工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法課程教學(xué)改革探究
——以華北水利水電大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)為例

席 睿，韓林山，劉楷安，馬軍旭

(華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，鄭州 450011)

工程教育專業(yè)認(rèn)證體系以質(zhì)量保證和質(zhì)量改進(jìn)為基本指導(dǎo)思想和出發(fā)點(diǎn)，注重學(xué)校或?qū)I(yè)的多樣性和鮮明特色，以學(xué)生為本，重視學(xué)生產(chǎn)出成就，建立了包括學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊(duì)伍、支持條件在內(nèi)的七要素通用標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)院校和專業(yè)的發(fā)展，規(guī)范教學(xué)質(zhì)量管理和過(guò)程監(jiān)控[1-2]。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法課程是一門核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生利用一些新興的設(shè)計(jì)理念和方法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和及時(shí)性。以機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)工程認(rèn)證為契機(jī)，課程教學(xué)遵循專業(yè)認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)的理念，圍繞授課體系優(yōu)化、教學(xué)方式多樣化等方面進(jìn)行了改革與建設(shè)。

1 課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)和體系調(diào)整

1.1 制訂課程目標(biāo)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法課程修訂后的課程目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：(1)理解現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法的基本概念并對(duì)當(dāng)前主要的幾種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、人機(jī)工程學(xué)、虛擬設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì))的基本概念、研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)特點(diǎn)有所了解，能夠在機(jī)械工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與研發(fā)中進(jìn)行合理選擇，使用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法，具有創(chuàng)新意識(shí)和環(huán)保意識(shí)；(2)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和可靠性設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)理念有一定了解，能夠正確理解設(shè)計(jì)中所涉及的數(shù)學(xué)參數(shù)的意義，能夠推演計(jì)算出優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)過(guò)程中所需的參數(shù)；(3)能夠熟練掌握幾種常用優(yōu)化方法的原理和求解步驟，在此基礎(chǔ)上分析不同優(yōu)化方法的特點(diǎn)，以適用于不同類型優(yōu)化問題的求解，并使用計(jì)算機(jī)完成幾種優(yōu)化方法的編程、調(diào)試和求解；(4)能夠根據(jù)工程要求按照可靠性思想對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行逐級(jí)劃分，建立正確的可靠性模型(串聯(lián)、并聯(lián)、表決等)，并分別按需計(jì)算出各個(gè)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)值和分配值，按照機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足預(yù)定安全要求。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Correspondence of curriculum objective and graduate requirements

1.2 調(diào)整課程大綱

調(diào)整現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法課程的教學(xué)大綱后，建立了課程體系與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度，對(duì)教學(xué)內(nèi)容中的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都注明了學(xué)時(shí)、教學(xué)要求、教學(xué)方式、支撐目標(biāo)和畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。

1.3 改革教學(xué)方式

為提高課程教學(xué)效果，滿足成果導(dǎo)向要求，在教學(xué)過(guò)程中要采用線上與線下相結(jié)合、課堂教學(xué)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合的混合式教學(xué)模式?？梢劳袑W(xué)校的教學(xué)平臺(tái)建立線上課堂，根據(jù)大綱要求和授課進(jìn)度安排豐富的課程資源，方便學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，加強(qiáng)師生互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)課程質(zhì)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的問題。

1.4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

改革后的教學(xué)大綱增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行修訂，要求學(xué)生聯(lián)系工程實(shí)例對(duì)所學(xué)算法進(jìn)行應(yīng)用。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都包括多個(gè)環(huán)節(jié)，保障學(xué)生確實(shí)達(dá)成了指標(biāo)點(diǎn)的要求。

2 課程教學(xué)評(píng)估與分析

2.1 制訂課程考核方式

在實(shí)施專業(yè)認(rèn)證后，對(duì)每個(gè)考核環(huán)節(jié)都進(jìn)行了細(xì)化，給出了每個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和分值，并將每個(gè)考核環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)應(yīng)，這樣可量化每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度，便于評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，方便找出不足，查缺補(bǔ)漏。

目前的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程考核方式包括課程成績(jī)定量和定性評(píng)價(jià)兩種方法，課程定量成績(jī)由作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和期末考試成績(jī)組成。課程目標(biāo)與相應(yīng)考核形式如表2所示。

表2 課程目標(biāo)與相應(yīng)考核形式Tab.2 Curriculum objective and corresponding examination form

期末考試按百分制進(jìn)行考核，其余各考核環(huán)節(jié)按百分制或等級(jí)制進(jìn)行考核。等級(jí)制與百分制成績(jī)按照以下分?jǐn)?shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換：優(yōu)秀計(jì)90～100分，良好計(jì)80～89分，中等計(jì)70～79分，及格計(jì)60～69分，小于60分計(jì)不及格，缺席計(jì)0分。教學(xué)大綱中針對(duì)各考核環(huán)節(jié)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)給出了評(píng)分細(xì)則，以作業(yè)為例，作業(yè)占0.2權(quán)重(20分)。要先根據(jù)學(xué)生平時(shí)測(cè)驗(yàn)的完成情況和正確率進(jìn)行分級(jí)打分，然后根據(jù)作業(yè)內(nèi)容與各指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)進(jìn)行拆分，最后換算成和課程目標(biāo)相匹配的分值，由此定量觀察出哪類作業(yè)的得分對(duì)應(yīng)哪個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度，如表3所示。

表3 課程目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)分值與考核形式Tab.3 Curriculum objective observation point score and examination form

2.2 教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)方法

課程結(jié)束后用定量和定性兩種方法對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，相互印證課程目標(biāo)的達(dá)成情況。

A.定量評(píng)價(jià)方法。統(tǒng)計(jì)考核及格的學(xué)生在教學(xué)目標(biāo)中的全部考核環(huán)節(jié)得分情況，包括作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末考試等環(huán)節(jié)中的觀測(cè)點(diǎn)得分。將課程教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)環(huán)節(jié)的平均得分和課程教學(xué)目標(biāo)所占權(quán)重相對(duì)應(yīng)，按公式(1)計(jì)算課程的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)值。

(1)

式(1)中，Al表示課程教學(xué)目標(biāo)l的達(dá)成度評(píng)價(jià)值；Wl表示課程教學(xué)目標(biāo)l的權(quán)重；Cl表示課程教學(xué)目標(biāo)l的學(xué)生平均得分；C0表示課程教學(xué)目標(biāo)l的設(shè)計(jì)分值。

然后，考慮大綱中教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)之間的支撐關(guān)系，按公式(2)計(jì)算出課程支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度評(píng)價(jià)值。

(2)

式(2)中，Si表示課程對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)i的評(píng)價(jià)值；Vil表示課程教學(xué)目標(biāo)l支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)i的權(quán)重值；Al表示課程教學(xué)目標(biāo)l的達(dá)成度評(píng)價(jià)值；n表示課程教學(xué)目標(biāo)總數(shù)。

B.定性評(píng)價(jià)方法。根據(jù)課程教學(xué)大綱，針對(duì)課程目標(biāo)編制調(diào)查問卷，在課程結(jié)束時(shí)向?qū)W生發(fā)放問卷，讓學(xué)生針對(duì)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)的知識(shí)、能力和素質(zhì)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果分為五個(gè)層次，即優(yōu)秀(5分)、良好(4分)、較好(3分)、一般(2分)、較差(1分)，然后統(tǒng)計(jì)分析每項(xiàng)課程目標(biāo)調(diào)查的得分，根據(jù)式(3)計(jì)算出課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)值。

(3)

式(3)中，N為學(xué)生總數(shù)。

3 課程目標(biāo)達(dá)成度分析

針對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法課程建立了過(guò)程考核和質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制，通過(guò)賦值考核方式對(duì)課程目標(biāo)的支撐權(quán)重來(lái)計(jì)算各個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度，以分析學(xué)生整體、個(gè)體對(duì)課程的理解掌握程度，并以此反向分析講授內(nèi)容、上課方式、考核方式等環(huán)節(jié)是否存在問題，尤其要重點(diǎn)分析得分較高選項(xiàng)和得分較低選項(xiàng)，不斷提出課程持續(xù)改進(jìn)的措施，反饋到下一級(jí)學(xué)生的課程講授中去，推動(dòng)不同年級(jí)課程教學(xué)質(zhì)量的整體提高，使工程能力培養(yǎng)落到實(shí)處。以2016級(jí)和2017級(jí)學(xué)生的達(dá)成度評(píng)價(jià)為例，如圖1所示。

圖1 課程目標(biāo)定量達(dá)成情況柱狀圖Fig.1 Histogram of curriculum objective qualification achievement situation

2017級(jí)，課程目標(biāo)1考查的是學(xué)生對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法的基本概念的了解情況和在機(jī)械工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與研發(fā)中合理選擇并使用恰當(dāng)技術(shù)手段和現(xiàn)代工程軟件的能力，達(dá)成情況為0.838，高于2016級(jí)分值，原因可能是在講課中加強(qiáng)了知識(shí)串講和線上資源共享，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)整體進(jìn)行把握，期待以后繼續(xù)改進(jìn)。課程目標(biāo)2考查的是學(xué)生對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和可靠性設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)理念的了解程度，達(dá)成度為0.835，略高于2016級(jí)的0.789，這說(shuō)明目前在教學(xué)中增強(qiáng)對(duì)易錯(cuò)點(diǎn)的講解能夠使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算的把控變得更加準(zhǔn)確。課程目標(biāo)3考查的是學(xué)生對(duì)幾種常用優(yōu)化方法的原理和求解步驟的應(yīng)用情況，平均達(dá)成度為0.832，能夠滿足教學(xué)要求，這部分難度較大，一直是教學(xué)中的重點(diǎn)，比2016級(jí)的0.753有了一個(gè)明顯提高。課程目標(biāo)4主要考查的是學(xué)生根據(jù)工程要求按照可靠性思想對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行逐級(jí)劃分的能力和建立可靠性模型并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)和分配的能力，平均達(dá)成度為0.832，高于2016級(jí)的0.782，目標(biāo)已達(dá)成，效果良好。課程目標(biāo)3和4的達(dá)成度提高來(lái)源于2016級(jí)改進(jìn)措施中對(duì)優(yōu)化算法步驟和可靠性實(shí)例的線上資源使用，使學(xué)生可以反復(fù)觀看，查缺補(bǔ)漏。

整體來(lái)看，2017級(jí)的4個(gè)目標(biāo)都已達(dá)成，數(shù)據(jù)上比2016級(jí)更好，說(shuō)明學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的整體掌握情況更好，線上資源的引入使得學(xué)生可以反復(fù)觀看答疑視頻和講授視頻，有助于學(xué)習(xí)效果的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法課程進(jìn)行了建設(shè)和改革，取得了令人滿意的教學(xué)成果，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生綜合能力的提升起到了積極作用。