“新工科”下基于OBE模式的機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群教學(xué)新體系研究與實(shí)踐

劉新娜，王雪

（哈爾濱理工大學(xué)，山東 威海）

當(dāng)今世界，區(qū)塊鏈、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與智能制造、新材料、量子物理等技術(shù)的深度交叉融合，引發(fā)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式蓬勃發(fā)展，與此同時(shí)，我國(guó)也實(shí)施了“智能制造”“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需大批的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力兼?zhèn)涞男滦妥吭焦こ碳夹g(shù)人才支撐，習(xí)近平總書(shū)記也指出，“我們對(duì)高等教育的需要比以往任何時(shí)候都更加迫切，對(duì)科學(xué)知識(shí)和卓越人才的渴求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈”。新的人才需求勢(shì)必會(huì)引起教育的重大變革。

為了支持我國(guó)長(zhǎng)期的創(chuàng)新能力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，2017年2月以來(lái)，教育部推動(dòng)了“新工科”發(fā)展戰(zhàn)略[1]。新工科是相對(duì)于傳統(tǒng)工科而言的，是以新經(jīng)濟(jì)與新產(chǎn)業(yè)為背景的一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。新工科一方面要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，并加強(qiáng)建設(shè)和提升質(zhì)量；另一方面要對(duì)現(xiàn)有工科專業(yè)進(jìn)行改造升級(jí)，基礎(chǔ)課程新體系構(gòu)建、新評(píng)價(jià)制度亟待探索。

機(jī)械專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，要求學(xué)生具有“良好的工程實(shí)踐能力，適應(yīng)科學(xué)技術(shù)、工業(yè)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需求”——2015版機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案，而現(xiàn)有的機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容陳舊、授課模式單一、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方案落后、評(píng)價(jià)機(jī)制框架多年不變，所謂的變革只是局限于改變課時(shí)多少、增加課堂演示實(shí)例、縮小驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例等范疇，并未將新一輪的產(chǎn)業(yè)革命與教學(xué)充分融合，工程教育成果明顯落后于新一輪的產(chǎn)業(yè)需求。

那么機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程新體系該如何構(gòu)建？又何以為新？為此，我們以O(shè)BE教育模式為導(dǎo)向，以需求引領(lǐng)變革方向，在學(xué)校專家委員會(huì)和企業(yè)行業(yè)專家的指導(dǎo)下，圍繞學(xué)生的產(chǎn)出和能力培養(yǎng)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化與資源整合——以《機(jī)械原理》和《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程模塊為例，產(chǎn)教融合，注重課程間的聯(lián)系和綜合發(fā)展以及整體效率：①建立基于新一輪產(chǎn)業(yè)革命的OBE下的課程標(biāo)準(zhǔn)；②開(kāi)發(fā)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目化工程案例，將案例通過(guò)課程大綱有計(jì)劃有步驟的以教學(xué)文件形式融入課堂教學(xué)內(nèi)容；③建立網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)；④編寫(xiě)OBE實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；⑤建立“三位一體”的OBE評(píng)價(jià)體系。以兩門課構(gòu)建的課程模塊兒這個(gè)“點(diǎn)”帶動(dòng)整個(gè)課程群這個(gè)“面”，探索各門課程之間的協(xié)調(diào)與合作，追求1加1大于2的優(yōu)化教學(xué)效果。

一 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（一） 新時(shí)代下高等教育改革國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

工業(yè)4.0時(shí)代風(fēng)起云涌，世界高等教育迎來(lái)了變革的新契機(jī)，聯(lián)合國(guó)教科文組織在2015年的研究報(bào)告中指出：世界高等教育正在發(fā)生革命性變化，并呈現(xiàn)出了“大眾化、多樣化、國(guó)際化、終身化、信息化”的趨勢(shì)，高等工程教育作為其中重要的組成部分，轉(zhuǎn)換成為注重實(shí)踐的“工程范式”，并時(shí)刻瞄準(zhǔn)未來(lái)的新范式。世界各國(guó)都在對(duì)新時(shí)代下的高等教育改革以及人才培養(yǎng)應(yīng)具有的能力進(jìn)行積極探索，并回歸工程本質(zhì)。

黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記多次指出，未來(lái)幾十年，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將同我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成歷史性交匯，工程在社會(huì)中的作用發(fā)生了深刻變化，工程科技進(jìn)步和創(chuàng)新成為推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的重要引擎。這為工程教育創(chuàng)新變革帶來(lái)了重大機(jī)遇，但這一機(jī)遇不再是簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)大規(guī)模、增加專業(yè)的傳統(tǒng)機(jī)遇，而是倒逼我們反思工程教育、建設(shè)“新工科”的新機(jī)遇。

但是我國(guó)高等工程教育仍然存在很多問(wèn)題：①知識(shí)體系未更新，課程內(nèi)容陳舊，還未與新一輪產(chǎn)業(yè)革命與科技革命的成果進(jìn)行結(jié)合，滯后于市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要；②程體系條塊化、分割嚴(yán)重，沒(méi)有重視課程之間的融合交叉和關(guān)聯(lián)，不注重綜合分析能力，對(duì)工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更是差強(qiáng)人意；[2]③全球化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)轟轟烈烈、如火如荼的蔓延與單一僵化的課堂教學(xué)模式形成鮮明的對(duì)比；④學(xué)生評(píng)價(jià)機(jī)制不科學(xué)[3]，單純以考試成績(jī)和平時(shí)出勤評(píng)價(jià)學(xué)生能力，缺乏過(guò)程性考核以對(duì)及學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力的考察，并沒(méi)有形成反饋提高的長(zhǎng)效機(jī)制。

（二） OBE理念的國(guó)內(nèi)外實(shí)施現(xiàn)狀

OBE模式是圍繞“預(yù)期學(xué)習(xí)成果”反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式?！度A盛頓協(xié)議》各成員國(guó)大多數(shù)采取基于“學(xué)習(xí)結(jié)果”導(dǎo)向的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，將“畢業(yè)生素質(zhì)”作為各個(gè)成員國(guó)不同類型工科專業(yè)“預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果”的共性和最低要求。加拿大、日本、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)香港、南非、馬來(lái)西亞也都積極進(jìn)行OBE改革[4]，世界各國(guó)的工程教育都在積極推進(jìn)OBE模式。

2013年汕頭大學(xué)實(shí)施了《面向工程認(rèn)證的CDIOOBE工程教育模式》；中國(guó)石油大學(xué)在《2017版本科培養(yǎng)方案》修訂過(guò)程中推進(jìn)OBE教學(xué)改革；2018年武昌首義學(xué)院OBE模式教學(xué)改革進(jìn)入全面實(shí)施階段；武昌首義學(xué)院副校長(zhǎng)李桂蘭指出OBE工作是學(xué)校開(kāi)展專業(yè)建設(shè)和課程建設(shè)的有效途徑，OBE工作必須是動(dòng)態(tài)的，結(jié)合最新產(chǎn)業(yè)革命成果的，將“一直在路上”。

（三） 機(jī)械專業(yè)課程改革現(xiàn)狀

作為典型的工科專業(yè)，機(jī)械專業(yè)課程也存在前面的共性問(wèn)題，但在具體內(nèi)容上差別較大，下面以機(jī)制專業(yè)《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》兩門課為例進(jìn)行分析：

《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》是機(jī)械類專業(yè)必修的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究機(jī)械的工作原理、構(gòu)成原理、設(shè)計(jì)原理與機(jī)械組成的學(xué)科，而《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》是緊隨《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程之后的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的延伸?；诠こ探逃J(rèn)證的12條畢業(yè)能力要求及課程規(guī)劃，這兩門課程需培養(yǎng)的主要能力包括：①能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題給出解決方案，具有設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)、零部件的能力；②能夠采用科學(xué)的原理與方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，具有制定實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、處理和分析數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效結(jié)論的能力；③具備本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)某專業(yè)方向所必需的專業(yè)知識(shí)，了解學(xué)科的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)；（詳見(jiàn)15版機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案）。

《機(jī)械原理》課程應(yīng)當(dāng)掌握機(jī)構(gòu)構(gòu)型、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析以及在此基礎(chǔ)上達(dá)到型綜合的能力；《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程則應(yīng)在《機(jī)械原理》對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析，綜合，從而進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》就是要學(xué)生達(dá)到利用科學(xué)的方法達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行研究、制訂實(shí)驗(yàn)方案、處理、分析數(shù)據(jù)并得到合理有效結(jié)論的能力，遺憾的是，現(xiàn)行的教學(xué)大綱并不能體現(xiàn)出OBE所要求的對(duì)工程問(wèn)題給出解決方案，更不能對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題和制定實(shí)驗(yàn)方案以及了解學(xué)科的前沿發(fā)展現(xiàn)狀了。具體表現(xiàn)如下：

1.內(nèi)容陳舊，知識(shí)體系未更新，與新一輪產(chǎn)業(yè)革命并未融合，例如：①《機(jī)械原理》運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析方法重點(diǎn)講解圖解法，重要的解析法卻蜻蜓點(diǎn)水，圖解法已經(jīng)淘汰，解析法可利用計(jì)算機(jī)求解，方便快捷，是企業(yè)的最新需求；②當(dāng)前課程內(nèi)容重點(diǎn)講解凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)，而串并聯(lián)機(jī)器人空間自由度的計(jì)算、姿態(tài)坐標(biāo)變換、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)值法與計(jì)算機(jī)編程技術(shù)、伺服電機(jī)、“擺線針輪行星輪系”和“諧波齒輪傳動(dòng)”等新知識(shí)才是新的工程科技人才必需的知識(shí)儲(chǔ)備，才能適應(yīng)新一輪的產(chǎn)業(yè)革命需求。③《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》依舊是十幾年未變化的帶式輸送機(jī)減速器設(shè)計(jì)，研究對(duì)象、實(shí)施方案都是現(xiàn)成的，不能達(dá)到鍛煉學(xué)生的綜合分析能力及實(shí)踐創(chuàng)新能力，不能對(duì)畢業(yè)目標(biāo)起到充分的支撐作用。

2.內(nèi)容孤立，條塊化分割嚴(yán)重，對(duì)綜合分析能力、實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠。不僅每一門課程章節(jié)孤立，未進(jìn)行型綜合；同時(shí)《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》本就是一體，內(nèi)在邏輯性強(qiáng)，解決一個(gè)工程問(wèn)題，缺一不可，目前割裂了兩者之間的聯(lián)系，亟待進(jìn)行課程整合，重構(gòu)課程體系，將這兩門課作為一個(gè)課程模塊進(jìn)行打造，優(yōu)化專業(yè)建設(shè)。

3.單一的課堂授課，沒(méi)有利用信息化平臺(tái)[5]，缺少課程群網(wǎng)站和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

4.課程標(biāo)準(zhǔn)不完善，評(píng)價(jià)機(jī)制不科學(xué)。目前學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定主要是依據(jù)期末考試和平時(shí)的出勤情況，并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)程性考核和實(shí)踐能力的綜合評(píng)定，并未體現(xiàn)OBE成果導(dǎo)向，缺少市場(chǎng)、學(xué)校、學(xué)生三位一體的評(píng)價(jià)體系[6]，也未形成可持續(xù)的改進(jìn)機(jī)制。

二 機(jī)械專業(yè)課程群教學(xué)改革

（一） OBE成果導(dǎo)向機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群新體系建設(shè)

圖1 OBE成果導(dǎo)向機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群新體系建設(shè)流程圖

（二） 機(jī)械專業(yè)課程群教學(xué)改革舉措

1.根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展和企業(yè)需求，優(yōu)化課程內(nèi)容。探索各課程之間的協(xié)調(diào)與合作，研究課程之間的相互聯(lián)系，相互支撐，交叉綜合，整合創(chuàng)新課程內(nèi)容。以《機(jī)械原理》和《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程為例進(jìn)行調(diào)整。原《機(jī)械原理》和《機(jī)械設(shè)計(jì)》課時(shí)情況如表1所示。

表1 原課時(shí)分配表

課程群理論教學(xué)內(nèi)容具體調(diào)整如表2所示。

表2 理論內(nèi)容調(diào)整表

課程群實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容具體調(diào)整見(jiàn)表3。

表3 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容調(diào)整表

2.構(gòu)建明確的、可實(shí)施的課程標(biāo)準(zhǔn)。以人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合專業(yè)方向，在專業(yè)建設(shè)專家指導(dǎo)下與企業(yè)合作，根據(jù)技術(shù)發(fā)展與企業(yè)需要，構(gòu)建課程培養(yǎng)體系，建立OBE模式下的各個(gè)課程標(biāo)準(zhǔn)，明確課程的基本理念、課程目標(biāo)、課程實(shí)施方案等。

3.在運(yùn)行中修訂教學(xué)大綱，為教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法設(shè)計(jì)、為評(píng)價(jià)機(jī)制和反饋機(jī)制的建立確立依據(jù)。

4.制作教學(xué)微視頻2-3個(gè)，建立網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)，建立試題庫(kù)。

5.融合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，案例化、工程化、多樣化課程設(shè)計(jì)題目?；贠BE教學(xué)理念，設(shè)計(jì)不少于10個(gè)課程設(shè)計(jì)題目，且題目具有綜合性，覆蓋《機(jī)械原理》與《機(jī)械設(shè)計(jì)》主要內(nèi)容，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，包括2-3中機(jī)構(gòu)構(gòu)型，有一定的靈活性和創(chuàng)新性，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。

6.制定課程與課程設(shè)計(jì)的考核評(píng)價(jià)體系與指標(biāo)，并建立三位一體的反饋機(jī)制，形成可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)。以O(shè)BE結(jié)果導(dǎo)向，依據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求和課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)案例綜合討論情況、綜合性大作業(yè)、綜合實(shí)驗(yàn)等建立過(guò)程考核標(biāo)準(zhǔn)，客觀評(píng)定學(xué)生成績(jī)；對(duì)考核結(jié)果進(jìn)行分析，并進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，從基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新性、工程應(yīng)用等各個(gè)方面，建立企業(yè)、學(xué)校、學(xué)生三位一體的反饋機(jī)制，制定反饋意見(jiàn)表，形成閉環(huán)。

三 結(jié)語(yǔ)

哈理工榮成學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)群在“新工科”的背景下，結(jié)合應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)實(shí)際，建立緊密對(duì)接產(chǎn)業(yè)鏈，在深入分析區(qū)域行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景的基礎(chǔ)上，通過(guò)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)大綱、案例化教學(xué)、評(píng)價(jià)體系等方面改革，逐步形成了以產(chǎn)教融合為驅(qū)動(dòng)，體現(xiàn)機(jī)械工程專業(yè)人才培養(yǎng)需要的專業(yè)集群人才培養(yǎng)體系，彰顯了應(yīng)用型院校深化人才培養(yǎng)體系改革，同時(shí)為新工科背景下其他同類院?；A(chǔ)專業(yè)課程群建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。