基于工程教育認證理念的機械類實踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法與評價方式改革

王紅軍 常城 鐘建琳 陳秀梅 王吉芳

摘 要：分析了機械類實踐環(huán)節(jié)教學(xué)中存在的問題?；诠こ探逃砟?，構(gòu)建了機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的課程體系與畢業(yè)要求支撐體系，依據(jù)畢業(yè)要求指標點優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，明確了實踐環(huán)節(jié)的目的和要求。針對實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)方法和考核方法進行了改革探索，貫徹五段式教學(xué)方法，采用尺規(guī)法進行評價，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和項目管理能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐、創(chuàng)新能力以及學(xué)生的團隊合作精神?；贠BE理念，以制造綜合實踐課程為例，采用尺規(guī)法進行評價，應(yīng)用于教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進。

關(guān)鍵詞：機械類專業(yè)；實踐環(huán)節(jié)課程；教學(xué)方法；尺規(guī)法評價；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）01-0013-03

Abstract： The existing problems of practical teaching in mechanical related major are analyzed. Based on mechanical education concepts， the course and graduation requirement systems in two majors， mechanical design and manufacturing and its automation， are constructed， teaching contents are optimized according to the index of graduation requirements， and the practical purposes and requirements are clear. The practical teaching and check methods are reformed and explored； the five-step teaching method is carried out； the rule method is used for evaluation； engineering consciousness and project management skills are cultivated； students 'learning initiatives are stimulated； students 'engineering practices， innovation abilities and their team spirits are cultivated. Based on OBE philosophy， the manufacturing comprehensive practical courses are taken as an example； rule methods are used for evaluation， and teaching qualities for continuous improvement are applied.

Keywords： mechanical related major； practical courses；teaching methods； ruler method evaluation； teaching reformation

2016年6月2日，我國成為了《華盛頓協(xié)議》正式成員國，《華盛頓協(xié)議》是國際上影響力最大的四年制本科教育學(xué)位（學(xué)歷）國際互認體系。從此我國的工程教育開始與國際接軌，并進入了一個新時代。北京信息科技大學(xué)由原北京機械工業(yè)學(xué)院和北京信息工程學(xué)院合并組建，是一所以工學(xué)為主體，工、管、理、經(jīng)、文、法多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新能力較強的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為主的多科型大學(xué)。學(xué)校十分重視專業(yè)建設(shè)，將專業(yè)認證作為提升專業(yè)建設(shè)水平的關(guān)鍵。工程教育專業(yè)認證的核心理念是“成果導(dǎo)向（outcomes based education，OBE）”的基本原則。機電工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是我校最早設(shè)置實力最強的專業(yè)之一。幾十年來本專業(yè)為我國裝備制造業(yè)培養(yǎng)了大批高級工程技術(shù)人才，在機床行業(yè)享有較高的聲譽和知名度?；贠BE理念，我們構(gòu)建了符合工程教育專業(yè)認證的專業(yè)培養(yǎng)方案，搭建了分層次階梯式的實踐教學(xué)體系，包括課內(nèi)實驗、開放式實驗、生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計、綜合實踐、畢業(yè)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計等。以學(xué)生的能力獲得作為評價教學(xué)成果的依據(jù)，對機械類專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)方法以及考核評價方式進行了有效的改革。

一、基于工程認證理念的課程體系改革

機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)主要培養(yǎng)在機械工程及相關(guān)領(lǐng)域從事機電產(chǎn)品及系統(tǒng)的工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)運行管理等相關(guān)工作的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。學(xué)生畢業(yè)5年后，預(yù)期能夠成為機械工程及相關(guān)行業(yè)的高素質(zhì)工程應(yīng)用型技術(shù)人才，熟悉本專業(yè)國內(nèi)外最新技術(shù)，能夠獨立解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題。在機械工程或相關(guān)領(lǐng)域能獨立完成所負責(zé)的工作，具有在項目中擔(dān)任技術(shù)骨干的能力和水平。以工程認證標準為核心指導(dǎo)，根據(jù)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標以及專業(yè)多年人才培養(yǎng)經(jīng)驗，根據(jù)OBE理念，從專業(yè)的培養(yǎng)目標、分解12條畢業(yè)要求指標、建立培養(yǎng)目標-能力要求-教學(xué)載體-評價措施之間的支撐網(wǎng)絡(luò)。實踐環(huán)節(jié)是學(xué)生獲得實踐和創(chuàng)新能力的最重要途徑。通過各種實驗有助于學(xué)生對理論知識的理解和掌握，并有助于學(xué)生熟練掌握實驗原理、方法、儀器使用、結(jié)果分析等科研工作知識和規(guī)律，能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜機械工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。同時，通過實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，獲得實踐創(chuàng)新能力，具有評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)規(guī)范，團隊合作能力，溝通和交流能力，國際視野具有重要作用；通過實踐環(huán)節(jié)，還將使學(xué)生理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。

二、更新教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和實踐動手能力

1. 以學(xué)生為中心，實驗室及其設(shè)備的工程環(huán)境構(gòu)建。目前雖然工科院校的實驗室設(shè)備能滿足專業(yè)建設(shè)的需要，但是實驗室環(huán)境的建設(shè)、實驗人員的數(shù)量、素質(zhì)還遠遠不能滿足要求。存在實驗室環(huán)境與實際工業(yè)環(huán)境差距明顯、精密設(shè)備的校準和檢測流于形式，忽視安全教育的問題。按照工程教育專業(yè)認證的要求，需要更新教育教學(xué)理念。從以教師為中心轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為中心。樹立一切為了學(xué)生，為了學(xué)生的一切的意識。盡可能為學(xué)生提供與行業(yè)實際發(fā)展相匹配的工程環(huán)境，以便培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和意識。首先應(yīng)完善實驗室的安全標識、規(guī)章制度的建設(shè)；其次對實驗人員進行培訓(xùn)，注重對國家標準和行業(yè)規(guī)范的更新；并注重檢查實驗設(shè)備的安全使用、保養(yǎng)和維護制度，對于檢測設(shè)備應(yīng)按照國家標準進行校準和檢測；制定每門課程的安全教育內(nèi)容并要求對同學(xué)進行考核，考核通過后才可以開始課程實驗。注重培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)實驗設(shè)備規(guī)范性使用的能力，要求同學(xué)事先預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，實驗過程中必須獨立完成實驗操作并熟練掌握規(guī)范化操作技能。對于操作過程和規(guī)范性進行單獨考核。

2. 改變工程實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)方式和教學(xué)方法，從以學(xué)科為導(dǎo)向轉(zhuǎn)化為以學(xué)生的能力獲得為導(dǎo)向。以前實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，實驗指導(dǎo)教師按照實驗指導(dǎo)書進行講解，學(xué)生按照指導(dǎo)書的要求，模擬老師的實驗過程并提交實驗報告即可。導(dǎo)致學(xué)生少思考，主動性差，不明白“為什么要這樣做”，與工程教育專業(yè)認證標準的要求背道而馳，不能有效培養(yǎng)出國際通認的工程類人才。為學(xué)生提供教學(xué)大綱，清晰告訴學(xué)生，實驗的內(nèi)容、通過實驗獲得的知識、能力和考核的方式。要求學(xué)生首先明確實驗的目的、實驗的原理、實驗的手段和實驗步驟，實驗的數(shù)據(jù)采集方式和分析，實驗結(jié)論的獲得并完成實驗報告。學(xué)生在開始實驗之前，以問題為導(dǎo)向，通過學(xué)習(xí)思考、課前查閱相關(guān)資料解決這些問題；在實驗課上嚴格規(guī)范地操作設(shè)備，獲得實驗數(shù)據(jù)，并最后寫出規(guī)范完整、簡潔明了、能夠真實反應(yīng)實驗過程和實驗數(shù)據(jù)的實驗報告，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

三、面向工程教育，貫穿全過程的“五段式”實踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力，實現(xiàn)技能的培養(yǎng)

以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，不斷加強實踐教學(xué)項目及內(nèi)容的工程化建設(shè)，形成逐次遞升的層次化實踐教學(xué)訓(xùn)練模式。采取“五段式”的學(xué)生綜合能力教學(xué)方法改革，將傳統(tǒng)課設(shè)與學(xué)科競賽相銜接。從專業(yè)認知教育、生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等貫穿四年的實踐環(huán)節(jié)，開展“五段式”實踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法。項目選題階段：學(xué)生圍繞給定主題，開展調(diào)查研究，查閱資料，比較和分析，自主選題，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、主動思考和創(chuàng)新思維的能力；方案設(shè)計階段：學(xué)生自主形成3人小組，進行角色分工，確定任務(wù)和進度，令學(xué)生發(fā)揮各自特長，分工協(xié)作，完成方案設(shè)計、經(jīng)濟性分析與可行性論證工作，培養(yǎng)學(xué)生項目管理、團隊協(xié)作、互相協(xié)調(diào)的能力；模型樣機制作階段：學(xué)生將所提出的設(shè)計目標，動手完成，以實物的形式提交設(shè)計結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，鍛煉學(xué)生的工程制作能力；總結(jié)歸納階段：學(xué)生對所進行的工作進行歸納總結(jié)，撰寫總結(jié)和實習(xí)報告、課程設(shè)計說明書、畢業(yè)論文，鍛煉學(xué)生的寫作能力、概括能力等；答辯交流階段：每個學(xué)生參加答辯，采用PPT演講或者口頭答辯，老師和學(xué)生從進度、質(zhì)量、溝通表達方面等參與評分，鍛煉學(xué)生的表達交流能力。通過“五段式”實踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法與機械設(shè)計創(chuàng)新大賽、3維設(shè)計大賽、大學(xué)生科技創(chuàng)新等相結(jié)合，多位同學(xué)在全國、北京市機械設(shè)計創(chuàng)新比賽、北京市機器人比賽中獲得全國、省部級獎項，近三年獲得國際國內(nèi)各類學(xué)科競賽達100余項，學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力得到顯著提高。

四、基于工程認證理念的實踐環(huán)節(jié)考核評價方法改革

專業(yè)實踐環(huán)節(jié)課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、工程創(chuàng)新能力和靈活運用所學(xué)知識分析、解決實際問題的能力。其教學(xué)評價方式應(yīng)該重過程、以促進評價對象發(fā)展為根本，不能僅以傳統(tǒng)的實驗報告和實驗結(jié)果來對學(xué)生進行評價。既要考查學(xué)生對知識的掌握程度，又要考核學(xué)生的動手操作能力，更應(yīng)注重學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。針對實踐類教學(xué)課程，如課程實驗、生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計、設(shè)計綜合實踐、制造綜合實踐、畢業(yè)實習(xí)和設(shè)計等活動，除了利用成績分析法之外，為了更好地評價學(xué)生在教學(xué)過程的表現(xiàn)和成果，設(shè)計了針對各種實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的尺規(guī)評價表。由教師按照尺規(guī)標準對學(xué)生的能力達成進行評價。以制造綜合實踐為例，給出基于尺規(guī)分析法的制造綜合實踐評價方法。制造綜合實踐主要目的就是使學(xué)生能熟練運用制造裝備及自動化課程中的基本理論以及生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地完成某一典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵件的加工工藝設(shè)計等問題，保證設(shè)備的設(shè)計要求，零件的加工質(zhì)量；學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握和本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱出處。能夠做到熟練運用；提高數(shù)控編程的能力。學(xué)生通過對關(guān)鍵件進行數(shù)控加工仿真訓(xùn)練，應(yīng)當獲得根據(jù)被加工零件的加工要求及已有的數(shù)控加工設(shè)備，編制出高效、既經(jīng)濟合理又能保證加工質(zhì)量的數(shù)控加工程序的能力。

該課程支撐畢業(yè)要求7個指標點。對2013級機1301班的制造綜合實踐課程作為評價樣本，該課程的總成績?yōu)?00分，制訂尺規(guī)價表，將其分為11項，包括畢業(yè)要求指標點7個，課程設(shè)計的成果質(zhì)量、設(shè)計說明書內(nèi)容和規(guī)范性、進度以及答辯等。將每項評價內(nèi)容，分為1-2級指標，給出相關(guān)的權(quán)重值分。如圖1所示為機1301班的制造綜合實踐課程的尺規(guī)評價結(jié)果。圖2是全班所有學(xué)生的各個分項的平均值。根據(jù)對該班學(xué)生的尺規(guī)法評價結(jié)果，按照學(xué)院畢業(yè)要求達成評價方法規(guī)定，如果課程評價結(jié)果為0.7為達成。根據(jù)評價結(jié)果，在課程設(shè)計的持續(xù)改進環(huán)節(jié)，更加注重對學(xué)生在設(shè)計方案的經(jīng)濟分析和成本比較，設(shè)計說明書的撰寫方面加強指導(dǎo)。與常用的綜合成績考核法相比，從尺規(guī)法將整個過程和相關(guān)環(huán)節(jié)進行逐項分析，對學(xué)生能力的獲得有了更加直接客觀的評價，實現(xiàn)了以學(xué)生能力的獲得進行評價。實踐環(huán)節(jié)合理考核評價促使學(xué)生在完成相關(guān)任務(wù)過程中有章可循，教師對學(xué)生的能力表現(xiàn)評價有章可依，并有效調(diào)動學(xué)生對實踐課程的主觀能動性，改善了實踐教學(xué)效果、提高了學(xué)生的實踐能力。

基于OBE理念，對實踐環(huán)節(jié)貫徹“五段式”教學(xué)方法，采用尺規(guī)法進行評價，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和項目管理能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐、創(chuàng)新能力以及學(xué)生的團隊合作精神。

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