基于OBE-CDIO 的《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革★

崔方圓，張解語(yǔ)，陳 芳，鄭立爽

（河南工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

引言

隨著我國(guó)智能化制造業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)械工程專業(yè)行業(yè)的規(guī)?；苍絹?lái)越大[1]。《2019 中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展報(bào)告》相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示[2]，智能機(jī)械工程專業(yè)是相比于傳統(tǒng)制造業(yè)態(tài)來(lái)說(shuō)，在我國(guó)制造業(yè)中站相對(duì)較高的主導(dǎo)地位。截止2019 年底，我國(guó)機(jī)械工程行業(yè)業(yè)態(tài)總體規(guī)模較2018 年底增長(zhǎng)11.2%，總數(shù)量達(dá)到65.8 萬(wàn)家[3]。從數(shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械工程行業(yè)設(shè)施分別占全國(guó)業(yè)態(tài)設(shè)施的55.7%和94.3%。智能機(jī)械工程產(chǎn)業(yè)作為傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代AI 人工智能技術(shù)迅速發(fā)展的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，逐漸加速了我國(guó)現(xiàn)代智能機(jī)械工程由傳統(tǒng)形式向數(shù)字化、5G、AI 人工智能化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程[4]。

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主要專業(yè)課程。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得機(jī)械裝備設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)和方法；通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生初步具備設(shè)計(jì)一般機(jī)械制造裝備總體設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)的能力[5]。通過(guò)智能機(jī)械工程專業(yè)管理實(shí)踐應(yīng)用與傳統(tǒng)制造業(yè)環(huán)境相結(jié)合，研究機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)環(huán)境中出現(xiàn)的各階段系統(tǒng)技術(shù)效益問(wèn)題，其學(xué)科主要是將智能機(jī)械工程、基礎(chǔ)工程技術(shù)及智能化AI 知識(shí)理論有機(jī)結(jié)合和統(tǒng)一，以取得智能機(jī)械工程行業(yè)市場(chǎng)環(huán)境下經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

1 基于OBE 理念的課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

隨著教育資源整合，學(xué)科領(lǐng)域交叉發(fā)展及教育部關(guān)于“113”教學(xué)改革等措施的開展[6]，以機(jī)械工程專業(yè)為標(biāo)桿，對(duì)機(jī)械工程專業(yè)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式進(jìn)行了系統(tǒng)修訂，以求各個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)縫銜接，得到最優(yōu)改進(jìn)方案。引入OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，OBE 教育教學(xué)理念在國(guó)外已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于學(xué)科教育當(dāng)中，在學(xué)術(shù)界也被稱為成果導(dǎo)向教育或者被稱為目標(biāo)導(dǎo)向教育。其主旨是以目標(biāo)導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)訴求，引導(dǎo)學(xué)生，采取逆向思維模式，以目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)學(xué)科課程進(jìn)行系統(tǒng)梳理，最終達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)的一種教育理念[7]。

對(duì)OBE 教學(xué)理念的評(píng)價(jià)其主要目標(biāo)是聚焦在學(xué)生的目標(biāo)學(xué)習(xí)成果上，對(duì)學(xué)科教學(xué)的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)及學(xué)生的學(xué)習(xí)方法上介紹比較少。主要集中在學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)成果的總結(jié)上，對(duì)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)涉及較少。結(jié)合學(xué)校學(xué)科特點(diǎn)，以學(xué)生能夠達(dá)到的基礎(chǔ)教育教學(xué)要求為基點(diǎn)，賦予不同的等級(jí)評(píng)定，然后對(duì)其有針對(duì)性地進(jìn)行理性評(píng)價(jià)。這樣可以從目標(biāo)取得為導(dǎo)向，掌握學(xué)生對(duì)學(xué)科的熟練理解程度，以此為目標(biāo)，對(duì)學(xué)校的學(xué)科教師及教學(xué)理念進(jìn)行學(xué)科教學(xué)改進(jìn)提供必要的基礎(chǔ)。

以O(shè)BE 人才培養(yǎng)理念為指導(dǎo)，以機(jī)械工程專業(yè)就業(yè)實(shí)踐為驅(qū)動(dòng)力，將機(jī)械工程專業(yè)智能化市場(chǎng)環(huán)境優(yōu)化選擇及智能化經(jīng)濟(jì)環(huán)境收益的發(fā)展模態(tài)趨勢(shì)為課程教學(xué)載體。主要參照機(jī)械工程專業(yè)企業(yè)實(shí)踐活動(dòng)中對(duì)機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐市場(chǎng)環(huán)境的選擇，重新規(guī)劃設(shè)計(jì)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力在教學(xué)大綱中的比重，力求培養(yǎng)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力的應(yīng)用，培養(yǎng)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生努力成為新型智能化制造工程專業(yè)人角色的融合力度。

2 基于OBE 和CDIO 的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

CDIO 在現(xiàn)代教學(xué)理念中代表課程目標(biāo)構(gòu)思（Conceive）、課程設(shè)計(jì)（Design）、課程實(shí)施（Implement）和課程運(yùn)行（Operate）四個(gè)主要構(gòu)成部分[8]。主要體現(xiàn)在以項(xiàng)目產(chǎn)品從產(chǎn)出構(gòu)思到運(yùn)用再到實(shí)踐的具體生命周期。在現(xiàn)代智能機(jī)械工程行業(yè)業(yè)態(tài)中的體現(xiàn)就是將機(jī)械工程業(yè)態(tài)過(guò)程科學(xué)和機(jī)械工程業(yè)態(tài)工程實(shí)踐整合為一體，對(duì)課程參照CDIO 為主要目標(biāo)體系，將課程理論融合到實(shí)踐當(dāng)中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課程的過(guò)程中，基于理論學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生智能化系統(tǒng)工程的理解和應(yīng)用能力。

本研究主要著眼于根據(jù)CDIO 項(xiàng)目理念，把OBE 人才培養(yǎng)目標(biāo)緊密地融合于現(xiàn)代智能機(jī)械工程專業(yè)人才體系中[9]。根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)目標(biāo)，以現(xiàn)代機(jī)械工程行業(yè)智慧化系統(tǒng)為載體，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)目標(biāo)。以現(xiàn)代機(jī)械工程專業(yè)智慧化人才為核心需求目標(biāo)，堅(jiān)持以系統(tǒng)化能力為本位，重視機(jī)械工程智慧化人才實(shí)踐能力的培養(yǎng)，整合相應(yīng)的智慧化工程知識(shí)與技能，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作的完美融合。

本課程設(shè)計(jì)的典型工作系統(tǒng)項(xiàng)目有4 個(gè)，分別為機(jī)械工程專業(yè)智慧化系統(tǒng)的基本操作與認(rèn)識(shí)、數(shù)字化機(jī)械工程專業(yè)會(huì)議系統(tǒng)、數(shù)字化AI 樓宇管理系統(tǒng)、數(shù)字化安防系統(tǒng)。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及培養(yǎng)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，課程把四個(gè)部門教學(xué)資源進(jìn)行了細(xì)化。結(jié)合線上線下教學(xué)資源，每個(gè)系統(tǒng)項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)行模塊化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

3 基于OBE-CDIO 的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

本研究主要是根據(jù)CDIO 項(xiàng)目理念，把OBE 人才培養(yǎng)目標(biāo)緊密地融合于現(xiàn)代智能機(jī)械工程實(shí)踐性人才體系中。根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)，以現(xiàn)代智能機(jī)械工程智慧化系統(tǒng)為載體，結(jié)合學(xué)校實(shí)踐實(shí)訓(xùn)目標(biāo)。

以“新工科”實(shí)踐性理念為基點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行塑造，以期達(dá)到重視人才的能力培養(yǎng)的效果。結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)情況及教學(xué)設(shè)施設(shè)備的完善程度，進(jìn)行模塊化線上線下混合式教學(xué)模式。

3.1 課程構(gòu)思階段（Conceive）

OBE 目標(biāo)導(dǎo)向教育理念要以課程教學(xué)設(shè)計(jì)為主要依據(jù)，針對(duì)每個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行脈絡(luò)梳理，真正做到目標(biāo)導(dǎo)向理念的落地實(shí)施。課程構(gòu)思的主要目的是讓學(xué)生清楚學(xué)習(xí)的目標(biāo)是什么、為什么進(jìn)行學(xué)科學(xué)習(xí)及如何對(duì)目標(biāo)教學(xué)課程進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。教師要做到如何對(duì)學(xué)科教學(xué)成果進(jìn)行系統(tǒng)考評(píng)。根據(jù)學(xué)校制定的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)日歷完成目標(biāo)學(xué)科教學(xué)的OBE教學(xué)理念在學(xué)科中的滲透?？衫谜n程案例的導(dǎo)入、專業(yè)知識(shí)的講解、案例分析過(guò)程的解讀等來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)教學(xué)理念的認(rèn)真解讀。建立教學(xué)后學(xué)生對(duì)教學(xué)理念的反饋。通過(guò)學(xué)科教師之間的討論及線上資源的搜索完成。教師通過(guò)線上資源的搜素、篩選及整合，為學(xué)生發(fā)布課程項(xiàng)目的要求，布置線上教學(xué)項(xiàng)目的任務(wù)。通過(guò)學(xué)習(xí)資料的系統(tǒng)講解引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程項(xiàng)目進(jìn)行分析與目標(biāo)的明確。具體可劃分不同的學(xué)習(xí)小組，學(xué)習(xí)小組對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行分解與項(xiàng)目目標(biāo)的構(gòu)思深入分析，從而確定教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施的初步方案。

3.2 課程設(shè)計(jì)階段（Design）

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是大家所熟知的專業(yè)人才培養(yǎng)模式，現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步應(yīng)用于教育領(lǐng)域中?，F(xiàn)代智能機(jī)械工程行業(yè)是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的智能化產(chǎn)業(yè)，對(duì)科技的發(fā)展尤為敏感。所以，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)及AI 智慧化手段在機(jī)械工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用也具有一定的基礎(chǔ)。對(duì)機(jī)械工程專業(yè)的教學(xué)可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)課程進(jìn)行線上線下合理分配，以智慧化手段來(lái)充實(shí)學(xué)科教育。以目標(biāo)性教學(xué)為理念，目標(biāo)導(dǎo)向教學(xué)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的教學(xué)課堂目標(biāo)，主要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)導(dǎo)向能力及自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生在教師的指導(dǎo)學(xué)習(xí)下，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，為培養(yǎng)學(xué)生以后良好的學(xué)習(xí)能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程主要采用線上線下混合式教學(xué)模式來(lái)完成理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的融合[10]。專業(yè)課教師首先通過(guò)線上教學(xué)平臺(tái)（釘釘、學(xué)習(xí)通、微課、慕課等）發(fā)布上階段課程構(gòu)思出來(lái)的項(xiàng)目初步設(shè)想及實(shí)施方案。各小組通過(guò)線下討論及線上搜集資料來(lái)梳理小組的項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路。其次，通過(guò)線下組織學(xué)生進(jìn)行積極的項(xiàng)目構(gòu)思討論，選取代表來(lái)對(duì)小組的實(shí)施方案進(jìn)行思路的講解。主要包括機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)實(shí)施途徑（圖1）。專業(yè)課教師針對(duì)分組討論的主題，進(jìn)行問(wèn)題的提出及修改建議，積極督促學(xué)生對(duì)項(xiàng)目方案進(jìn)行修改與完善。

圖1 OBE+CDIO 成果導(dǎo)向理念分析圖

3.3 課程實(shí)施階段（Implement）

課程實(shí)施階段主要是通過(guò)線下階段完成。專業(yè)課教師針對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的重難點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解讀，為學(xué)生進(jìn)行線下實(shí)操演示。

各個(gè)學(xué)習(xí)小組通過(guò)對(duì)課程實(shí)施目標(biāo)的把握，按照《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行實(shí)操演練。特別是在傳統(tǒng)的機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)等模塊引入智能化概念。力求把智能化學(xué)習(xí)融合到傳統(tǒng)的制造行業(yè)中。教師在學(xué)生實(shí)際操作的過(guò)程中，進(jìn)行線下指導(dǎo)，并對(duì)實(shí)操過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行糾正與記錄。

3.4 課程運(yùn)行階段（Operate）

對(duì)前三部分的知識(shí)進(jìn)行整理，進(jìn)行課程的線下運(yùn)行階段。學(xué)習(xí)小組對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)等模塊引入智能化概念進(jìn)行系統(tǒng)解說(shuō)，制作PPT 進(jìn)行詳細(xì)操作演練的解讀。以及在實(shí)際的操作中出現(xiàn)的難點(diǎn)進(jìn)行闡述。

教師對(duì)學(xué)生匯報(bào)的PPT 進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析項(xiàng)目過(guò)程中出現(xiàn)的難點(diǎn)問(wèn)題、分析其中出現(xiàn)的問(wèn)題以及進(jìn)一步優(yōu)化的建設(shè)性意見。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代智能機(jī)械工程智慧化有全新的認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)與分析問(wèn)題。最后對(duì)現(xiàn)代智能機(jī)械工程專業(yè)智慧化發(fā)展的前景進(jìn)行展望。

4 以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，多元化、多層次評(píng)估

結(jié)合現(xiàn)代OBE 教學(xué)理念，對(duì)該項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化分析。通過(guò)CDIO 四大模塊環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)情況及教學(xué)設(shè)施設(shè)備的完善程度，進(jìn)行模塊化線上線下混合式教學(xué)。最終對(duì)教學(xué)成果進(jìn)行指標(biāo)性評(píng)價(jià)，以學(xué)生的成果評(píng)價(jià)指標(biāo)為基點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的滿意度評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)涵蓋機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的預(yù)期教學(xué)效果[11]。因此，對(duì)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)應(yīng)該體現(xiàn)多方式、多層次、多模塊及多元化，這樣才能全面地平衡各個(gè)指標(biāo)的平衡性與準(zhǔn)確性。

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程成績(jī)?cè)u(píng)定主要由線上學(xué)習(xí)成績(jī)（學(xué)習(xí)進(jìn)度、問(wèn)題討論及線上模塊演練）、項(xiàng)目PPT 匯報(bào)及報(bào)告、項(xiàng)目總結(jié)和期末成績(jī)四部分組成。具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則關(guān)系見表1。

表1 OBE+CDIO 成果導(dǎo)向理念考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于OBE 和CDIO 的教育理念，根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)目標(biāo)，以現(xiàn)代機(jī)械工程專業(yè)智慧化系統(tǒng)為載體，結(jié)合學(xué)校實(shí)踐實(shí)訓(xùn)目標(biāo)，堅(jiān)持以系統(tǒng)化能力為本位，重視機(jī)械工程專業(yè)智慧化人才實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

通過(guò)將課程理論融合到實(shí)踐當(dāng)中對(duì)課程教學(xué)模塊進(jìn)行改革，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課程的過(guò)程中，整合相應(yīng)的智慧化工程知識(shí)與技能，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作的完美融合。