基于OBE的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)方法研究

摘 要：文章基于OBE理念，制定“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)體系流程，分析專業(yè)特點(diǎn)及課程特點(diǎn)，制定與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)相適應(yīng)的課程目標(biāo)。在整個(gè)教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生積極參與其中，以達(dá)到以學(xué)生為中心的目的。課后通過作業(yè)、答疑、總結(jié)等方式分析本輪教學(xué)的效果，為下一輪的教學(xué)提供依據(jù)，使課程教學(xué)形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到持續(xù)改進(jìn)的目的，使學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力不斷提高，進(jìn)而能高效分析并解決工程中的復(fù)雜問題。

關(guān)鍵詞：“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程；OBE理念；持續(xù)改進(jìn)；學(xué)生能力

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2024）11-0067-03

一、引言

1981年，美國學(xué)者W. D.斯派蒂（W. D. Spady）提出了OBE（Outcome Based Education）理念，即成果導(dǎo)向教育[1]。根據(jù)OBE理念，教學(xué)實(shí)施、教學(xué)設(shè)計(jì)主要以學(xué)生取得學(xué)習(xí)成果為目的。以生為本是OBE理念的核心所在，其導(dǎo)向是學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，即衡量教學(xué)成果以學(xué)生掌握了多少知識(shí)和能力的提高程度為標(biāo)準(zhǔn)，而不是教師講給學(xué)生多少知識(shí)。同時(shí)強(qiáng)調(diào)在教學(xué)環(huán)節(jié)的最后要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)課程體系、教學(xué)環(huán)節(jié)及教學(xué)方法進(jìn)行持續(xù)性改進(jìn)。

2016年，我國高等教育的一項(xiàng)重大舉措就是簽訂了《華盛頓協(xié)議》（Washington Accord），這一舉措也讓國內(nèi)工程教育質(zhì)量認(rèn)證體系達(dá)到了國際水平。作為工程教育的一大核心理念，OBE理念被越來越多的應(yīng)用在我國工科院校的課程教學(xué)改革實(shí)踐中[2-3]。哈爾濱理工大學(xué)有諸多專業(yè)已得到工程教育認(rèn)證，如機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械電子工程專業(yè)、電氣工程專業(yè)等。

“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（以下簡稱“機(jī)械專業(yè)”）及近機(jī)類材型、電氣工程、車輛工程等專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，同時(shí)也是機(jī)械類專業(yè)主干課程之一。課程對(duì)多門基礎(chǔ)機(jī)械類課程進(jìn)行了充分整合，如“理論力學(xué)及工程力學(xué)”“工程材料與熱成形技術(shù)”“工程制圖”“機(jī)械原理”等課程，用以解決通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)問題。“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程具有“三性”“四多”的特點(diǎn)，即設(shè)計(jì)性、綜合性和實(shí)踐性，概念多、公式多、圖表多和系數(shù)多?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”課程在專業(yè)培養(yǎng)體系中具有承上啟下的作用，是學(xué)生開展后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等的基礎(chǔ)[4]。因此，在知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)等人才培養(yǎng)要求下，融合OBE理念不斷探索新的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、情感、環(huán)境保護(hù)等方面能力，有著重要的意義。

文章結(jié)合哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械專業(yè)2019級(jí)、2020級(jí)學(xué)生，從課前、課中、課后3個(gè)環(huán)節(jié)探討“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)方法。

二、課前分析

按照OBE理念，對(duì)照教學(xué)大綱、課程對(duì)畢業(yè)指標(biāo)的支撐及上一輪教學(xué)的課后總結(jié)進(jìn)行本輪教學(xué)課前落實(shí)，布置本輪開課。

“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程主要包括連接零件、傳動(dòng)零件、軸系零部件及其他零件5個(gè)方面內(nèi)容。課程教學(xué)任務(wù)為講授機(jī)械設(shè)計(jì)基本思想、方法、知識(shí)，使學(xué)生得到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性訓(xùn)練，奠定后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)、機(jī)械設(shè)計(jì)工作的良好根基。該課程支撐了開課專業(yè)畢業(yè)要求1、3、4，即1——問題分析、3——設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、4——研究。因此，課程可確定以下3個(gè)教學(xué)目標(biāo)：其一，讓學(xué)生掌握一般機(jī)械零部件、傳動(dòng)的原理與基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)有關(guān)專業(yè)性知識(shí)加以運(yùn)用，探索機(jī)械設(shè)計(jì)工程問題的解決方式，可按照工作性能來優(yōu)化和剖析不同解決手段；其二，讓學(xué)生具備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性技術(shù)與手段，了解機(jī)械設(shè)計(jì)中一般零部件、傳動(dòng)的解析過程，包括軸系零部件和連接零部件等，掌握開發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的主要影響因素，能夠優(yōu)化和對(duì)比不同影響因素；其三，針對(duì)具體工程問題，讓學(xué)生能夠運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程及相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)和理論，選擇研究路線，給出常用零部件、典型結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)等的研究方案，能運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、參考圖冊(cè)等，并具備一定的設(shè)計(jì)裝置實(shí)施操作能力[5]。這3個(gè)課程目標(biāo)分別支撐畢業(yè)要求的1.3、3.1及4.2。

由機(jī)械專業(yè)2019級(jí)學(xué)生的課后總結(jié)分析可知，在3個(gè)課程目標(biāo)中，課程目標(biāo)2達(dá)成度相對(duì)較低。課程目標(biāo)2由小作業(yè)及期末考試的解決工程問題的大題、齒輪受力分析、軸承壽命計(jì)算、軸系改錯(cuò)等組成，小作業(yè)的得分較好，因此，造成這部分達(dá)成度低的原因主要是大題得分相對(duì)偏低。在本輪教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)知識(shí)運(yùn)用的案例講解，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決工程問題的能力。

三、課中講“活”

在課程教學(xué)過程中，教師應(yīng)通過寬廣的知識(shí)面及清晰、形象的語言表達(dá)使學(xué)生受到感染。相比之下，若教師單調(diào)地轉(zhuǎn)述PPT、課本上的教學(xué)內(nèi)容，則難以提高“引人入勝”的教學(xué)吸引力，從而無法取得理想的課堂教學(xué)效果。為使授課內(nèi)容富有激情，教師可把知識(shí)點(diǎn)當(dāng)做一個(gè)個(gè)小故事來講，使學(xué)生緊跟教師的思路，而不是有時(shí)間想其他跟教學(xué)無關(guān)的事情。如果學(xué)生認(rèn)為聽不聽課都一樣，說明教師的講課失敗了；如果學(xué)生認(rèn)為不聽課自己很難學(xué)明白，或需要花幾倍的時(shí)間自學(xué)才能掌握，那就表明教師的課講“活”了。同時(shí)，教師可適時(shí)將學(xué)生在日常生活中能見到的零部件應(yīng)用實(shí)例、科研項(xiàng)目引入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.將多媒體授課與學(xué)生互動(dòng)相結(jié)合，增加學(xué)生對(duì)課程的注意力。加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，并有針對(duì)性地設(shè)計(jì)課堂提問，適當(dāng)設(shè)置小測或選人、搶答環(huán)節(jié)，以增加課堂活躍度；學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)理解掌握課程知識(shí)，教師采用翻轉(zhuǎn)課堂、布置作業(yè)、章節(jié)測驗(yàn)、學(xué)習(xí)情況數(shù)據(jù)發(fā)布等形式督促和檢查學(xué)生的完成情況。

2.圍繞減速器涉及的章節(jié)增加課堂討論，合理安排討論內(nèi)容和時(shí)間。如講解螺紋連接的類型時(shí)，讓學(xué)生就教室里的設(shè)備、桌椅等使用的螺紋連接，討論不同類型連接方式的使用場合及優(yōu)缺點(diǎn)。

3.要想對(duì)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行督促，培養(yǎng)其課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，就要堅(jiān)持在授課前的10～15分鐘進(jìn)行提問。為加強(qiáng)基礎(chǔ)，可在增加材料基礎(chǔ)部分學(xué)時(shí)的同時(shí)，采用課堂適時(shí)提問或布置思考題的方法，督促學(xué)生課上記筆記、課后及時(shí)復(fù)習(xí)和總結(jié)。

4.課上教學(xué)可以參考以下步驟進(jìn)行。①解答上節(jié)課的共性問題，討論思考題，解答學(xué)生在復(fù)習(xí)中的疑問。②講解課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。③討論練習(xí)題，教師出題，給學(xué)生一定時(shí)間準(zhǔn)備，學(xué)生組織語言表述自己的想法和問題，通過不斷訓(xùn)練逐步提高學(xué)生的表達(dá)能力。④總結(jié)并布置下節(jié)課自學(xué)任務(wù)。

5.增加案例教學(xué)學(xué)時(shí)，提高學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。在螺栓組受力分析講解完成后增加兩三個(gè)工程案例，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)工程實(shí)際將普通載荷轉(zhuǎn)化成典型載荷并進(jìn)行疊加；在軸承壽命計(jì)算公式講解結(jié)束后，增加角接觸球軸承、圓錐滾子軸承正安裝及反安裝幾種不同情況下軸承軸向載荷計(jì)算的案例講解，使學(xué)生掌握這兩類軸承軸向載荷的計(jì)算方法并能熟練運(yùn)用；在滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)講解完成后，通過四五個(gè)減速器軸系為學(xué)生講清楚軸系設(shè)計(jì)中涉及的零件裝拆、固定、工藝、潤滑、密封等幾大類不合理及錯(cuò)誤問題，以及靈活處理這些不合理問題的方法，學(xué)會(huì)改正軸系的錯(cuò)誤。

6.課程思政建設(shè)。在部分章節(jié)適時(shí)融入思政元素，例如，在第一次緒論課中增加機(jī)械發(fā)展歷程的思政內(nèi)容，讓學(xué)生了解中國古代文明及現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，并從先進(jìn)技術(shù)中找出我國與國外技術(shù)的差距，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力；在講解帶輪、齒輪、軸等零件的選材時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在滿足使用要求的情況下本著經(jīng)濟(jì)、愛企業(yè)、愛國家的原則，盡量選用國產(chǎn)材料，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情；在減速器箱體設(shè)計(jì)的講解中，告誡學(xué)生箱體盡可能小，滿足要求即可，這樣既可以節(jié)省材料，又可以節(jié)省加工工時(shí)、加工刀具及切削液的使用，以達(dá)到對(duì)環(huán)境的保護(hù)。

四、課后鞏固、總結(jié)

課后可從作業(yè)、答疑2個(gè)環(huán)節(jié)完成學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的加深鞏固?？荚嚱Y(jié)束后，對(duì)考試進(jìn)行總結(jié)，并用于下一輪教學(xué)的改進(jìn)。

（一）作業(yè)設(shè)置及答疑

為使學(xué)生掌握常用機(jī)械零部件及傳動(dòng)的基本概念和工作原理，章節(jié)內(nèi)容講完后應(yīng)留相應(yīng)的小作業(yè)用于鞏固知識(shí)點(diǎn)；通過工程案例分析引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并布置足夠數(shù)量的大型設(shè)計(jì)作業(yè)鍛煉學(xué)生運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、圖冊(cè)、規(guī)范及機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的能力，并能綜合運(yùn)用多方面知識(shí)解決復(fù)雜工程問題，如通過軸系部件設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、螺旋起重器設(shè)計(jì)等，加強(qiáng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力、解決實(shí)際問題的能力。按照學(xué)生實(shí)際學(xué)情，引導(dǎo)全部或部分學(xué)生編程進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；零件圖可以手繪，也可以用二維AUTOCAD繪制，還可以用三維軟件（PROE、 UG、SOLID-WORKS等）設(shè)計(jì)，再轉(zhuǎn)換成二維圖紙。如此，按照學(xué)生的學(xué)習(xí)能力將其分成多個(gè)層次水平，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生不僅需要將手繪圖和手算等作業(yè)完成，還需要將零件AUTO-CAD繪圖、三維設(shè)計(jì)、編程設(shè)計(jì)的作業(yè)完成，幫助學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)中得到更大收獲，一方面掌握設(shè)計(jì)通用零件的方法，另一方面具備零件三維設(shè)計(jì)、零件二維設(shè)計(jì)、編程的基本功，奠定后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)——零件繪圖的堅(jiān)實(shí)根基。

借助作業(yè)批改環(huán)節(jié)，教師可掌握學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，在章節(jié)課程學(xué)完后，設(shè)置固定答疑時(shí)間，解決共性問題，還可通過課余、課間、線上（學(xué)習(xí)通，班級(jí)QQ群、微信群等）零散的時(shí)間隨時(shí)解決個(gè)性問題，并合理采用一對(duì)多、一對(duì)一等講解方式，讓學(xué)生借助作業(yè)達(dá)到融會(huì)貫通。

在整個(gè)課程完成學(xué)習(xí)、考試后進(jìn)行系統(tǒng)的分析總結(jié)，從試卷分析、課程設(shè)計(jì)完成情況等方面對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行綜合總結(jié)分析。

（二）考試分析

文章以機(jī)械專業(yè)2020級(jí)7班為例進(jìn)行考試分析。首先，進(jìn)行卷面和總評(píng)成績分析（表1）。由表1可知，總評(píng)平均成績超過預(yù)期值68分，但卷面平均成績沒有達(dá)到預(yù)期值。

其次，進(jìn)行平時(shí)成績的分析。平時(shí)成績總體較高，都達(dá)到了預(yù)期值。這是因?yàn)榻?jīng)過本科評(píng)估和工程認(rèn)證，教師采取加強(qiáng)課堂紀(jì)律監(jiān)督及增添隨堂練習(xí)環(huán)節(jié)的措施后，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)明顯改善，因而，學(xué)習(xí)成績普遍較高；大作業(yè)的達(dá)成度相對(duì)其他小項(xiàng)較低，但是相比2019級(jí)學(xué)生有所提高，需要繼續(xù)重點(diǎn)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生分析及解決復(fù)雜問題的能力。

最后，進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度的分析（圖1）。從達(dá)成度分布圖可以看出，課程3個(gè)目標(biāo)值均高于預(yù)期值，即課程總目標(biāo)達(dá)成。課程目標(biāo)2的達(dá)成度相對(duì)于目標(biāo)1、3較低，這是由于課程目標(biāo)2涉及的是解決問題能力的工程問題，主要表現(xiàn)為學(xué)生對(duì)常用傳動(dòng)和零部件的設(shè)計(jì)分析過程，如對(duì)連接零部件、傳動(dòng)零部件、軸系零部件的應(yīng)用掌握不充分；軸系部件改錯(cuò)與齒輪受力分析部分得分較低，說明學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的運(yùn)用能力還有提升空間。這些分析結(jié)果將作為教學(xué)持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)，反饋到下一輪教學(xué)中（機(jī)械專業(yè)2021級(jí)），使得整個(gè)教學(xué)過程形成一個(gè)閉環(huán)。

（三）課程綜合運(yùn)用

鼓勵(lì)學(xué)生積極參加國家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)等不同等級(jí)的創(chuàng)新科學(xué)研究項(xiàng)目，對(duì)其團(tuán)隊(duì)合作能力、工程問題處理能力、知識(shí)運(yùn)用能力加以培養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)。通過參與項(xiàng)目或獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)其競爭意識(shí)。近幾年，各個(gè)班都有不少學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，并取得了較好的成績，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

文章結(jié)合“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的理論教學(xué)，貫徹OBE理念，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，通過課前—課中—課后的閉環(huán)環(huán)節(jié)，明確課程的教學(xué)目的。同時(shí)，靈活選取課堂教學(xué)方法，提高學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)中的參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的知識(shí)掌握程度。學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了解決復(fù)雜工程問題的能力。這種教學(xué)方法取得了良好的效果，機(jī)械專業(yè)2020級(jí)7班總評(píng)成績平均分為70分，比機(jī)械專業(yè)2019級(jí)提高了10分；課程目標(biāo)2的達(dá)成度為0.7，比機(jī)械專業(yè)2019級(jí)提高了0.1。

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■ 編輯∕王力