基于新工科背景下的機械制造技術課程設計教學改革探索

史立秋 方貴盛 于峰

摘 要：文章以機械設計制造及其自動化專業(yè)為研究對象，基于成果導向為目的的械制造技術課程設計進行教學模式的探索。在傳統(tǒng)的知識體系上融入虛擬制造的仿真環(huán)節(jié)，根據(jù)工程教育認證“以學生為中心”的教學教育理念，用“五段”式實踐法，重點鍛煉學生的實際操作能力和知識運用能力，展現(xiàn)復合型人才培養(yǎng)的特色。構建多樣化考核評價標準，采用“知識+技能+態(tài)度”三位一體考核方式，確保課程設計對畢業(yè)要求指標點的達成度。

關鍵詞：新工科 OBE 機械制造技術 課程設計

中圖分類號：F016.3;G642.0 ?文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2022）01-197-02

近年來，教育部為了服務中國制造2025等策略大力推進新工科建設，即“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0”。新工科建設的提出與開展是深入學習貫徹執(zhí)行習近平總書記新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，寫好高等教育“奮進之筆”。如何能培養(yǎng)出新時代需求的具有創(chuàng)新精神的應用型人才是每一所高校應該思考的問題?，F(xiàn)階段，擺在高等院校面前最重要的難題就是工程教育認證，要想通過認證就必須“以學生為中心，以成果為導向（OBE）”，這是必經(jīng)之路。

高校作為培養(yǎng)高層次、高素質人才的搖籃，要時刻把握時代發(fā)展的脈搏，在理論和實踐教學中重視學生的過程產(chǎn)出，而不是僅憑期末的一份報告、一張試卷就能作為整個學期的考核標準，通過幾年大學階段的培養(yǎng)，提升學生走入社會的競爭力。機械類專業(yè)作為工科院校的代表，更應該重視起學生的實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，如何重視？如何構建？這就要從合理構建機械學科的實踐教學體系著手，其中一些重要課程配套的課程設計首當其沖。它的橋梁作用不可忽視，高校教師必須行動起來，除了對理論教學進行改革，實踐教學模式同樣需要創(chuàng)新。

目前機械類課程設計環(huán)節(jié)在教學方法和考核形式上普遍保持一成不變的傳統(tǒng)，為了輔助理論教學內容而搭配一定周數(shù)的課程設計，因為形式枯燥導致教師和學生在這方面參與度和積極性都不高，最終以上交設計報告形式草草了事，這樣的課程設計從OBE理念出發(fā)的話很難符合要求。

本文結合我國工科院校這方面的需求與特點把OBE教育理念引入進來，分析如何能更好的提高和改善工科類畢業(yè)人才的社會競爭力，培養(yǎng)出我們真正需要的適合企事業(yè)單位需求的創(chuàng)新應用型人才。下面是結合筆者所在的浙江水利水電學院這類專業(yè)性較強大學的實際情況制定的一系列研究方案，如圖1所示。

一、對機械制造技術課程設計的內容進行OBE理念的提升

我校機械設計制造專業(yè)進行工程認證迫在眉睫，機械制造技術作為其中重要的專業(yè)基礎課必須以這個目標為指引，同時依據(jù)該專業(yè)的人才培養(yǎng)方案以及前輩們的授課經(jīng)驗，課程設計中融入OBE理念，建立健全的人才培養(yǎng)模式和提升實踐環(huán)節(jié)的重要性，不斷打造人才培養(yǎng)目標——成果產(chǎn)出——設計內容——考核標準之間的閉環(huán)系統(tǒng)。

機械制造技術課程設計在培養(yǎng)方案中主要支撐以下畢業(yè)設計指標要求：

1.畢業(yè)要求3設計/開發(fā)解決方案：能夠設計針對機械工程領域復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的機電液氣一體化系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在機械系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

2.畢業(yè)要求8職業(yè)規(guī)范：具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在機械工程領域工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。

3.畢業(yè)要求9個人和團隊：能夠在多學科背景下的項目團隊中，以及在機電產(chǎn)品或系統(tǒng)的構思、設計、實施、運行等過程的工程實踐中，承擔個體、團隊成員以及負責人的角色，并開展有效的團隊合作與組織管理工作。

4.畢業(yè)要求10溝通：能夠就機械工程領域復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

針對畢業(yè)要求指標點的權重值，在下發(fā)課程設計任務時，除了典型零件的加工工藝編寫外，同時要求學生融入數(shù)字仿真的內容，用CAD進行二維圖紙的繪制，并用三維軟件進行建模，建模后對編寫的工藝過程進行仿真加工，通過仿真模擬整個加工過程能更加直觀的糾錯，可以對前期的工藝規(guī)程進行閉環(huán)修正。經(jīng)過這樣的任務實施，整個課程設計過程中學生能夠身臨其境的去腳踏實地設計，改變了以往紙上談兵的狀態(tài)。

二、通過引入“五段法”鍛煉學生的實踐創(chuàng)新能力

第一段——選題下發(fā)任務書：根據(jù)指導教師下發(fā)的課程設計任務指導書內容，學生會有一個明確的查資料目標，對課程設計題目進行篩選，找到適合自己的，查文獻資料的過程對學生來說是一個很好的鍛煉機會，能夠充分的調動學生的主動性與積極性，鍛煉他們積極思考問題和分析問題的能力。

第二段——設計與分析：為了發(fā)揮每位同學的團隊協(xié)作與溝通能力，每個題目一組，每組4人，同時為了調動每位同學的積極性，一個題目四組數(shù)據(jù)，如此一來既有共同點又有不同點，并實施組長負責制。每組對設計題目進行分析，每人設計出一個方案，最后對比選擇一個最佳方案進行論證。

第三段——數(shù)字建模和仿真加工：每組同學對最佳方案進行二維圖紙的繪制和三維模型的建立，并對三維模型進行裝配和仿真加工。在這個過程中，能很好地培養(yǎng)學生的實際動手能力。

第四段——成果匯總：學生對前面三階段的過程進行匯總，根據(jù)任務書中的內容撰寫課程設計報告書，此階段為后續(xù)學生的畢業(yè)設計奠定堅實的寫作基礎。

第五段——成果提交與展示：為了給學生提供一個展示的平臺，課程設計結束后要進行答辯展示和交流。學生利用PPT介紹設計過程和成果，老師和同學對內容進行提問和建議，最后根據(jù)綜合評價指標進行成績評定。

三、基于OBE的課程設計成績評定方法改革

課程設計結束后的成績評定不只是指導教師給一個成績的過程，更重要的是在答辯的這個過程中，給學生提供一個展示自己綜合能力的舞臺，通過與不通過都是傳統(tǒng)的評價觀念，OBE理念的考核評價更注重過程性考核和產(chǎn)出，不能再用以前老的考核方式去一刀切，否則無法滿足現(xiàn)代教學方法的需求。因此，機械制造技術課程設計我們提出多元化考核方法，給學生更多的發(fā)展空間，采用“知識+技能+態(tài)度”三位一體考核方式。

機械制造技術課程設計是根據(jù)機械設計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)目標的要求，對機械制造技術基礎理論和基本知識進行深化的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，目的在于消化、鞏固課程講授的內容，培養(yǎng)學生能夠把所學的基本理論和基本知識初步運用于工程實踐之中。具體任務是針對一個典型機械零件，要求學生編制該零件機械加工的工藝規(guī)程，目的在于提高學生理論聯(lián)系實際和分析、解決工藝設計問題的能力。

傳統(tǒng)的課程設計成績評定方式比較單一，大部分都是分組進行，設計結束提交設計報告即可。這種方式的弊端很多：首先，分組進行的話，每組學生題目一樣，難免學生之間會有搭便車的現(xiàn)象發(fā)生，復制拷貝完成任務;其次，學生設計的整個過程缺乏全程的質量監(jiān)督，沒有緊迫感和獎懲措施，最終交個報告又能學到什么？一份報告定成績的評定方式單調而無嚴格的考核標準，對努力上進的學生來說沒有公平可言，體現(xiàn)不出真實成績。如果從課程設計的培養(yǎng)目標出發(fā)的話，提出一套行之有效的考核辦法是非常必要的。

基于OBE理念提出“知識+技能+態(tài)度”三位一體考核法，把整個設計過程分為幾個評定區(qū)間，從學生分到設計任務開始進行全程的質量跟蹤，實行一人一題制，過程性考核中將平時出勤+課堂態(tài)度+實際動手能力+設計創(chuàng)新能力+溝通表達能力等作為考核標準里的采分點，相比于傳統(tǒng)的考核方式更重視學生的實際能力的培養(yǎng)和塑造，真正的體現(xiàn)學生個人能力的差距進而反映到最終的成績評定中，這種考核方式的改革，不僅能調動學生做設計的積極性，打消部分學生寄希望于他人的消極思想，更能體現(xiàn)學生的付出與產(chǎn)出。幾輪下來，總結考核方法中存在的不足，在下一次的設計中不斷完善和改進，爭取從設計內容、設計方法和設計手段等方面都能得到提升，最終目標是通過課程設計培養(yǎng)出綜合能力較強的復合型人才。具體考核方法見表1。

四、結束語

本文通過對新工科背景下的基于OBE教學理念的機械類專業(yè)實踐環(huán)節(jié)進行分析，以機械制造技術課程設計為教學改革目標，與時俱進，在傳統(tǒng)的教學方法上進行課程革新，不但能提高教學質量，更新教育觀念，深化教育改革，使高校教育與市場需求真正地接軌;同時，本項目的研究成果可推廣應用到國內同類院校機械類專業(yè)的課程改革中，具有廣泛的理論和應用價值。

[基金項目：浙江水利水電學院新工科研究與實踐項目《OBE理念下的機械制造技術課程改革探索》（2020.1-2021.12）]

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（作者單位：浙江水利水電學院機械與汽車工程學院 浙江杭州 310018）

[作者簡介：第一作者，史立秋（1978—），女，博士，碩士生導師，教授，研究方向：超精密加工;通訊作者，于峰（1975—），男，碩士，講師。]

（責編：若佳）