作的能力。OBE 教育理念的應(yīng)用，順應(yīng)了工程教育改革的發(fā)展趨勢，能夠走出過去工科學(xué)校過于看重專業(yè)學(xué)科的基礎(chǔ)性知識、忽視學(xué)生個性化發(fā)展及工程實踐能力培養(yǎng)的誤區(qū)，實現(xiàn)對現(xiàn)有的課程內(nèi)容的調(diào)整與改革，有效完善中職人才培養(yǎng)體系。

一、工程教育運用 OBE 模式的目標指向

與傳統(tǒng)學(xué)科教育過于注重基礎(chǔ)知識不同，OBE 教育模式更重視學(xué)生的實踐能力，更能夠深入了解學(xué)習(xí)成果及學(xué)習(xí)結(jié)果之間的關(guān)系。學(xué)習(xí)成果并非單純的只是學(xué)習(xí)內(nèi)容方面的疊加，而是將知識與學(xué)生的情感進行整合，幫助學(xué)生更好地理解學(xué)習(xí)結(jié)果，讓學(xué)生能夠運用知識來解決現(xiàn)實生活中可能遭遇的工作難題。

從專業(yè)的層面來說，相對于其他類型的設(shè)計，機械產(chǎn)品設(shè)計更為復(fù)雜，要求設(shè)計者不僅具備專業(yè)的機械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力，而且能夠了解設(shè)計過程中的細節(jié)。影射到課堂上就需要學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中全面掌握所學(xué)知識與實際生產(chǎn)過程中的聯(lián)系，通過項目實踐，根據(jù)實際需求進行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計，鍛煉基本的工程素養(yǎng)。

機械原理是工程課程中的基礎(chǔ)課程，其課程改革工作必須跟相關(guān)行業(yè)的需求、技術(shù)要求掛鉤。對此，基于校企銜接而進行的課程設(shè)計思路可以從三方面著手。

（一）培養(yǎng)學(xué)生機械產(chǎn)品設(shè)計的基本能力。基本的設(shè)計能力培養(yǎng)是本課程的核心，要求學(xué)生不僅掌握相關(guān)的理論知識，還能運用相關(guān)理論知識進行產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計，掌握一定的技術(shù)實操能力，對產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計流程有整體觀。機械原理課程是對產(chǎn)品運行原理的分析與概括，要求學(xué)生掌握機械系統(tǒng)運動與動力學(xué)部分內(nèi)容。而在專業(yè)的機械原理課程教學(xué)體系中，課程設(shè)計需要細化開發(fā)設(shè)計階段中不同的內(nèi)容與方法，形成便于學(xué)生內(nèi)化的知識體系，以便讓學(xué)生更具體地了解產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計體系，幫助學(xué)生將不同的課程內(nèi)容有效地聯(lián)系起來。

（二）培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注產(chǎn)品生命周期和可行性的設(shè)計理念。象牙塔里的研究是為理想而奮斗的，目標長遠，他們的研究是純理論要素研究。比如，土耳其 Arikan 教授一篇數(shù)學(xué)論文十年后成就了 5G 技術(shù);20 世紀五十年代，吳仲華教授的三元流動理論為今天航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)奠定了基礎(chǔ)等。每年學(xué)校舉辦的機械產(chǎn)品設(shè)計競賽中，學(xué)生的設(shè)計也往往更注重運動性方案，而忽略成本和產(chǎn)品使用周期。但職業(yè)教育培養(yǎng)的是實用性人才，不能太理想化，產(chǎn)品的生命周期和成本才是企業(yè)考慮的重點。因此，需要將產(chǎn)品生命周期及產(chǎn)品成本核算融入機械產(chǎn)品設(shè)計課程中。通過設(shè)置項目作業(yè)，實行校企合作，使學(xué)生圍繞商業(yè)目的學(xué)習(xí)和研究設(shè)計，對具體產(chǎn)品的設(shè)計更貼近實用化，幫助學(xué)生形成實用性的設(shè)計理念。

（三）培養(yǎng)學(xué)生靈活利用計算機技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計的能力。目前很多設(shè)計都是憑借個人的專業(yè)經(jīng)驗來實施的，很多學(xué)生在設(shè)計過程中運用計算機工具與技術(shù)的能力較為缺乏，習(xí)慣利用經(jīng)驗來進行設(shè)計。因此，要通過采用更加量化的設(shè)計方法和設(shè)計技術(shù)幫助學(xué)生靈活運用計算機工具進行輔助設(shè)計。

二、機械原理課程的教學(xué)設(shè)計

（一）基于 OBE 模式的機械原理課程設(shè)計思路。OBE 理念下，機械原理課程基于內(nèi)容和基于產(chǎn)出的課程設(shè)計，其教學(xué)特點和內(nèi)容設(shè)計對比如表 1 所示（見下頁）。

從表 1 可知，培養(yǎng)模式將從單純的知識傳授逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹R、能力及素養(yǎng)方面的培養(yǎng)。比如，在機械原理課程教學(xué)中，“連桿機構(gòu)傳動”這一節(jié)基于內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計是以課程大綱的知識點為主，基于產(chǎn)出的教學(xué)設(shè)計則從實際應(yīng)用中連桿機構(gòu)功能和分析其需求方向開始，從整個設(shè)計流程體系來看，基礎(chǔ)知識教學(xué)、能力培養(yǎng)以及考核三方面缺一不可，不僅要讓學(xué)生了解并掌握相關(guān)的知識點，還要讓學(xué)生通過項目層面的設(shè)計掌握機械設(shè)計的流程與方法。

（二）機械原理課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計邏輯?；跈C械原理課程的大綱進行基礎(chǔ)知識點教學(xué)設(shè)計是所有職業(yè)教育中比較擅長的方式。機械原理課程已經(jīng)形成了很完善的知識點提煉、教授與考核的方法，以機構(gòu)結(jié)構(gòu)、建模、設(shè)計等機構(gòu)共性技術(shù)為縱向內(nèi)容，橫向以典型機構(gòu)中連桿、凸輪、齒輪及輪系等基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)為例，其教學(xué)方法如表 2 所示。

根據(jù) OBE 教學(xué)理念設(shè)定課堂目標，應(yīng)該從學(xué)生的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力出發(fā)，且要在內(nèi)容設(shè)定上增加學(xué)生的興趣。對此，學(xué)?？梢詮脑O(shè)計競賽、產(chǎn)業(yè)環(huán)境等方面入手，不斷培養(yǎng)學(xué)生利用計算機工具及技術(shù)的能力，讓學(xué)生能夠獨立完成設(shè)計或者與團隊協(xié)作完成設(shè)計。

（三）基于 OBE 模式的機械原理課程教學(xué)過程設(shè)計。信息技術(shù)的發(fā)展速度太快，傳統(tǒng)的“產(chǎn)、學(xué)、研”模式趕不上市場需求的發(fā)展速度。在機械原理課程不變的情況下，設(shè)計內(nèi)容是一個螺旋上升的過程，需要根據(jù)應(yīng)用范疇進行教學(xué)反饋。在 OBE 模式下，學(xué)校從培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力角度設(shè)定的教學(xué)目標分為五個方面：機械系統(tǒng)基本表達、機械系統(tǒng)識別、機械系統(tǒng)定義、機械系統(tǒng)建模分析、機械系統(tǒng)綜合分析。

根據(jù)以上教學(xué)目標，將教學(xué)過程分為：激發(fā)學(xué)習(xí)動機——感知教學(xué)材料—— 理解教學(xué)材料—— 鞏固知識經(jīng)驗—— 運用知識經(jīng)驗—— 測評教學(xué)效果。

1.從內(nèi)容設(shè)置上為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機，主要從產(chǎn)業(yè)環(huán)境、機械設(shè)計大賽等方面進行考慮，教學(xué)中理論結(jié)合實踐、教室結(jié)合廠房。聯(lián)系本地區(qū)典型產(chǎn)業(yè)，如模具、小家電、注塑機等收集典型機構(gòu)進行分析。

2.感知教學(xué)材料，掌握基本知識點。該部分包括機構(gòu)分析基本方法的掌握、典型機構(gòu)分析設(shè)計能力的掌握以及靈活應(yīng)用計算機輔助分析、建模、設(shè)計的能力。目前學(xué)校主要以 Matlab、Adams 和部分 CAE 軟件系統(tǒng)輔助機械設(shè)計，通過軟件輔助從機構(gòu)運動方程構(gòu)建、運動方程求解和分析、機構(gòu)設(shè)計等方面進行項目設(shè)計。

3.從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計流程角度設(shè)置項目大作業(yè)，學(xué)生以團隊方式通過調(diào)研、查閱資料等完成教學(xué)材料的理解，提高面向產(chǎn)品設(shè)計過程的機構(gòu)分析能力。

4.設(shè)置項目作業(yè)，鞏固知識經(jīng)驗。學(xué)生需要對項目進行規(guī)劃、完成機構(gòu)結(jié)構(gòu)建模、方程構(gòu)建、程序編寫、系統(tǒng)分析。通過項目的完成，加深學(xué)生對產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計流程的理解。

5.參與機械設(shè)計大賽，運用知識經(jīng)驗。學(xué)生以團隊方式完成大賽作品，提高機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計能力以及團隊合作、口頭和書面表達的能力。

6.最后以綜合考勤、聽課、項目完成情況等內(nèi)容的考核方式完成教學(xué)效果評估。

（四）基于 OBE 模式的機械原理課程的考核評估。機械原理課程考核內(nèi)容主要包括機構(gòu)分析與設(shè)計，考試方式包括作業(yè)設(shè)置、日常測試、期末考試以及團隊項目實戰(zhàn)等，通過對學(xué)生進行綜合考核，要求學(xué)生能夠提交多樣化的考核結(jié)果。在評價方式上對環(huán)節(jié)進行規(guī)范，并讓學(xué)生參與到評價中來，強化評價結(jié)果的客觀性。在一些項目合作中，要讓學(xué)生進行相互促進的管理。

在 OBE 教育模式中，評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出是極其重要的指標。對學(xué)生各項能力做出合理客觀的評價，對后續(xù)的課程改革有著極大的影響。而機械原理課程的成績考核應(yīng)與課程設(shè)計所培養(yǎng)的能力相呼應(yīng)，可細分為：日常成績、選題成績、設(shè)計成績以及項目答辯成績，各部分所占比例和考核依據(jù)包括四方面。

1.選題成績占總成績的 30%。主要考查學(xué)生機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的能力。根據(jù)設(shè)定的任務(wù)設(shè)計兩到三種不同的機械傳動方案，每種方案包含兩到三種典型的傳動機構(gòu)、四桿以上的連桿機構(gòu)，通過 PPT 形式能對設(shè)計任務(wù)進行詳細的說明。從方案的合理性、周全性、創(chuàng)新性及實用性四個方面進行綜合評分。

2.平時成績占總成績的 10%。主要從出勤情況和學(xué)習(xí)態(tài)度兩方面進行打分。無規(guī)矩不成方圓，良好的出勤率和學(xué)習(xí)態(tài)度是完成任務(wù)的基礎(chǔ)，能培養(yǎng)學(xué)生個人與團隊之間的協(xié)作能力。

3.學(xué)生的設(shè)計成績占總成績的 40%。主要考核學(xué)生基礎(chǔ)理論知識的掌握情況及對數(shù)據(jù)進行分析、解釋、靈活運用知識的能力，從學(xué)生選擇的分析方法、數(shù)據(jù)分析、模型建立及運動仿真等方面進行打分。

4.答辯成績占總成績的 20%。考查團隊對整個項目的匯報能力，主要是對個人在團隊中的分工及完成情況、自我評價、所負責任務(wù)等進行闡述。

綜上所述，課程教學(xué)本身就是一個持續(xù)性的過程，學(xué)生是否具備相應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力，必須從實踐的項目中進行檢驗，且不能單純通過項目作業(yè)來反映，還要以機械競賽、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等多方面來檢驗學(xué)生對知識掌握的程度及設(shè)計能力。OBE 教育理念及教學(xué)模式是從學(xué)生產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力出發(fā)，提出機械原理課程的改革思路，并在教學(xué)內(nèi)容、考核內(nèi)容及持續(xù)改進方面等進行重新的規(guī)劃與設(shè)計。OBE 模式強調(diào)設(shè)計角度及產(chǎn)品的全生命周期，要求學(xué)生能夠?qū)⑺械闹R節(jié)點關(guān)聯(lián)起來，從實際問題出發(fā)來設(shè)計產(chǎn)品，注重對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。

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【作者簡介】廖 韋（1985— ），男，壯族，籍貫廣西柳州，本科，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于柳州市鹿寨職業(yè)教育中心，研究方向為機械教學(xué)。

（責編 羅汝君）