基于OBE-CDIO理念的“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革

唐 恒 郭 彬 婁 燕 彭銳濤

1.深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院 廣東深圳 518000；2.湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 湖南湘潭 411100

一、概述

“機(jī)械制造基礎(chǔ)”是機(jī)械專業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)工程實(shí)踐類(lèi)理論課程，其內(nèi)容主要包括鑄造、鍛造、焊接、車(chē)削、銑削、磨削以及特種加工等制造工藝。在學(xué)科建設(shè)中是連接理論與工程實(shí)踐的重要橋梁，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和提高其工程素質(zhì)具有關(guān)鍵作用[1]。然而，在以教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，限制了學(xué)生主動(dòng)思考的積極性。學(xué)生們總是習(xí)慣于被動(dòng)學(xué)習(xí)方式，比如聽(tīng)、讀、看演示等，進(jìn)而忽視了相互討論、演練以及立即應(yīng)用等主動(dòng)學(xué)習(xí)方式。因此，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生積極、主動(dòng)思考成為現(xiàn)階段教學(xué)中不可忽視的難點(diǎn)。國(guó)外學(xué)者斯派帝[2]首先提出以成果為導(dǎo)向的OBE(Outcome Based Education)模式，他在《基于產(chǎn)出的教育模式：爭(zhēng)議與答案》著作中有比較全面的詮釋，即要求課程目標(biāo)、教學(xué)方案設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)體系和考核標(biāo)準(zhǔn)均聚焦于教學(xué)成果。該種模式下，學(xué)生在課程開(kāi)始時(shí)就非常清楚需要達(dá)到的考核標(biāo)準(zhǔn)，而且老師也需要合理地設(shè)計(jì)教案以幫助學(xué)生達(dá)到預(yù)期的教學(xué)成果。陳紅華等[3]將OBE理念融入高校教學(xué)評(píng)價(jià)體系中，構(gòu)建出以學(xué)生為主體的校、院、系三級(jí)教學(xué)評(píng)價(jià)監(jiān)督機(jī)制。該機(jī)制以過(guò)程性評(píng)價(jià)考核為主，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造性思維，可有效提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。尤芳怡等[4]將OBE理念融入翻轉(zhuǎn)課堂、對(duì)分課堂等兩個(gè)慕課平臺(tái)，構(gòu)建出以研促教的多維混合教學(xué)模式。該模式強(qiáng)調(diào)提升老師的科研能力，以研究成果作為教學(xué)范例，激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣。卜勻等[5]結(jié)合OBE理念以工程專業(yè)教育認(rèn)證為目標(biāo)，構(gòu)建以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主導(dǎo)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。在該體系中，老師充當(dāng)引導(dǎo)作用，學(xué)生自主調(diào)研課題，并給出可行性報(bào)告，再通過(guò)PPT將所學(xué)內(nèi)容分享，這一過(guò)程可以顯著提高學(xué)生學(xué)以致用的能力。

在教學(xué)方案的設(shè)計(jì)中，我們采用CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)模式[6]。CDIO模式要求以真實(shí)的社會(huì)工程環(huán)境作為背景來(lái)構(gòu)思和設(shè)計(jì)符合工程要求的工件圖紙，學(xué)生通過(guò)討論、獨(dú)立思考和自主創(chuàng)新來(lái)完成整個(gè)工件的制造。王尊陽(yáng)等[7]將CDIO理念融入通信工程導(dǎo)論課程改革，該改革將理論與實(shí)踐結(jié)合，強(qiáng)化考核標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系，激發(fā)了學(xué)生對(duì)通信工程導(dǎo)論的學(xué)習(xí)興趣。鹿德臺(tái)等[8]結(jié)合CDIO理念，以問(wèn)題案例為主體，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究和積極思考，開(kāi)發(fā)出游戲互動(dòng)式、團(tuán)隊(duì)合作式以及傳幫帶等混合教學(xué)模式，多元化考評(píng)結(jié)果顯示，學(xué)生的自主創(chuàng)新能力得到極大提升。林珍偉等[9]將OBE與CDIO理念引入土木工程課程教學(xué)中，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略引導(dǎo)學(xué)生積極思考和主動(dòng)參與工程實(shí)踐，充分培養(yǎng)了學(xué)生的綜合創(chuàng)新和工程運(yùn)用能力。傳統(tǒng)OBE理念強(qiáng)調(diào)結(jié)果為主導(dǎo)，但未細(xì)化其產(chǎn)出結(jié)果的過(guò)程，CDIO理念細(xì)化了改革過(guò)程細(xì)節(jié)，且按工程標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收結(jié)果，將OBE-CDIO模式應(yīng)用到“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程中，可強(qiáng)化教學(xué)方案設(shè)計(jì)和提升教學(xué)反饋機(jī)制，有利于開(kāi)發(fā)學(xué)生的技術(shù)技能、協(xié)調(diào)管理能力以及創(chuàng)造力[10]。

二、改革流程

OBE理念強(qiáng)調(diào)教學(xué)方案、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)評(píng)價(jià)體系的設(shè)計(jì)需要結(jié)合教學(xué)成果。首先根據(jù)教學(xué)成果確定教學(xué)目標(biāo)，再進(jìn)行教學(xué)方案的改革。在進(jìn)行教學(xué)方案改革中如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，則最后的考核就不能保證公平公正。通過(guò)結(jié)合CDIO理念，以工程標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)過(guò)程，例如我們?cè)O(shè)計(jì)的圖紙、加工的工件以及每道工序是否符合工程標(biāo)準(zhǔn)。只有嚴(yán)格要求，接下來(lái)的工作才能更有意義。OBE-CDIO模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，而不是競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)，允許學(xué)生競(jìng)爭(zhēng)并不斷挑戰(zhàn)自己。通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作和其他學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生會(huì)變得更強(qiáng)，而學(xué)習(xí)能力弱的學(xué)生也會(huì)得到提高?；贠BE-CDIO理念的“機(jī)械制造基礎(chǔ)”教學(xué)模式如圖1所示。該模式不僅方向明確，任務(wù)分明，而且細(xì)化了構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程。老師和學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中可以進(jìn)行意見(jiàn)交流和問(wèn)題反饋，反饋的問(wèn)題又會(huì)重新促進(jìn)教學(xué)方案的優(yōu)化。評(píng)價(jià)體系在整個(gè)過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，不僅可以約束學(xué)生，還可以約束老師，整個(gè)體系的運(yùn)行在不斷改變和優(yōu)化。

(一)任務(wù)分配

在“機(jī)械制造基礎(chǔ)”的第一堂課中，老師首先需要讓學(xué)生知道該書(shū)所涉及的鑄造、鍛造、焊接等不同的制造工藝；接著介紹自己的科研項(xiàng)目以及項(xiàng)目中所涉及的機(jī)械制造工藝和方法，并將其作為本學(xué)期實(shí)踐教學(xué)的一部分；之后再對(duì)班上學(xué)生進(jìn)行分組，不同組別負(fù)責(zé)不同機(jī)械零件的制備，且這些機(jī)械零件制備方法總體應(yīng)包括《機(jī)械制造基礎(chǔ)》教材中所涉及的加工工序；最后告知學(xué)生需要通過(guò)其中的一些加工工藝獨(dú)自加工出實(shí)物零件，且要嚴(yán)格按照工程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)零件的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)和打分。在整個(gè)過(guò)程中，老師負(fù)責(zé)答疑解惑，示范各種加工方法，學(xué)生則要自主學(xué)習(xí)和操作機(jī)器。

(二)構(gòu)建教學(xué)體系

基于OBE-CDIO理念，在OBE模式中，其第一步的任務(wù)分配已經(jīng)明確了教學(xué)成果和課程目標(biāo)，需要老師進(jìn)行教學(xué)方案的設(shè)計(jì)。在教學(xué)方案設(shè)計(jì)中采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)策略，以CDIO理念作為改革思想，這種思想能夠最大化引導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)方案接近工程標(biāo)準(zhǔn)[14]。

CDIO模式包含構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)轉(zhuǎn)四個(gè)階段，前三個(gè)階段構(gòu)成教學(xué)體系[15]。構(gòu)思階段需要宏觀、綜合地考慮什么樣的工件可以加工，加工后表面質(zhì)量是否有利于測(cè)定，需要哪些工序以及工序的先后順序如何安排。構(gòu)思階段尤為重要，直接決定了可行性，可以選擇與學(xué)生討論，開(kāi)闊學(xué)生的思維。設(shè)計(jì)階段一般由老師和學(xué)生合作完成，學(xué)生需要運(yùn)用三維建模軟件將老師給出的二維任務(wù)圖轉(zhuǎn)換為三維圖，分析加工工藝的先后順序，給出工藝流程圖，并與老師商議是否可行，最后由老師給出工件不同表面加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)現(xiàn)階段，針對(duì)學(xué)生的疑問(wèn)，老師需要運(yùn)用仿真模擬軟件模擬加工過(guò)程，并介紹軟件的使用。此過(guò)程要求老師不可以實(shí)物操作，示范之后由學(xué)生獨(dú)立完成。實(shí)現(xiàn)階段對(duì)于學(xué)生尤為重要，能夠引導(dǎo)學(xué)生積極思考，不斷創(chuàng)新，是培養(yǎng)其技術(shù)技能的最佳階段。

(三)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系

在運(yùn)轉(zhuǎn)階段開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)問(wèn)卷系統(tǒng)，同學(xué)可以通過(guò)匿名評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)老師的課程設(shè)計(jì)方案和教學(xué)行為的負(fù)責(zé)性進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。老師通過(guò)評(píng)價(jià)系統(tǒng)看到課程方案評(píng)價(jià)后可以與學(xué)生交流解惑，共同改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。此外，教師也可以通過(guò)評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)學(xué)生的認(rèn)真程度，并在系統(tǒng)上直接給出指導(dǎo)方案和建議，相互促進(jìn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一旦出現(xiàn)不服從安排、惡意破壞系統(tǒng)正常運(yùn)行的學(xué)生，將由學(xué)院通過(guò)溝通調(diào)解給出最優(yōu)方案。該評(píng)價(jià)系統(tǒng)總分值為10分，老師可以對(duì)每位學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，評(píng)分范圍在1～10分，該分?jǐn)?shù)會(huì)作為最終評(píng)選優(yōu)秀作品的參考。

(四)多樣化教學(xué)方式

多樣化教學(xué)方式是在遵從OBE-CDIO模式的情況下，教師除了可采用數(shù)控加工仿真外，還可通過(guò)其他方式傳授知識(shí)。例如，一些涉及實(shí)體機(jī)器操作的自媒體視頻、像UG、Pro-E、CAD等三維建模軟件學(xué)習(xí)視頻或一些涉及機(jī)械加工公眾號(hào)等都可作為傳授知識(shí)的途徑，便于學(xué)生查閱知識(shí)，了解機(jī)械加工的基本過(guò)程。

三、考核方式

“機(jī)械制造基礎(chǔ)”傳統(tǒng)課堂考核方式為出勤40%，期末考試60%。這種考核方式缺乏全面性，難以對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)作出很好的評(píng)價(jià)，難以激發(fā)學(xué)生參與課堂研討的積極性。

在OBE-CDIO的模式下，改革后的考核方式可分為工藝工序流程圖(15分)、裝配圖和零件圖(15分)、工件外形美觀性(15分)、工件質(zhì)量檢測(cè)(15分)、PPT匯報(bào)(20分)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(20分)，具體如圖2所示。其中，工藝工序流程圖和裝配圖主要考查學(xué)生邏輯思維和基本作圖能力；工件表面質(zhì)量與外形美觀性主要考查學(xué)生實(shí)踐能力和運(yùn)用機(jī)床加工的熟練度；PPT匯報(bào)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)主要考查學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)和分析總結(jié)能力。這種考核方式改變了以往以期末測(cè)試為主導(dǎo)的教育方式，避免了學(xué)生在考試周突擊學(xué)習(xí)的行為。注重過(guò)程考核，任務(wù)需要在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中完成，促使學(xué)生將任務(wù)碎片化，主動(dòng)劃分為不同時(shí)間段去完成。成果考核能夠幫助學(xué)生了解所做項(xiàng)目的主要內(nèi)容、目標(biāo)和價(jià)值。幫助學(xué)生自我檢查和評(píng)估，了解自身差距，并改善工作成果，從而更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的工作積極性，激發(fā)學(xué)生的潛能，最大化實(shí)現(xiàn)其自身價(jià)值。

四、結(jié)論

以往墨守成規(guī)的傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐中，被動(dòng)的學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)已經(jīng)表現(xiàn)出嚴(yán)重的不足之處。具體表現(xiàn)為學(xué)生的思考能力下降，對(duì)于知識(shí)的好奇心減少，缺少探索性和創(chuàng)造性，因此也不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、不能提出問(wèn)題。成果導(dǎo)向教育創(chuàng)造性地采用“先衡量學(xué)生可以做什么”的方法，而不是像傳統(tǒng)教育模式中采用的“學(xué)生知道什么”模式。例如，傳統(tǒng)教育模式會(huì)為學(xué)生設(shè)置幾個(gè)選項(xiàng)，學(xué)生只需要根據(jù)記憶選擇出正確答案，這種模式忽略了學(xué)生的理解能力和認(rèn)知能力的提升。本文提出的成果導(dǎo)向教育：OBE-CDIO理念以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為核心，融合了“機(jī)械制造基礎(chǔ)”中的加工工藝，由學(xué)生獨(dú)立完成提出項(xiàng)目建議、制作項(xiàng)目計(jì)劃、結(jié)合案例研究、講解設(shè)計(jì)和制造過(guò)程等五項(xiàng)任務(wù)，在此過(guò)程中學(xué)生們提出問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題—展示學(xué)習(xí)過(guò)程。OBE-CDIO理念更關(guān)注學(xué)生的高階能力的提升，如發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造思維能力、檢索信息能力和組織策劃能力。對(duì)于較難的問(wèn)題，還可以通過(guò)團(tuán)隊(duì)的形式去完成。該模式旨在發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新性和主動(dòng)性，將傳統(tǒng)被動(dòng)學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、引導(dǎo)式和探索式學(xué)習(xí)模式。豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容和嚴(yán)格的考核標(biāo)準(zhǔn)也有助于學(xué)生查找差距，明確人生追求，實(shí)現(xiàn)自身最大價(jià)值。