劉 峰, 石永軍

(中國石油大學(華東) 機電工程學院, 山東 青島 266580)

0 引 言

成果導向教育 (Outcome Based Education，OBE)是上世紀80年代由美國學者WilliamSpady率先提出，主要強調(diào)以下4個問題[1-2]：想讓學生取得什么樣的學習成果?希望學生取得這樣的學習成果的原因是什么?如何使得學生取得這些學習成果?如何衡量學生已經(jīng)取得的學習成果?實踐中，OBE教學理念圍繞的基本原則[3]是：① 注重于有明顯意義的學習成果;② 為學生獲得學習成果提供支持;③ 為學生成功增加機會，對成功寄予較高的期待;④ 根據(jù)最終的學習成果對教學反向設(shè)計和開展教學活動。因此，OBE理念下的教學活動是圍繞學習成果來組織,并以學生為中心來展開的。

機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程是高等工科院校重要的綜合性實踐性課程。它由機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計和機械創(chuàng)新設(shè)計4部分組成[4-5]。該課程是繼工程圖學、機械原理、機械設(shè)計、機械制造工程基礎(chǔ)和機械創(chuàng)新設(shè)計課程學習之后進行的一門實踐性課程；是學生在大學學習生活中的一次綜合運用所學知識，對實際工程題目和創(chuàng)新題目全面的分析與設(shè)計，做到理論與實踐結(jié)合，對學生應用知識能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要意義。為此，國內(nèi)一些高等院校相繼開展了機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學改革與研究，主要涉及教學內(nèi)容的設(shè)計、考核方式的改革等。但在教學改革過程中也遇到一些問題，理論教學與實踐教學脫節(jié)，理論課程間銜接性差，不利于學生知識體系的形成；學生學習動力不足，學生不知所學知識的作用；學生科技創(chuàng)新活動熱情不高，積極性不足；學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神缺乏；學生的實踐能力不足等[6]。針對上述問題，結(jié)合多年機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學經(jīng)驗，通過對該課程的教學目的、內(nèi)容和特點及OBE教學理念分析，發(fā)現(xiàn)該課程教學目標與OBE教學理念具有很高的契合度。為此，將OBE教學理念引入該課程教學活動中，在OBE理念的指導下，對機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學進行研究與實踐。通過教學活動的反向設(shè)計正向?qū)嵤?、教學內(nèi)容的整合與提煉、傳統(tǒng)教學方式的轉(zhuǎn)變等，充分體現(xiàn)以學生為中心、以成果為導向的教學理念，旨在加強學生應用知識能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 教學活動逆向設(shè)計正向?qū)嵤?/h2>

學習知識的目的在于應用和創(chuàng)造知識，而應用和創(chuàng)造知識所要的技能和創(chuàng)造力，歸根到底是能力。能力培養(yǎng)的主體是學生，而最能體現(xiàn)學生能力高低的標準是學習成果(Learning Outcome)。因此，本文依據(jù)OBE理念中的逆向設(shè)計正向?qū)嵤┰瓌t，確定機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學活動的設(shè)計思路和實施步驟。

教學活動逆向設(shè)計的思路是：教學目標—學習要求—教學內(nèi)容。首先，為了確保機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學活動設(shè)計的正確性，組織我院該課程的相關(guān)專家教授進行了討論、對本校2013～2015級122名車輛工程和機械制造及其自動化本科專業(yè)學生開展了課程教學目標的問卷調(diào)查和分組座談，參照教育部機械基礎(chǔ)課程教學指導委員會的教學目標，進一步明確機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程的教學目標是：使學生能夠熟練掌握機械設(shè)計、機械制造的相關(guān)基礎(chǔ)理論和方法，提高機械設(shè)計制造知識的應用能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力以及分析問題和解決問題的能力。根據(jù)上述教學目標確定具體的課程學習要求，并進一步整合和提煉課程教學內(nèi)容。

教學活動正向?qū)嵤┑牟襟E為：講授教學內(nèi)容—提出學習要求—培養(yǎng)相關(guān)能力—完成學習成果。首先，以產(chǎn)品為載體，在講解產(chǎn)品設(shè)計過程中對應用的各知識點提出具體的學習要求；然后，通過方案設(shè)計、分析計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工制造等階段，進行實踐訓練，完成產(chǎn)品設(shè)計制造 (學習成果)，達到應用知識能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標。

2 教學內(nèi)容整合與提煉

機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學內(nèi)容具有理論與實踐相結(jié)合、常規(guī)方法與新技術(shù)新方法相結(jié)合、靜態(tài)設(shè)計與動態(tài)研究相結(jié)合的特點[7]。該課程重點在于使學生掌握有關(guān)機械設(shè)計、制造的基本理論、基本方法和設(shè)計制造的能力，難點是該課程實踐性強、應用的知識點多，學生在有限的時間內(nèi)難以全面完成。為此，將該課程教學聚焦于產(chǎn)品的設(shè)計與制造，體現(xiàn)教學活動的過程思維性，以便有步驟、有層次地推進教學，使學生獲得知識、獲得學習體驗并最終固化為能力[8]。從該課程所用知識的縱向和橫向聯(lián)系出發(fā)，按照產(chǎn)品設(shè)計制造的過程應用所學內(nèi)容，并以產(chǎn)品為載體，實現(xiàn)理論和實踐的有機融合，從而構(gòu)建起此課程完整的教學體系。

2.1 以產(chǎn)品為紐帶，將相關(guān)知識串聯(lián)起來

機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程應用知識點非常多，為使學生更加牢固地理解和掌握這些知識點，對本課程所用到的知識進行系統(tǒng)地梳理和歸納，按照知識點之間的縱向聯(lián)系，將相關(guān)知識點提煉為同一知識模塊，如表1所示。

表1 機械創(chuàng)新設(shè)計實踐知識模塊、內(nèi)容及學習成果

由表1可見，將產(chǎn)品設(shè)計表達等相關(guān)知識點，構(gòu)成工程圖學知識模塊；將方案設(shè)計、設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等相關(guān)知識點，構(gòu)成機械設(shè)計知識模塊；將加工工藝、零件制造、產(chǎn)品裝配等知識點，構(gòu)成機械制造知識模塊；將結(jié)構(gòu)表達創(chuàng)新、方案創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和制造創(chuàng)新等知識點，構(gòu)成機械創(chuàng)新知識模塊。這樣學生就可以按照產(chǎn)品設(shè)計制造這一主線，借助相關(guān)知識點之間的聯(lián)系，更加系統(tǒng)地學習各模塊的內(nèi)容。同時，基于OBE的教學理念，在教學過程中，每一個知識模塊均提出具體的學習成果要求。

2.2 以產(chǎn)品設(shè)計制造過程為主線，將知識模塊整合為知識矩陣

通過上述各知識模塊的學習及模塊學習成果的完成，學生已經(jīng)完成了機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程的基本教學任務(wù)。但是，學生對這些知識模塊之間的聯(lián)系以及各知識模塊對實現(xiàn)該課程教學目標的作用還是不夠清晰。為此，以產(chǎn)品設(shè)計制造過程為主線，將主要知識模塊整合為知識矩陣 (見圖 1)，一目了然地表明每一個知識模塊、課程教學目標與能力培養(yǎng)之間的關(guān)系，從而使學生明白“為什么學習該知識模塊”，明確各知識模塊對完成課程教學目標的作用。機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程的知識矩陣是該課程主要知識模塊內(nèi)容的融合，充分體現(xiàn)了該課程的教學目標，其學習成果就是完成產(chǎn)品的設(shè)計制造。

圖1 知識矩陣與能力體現(xiàn)

2.3 以產(chǎn)品設(shè)計制造為橋梁，將教學內(nèi)容在時空上延伸，實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合

結(jié)合我校機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學的實際情況，以成果為導向，積極開展以學生為中心的自主學習模式，充分利用學生的課余時間，實現(xiàn)教學內(nèi)容在時間上的拓展；以產(chǎn)品設(shè)計制造為橋梁，引領(lǐng)學生走進圖書館查閱資料、走進實驗室驗證方案和制造產(chǎn)品，進行思維方法和實踐能力的訓練，將理論教學內(nèi)容與實踐教學內(nèi)容融為一體，實現(xiàn)教學內(nèi)容在空間上的延伸。

將教學時空由課堂內(nèi)的理論教學向?qū)嵺`教學延伸,理論教學與實踐教學并重，如機械設(shè)計理論課程的學分與機械設(shè)計課程設(shè)計同等的學分；課堂內(nèi)的實踐教學向校內(nèi)學術(shù)活動與校外競賽活動等第二課堂擴展，如科技活動等的學分課沖抵機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程的學分；教學內(nèi)容從教材內(nèi)向教材外擴展，結(jié)合老師的科研課題，不斷提出新問題，引導學生參與問題的解決，如在課程設(shè)計內(nèi)容中引入相關(guān)的智能機器人、智能汽車的設(shè)計。

2.4 以發(fā)展、聯(lián)系的觀點為導向，注重課程間滲透，實現(xiàn)應用知識能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)

以發(fā)展的觀點，闡述機械創(chuàng)新設(shè)計的歷史和發(fā)展，讓學生深刻地理解機械創(chuàng)新理論、技術(shù)的發(fā)展過程和規(guī)律、進而掌握機械創(chuàng)新的基本原理和技法、領(lǐng)會機械創(chuàng)新的思維方法，從而啟發(fā)學生創(chuàng)新的靈感，拓寬學生創(chuàng)新的思路[9]。如通過講解為了克服直齒圓柱齒輪傳動承載能力小、傳動不平穩(wěn)的缺點發(fā)明了斜齒圓柱齒輪傳動；為了克服斜齒圓柱齒輪傳動存在軸向力的缺點發(fā)明了人字齒輪傳動等；來啟發(fā)學生不斷創(chuàng)新。以聯(lián)系的觀點，闡述機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程與先修課程的關(guān)系，注重課程之間的聯(lián)系，以拓展學生的知識面，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維能力，從而提高學生的創(chuàng)新能力。如將機械設(shè)計模塊中結(jié)構(gòu)設(shè)計與機械制造模塊中的加工工藝相聯(lián)系，引導學生利用機械設(shè)計和機械制造課程的知識，設(shè)計出更合理的機器。

3 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學方式，促進學生自主學習

3.1 強化思維訓練，促使教學活動由“重做輕思”到“做思結(jié)合”的轉(zhuǎn)變

思考是創(chuàng)新的關(guān)鍵，只有善于思考，才可能有創(chuàng)新、有發(fā)展。思考從質(zhì)疑開始，經(jīng)過質(zhì)疑后，才可達到深刻理解。以創(chuàng)新設(shè)計的題目為基礎(chǔ)，在教師的有效引導下，學生針對設(shè)計題目進行探究，更加有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[10]。因此，將機械創(chuàng)新設(shè)計實踐每個知識模塊的重點內(nèi)容根據(jù)設(shè)計的階段整理成幾個主要問題，然后以問題為驅(qū)動，為學生提供自主學習的空間，誘導學生在設(shè)計的過程中主動思考；同時，老師指導設(shè)計時注重講思路、講方法，引導學生學會思考，從而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力[11]。例如，機械設(shè)計模塊中的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計知識點是該模塊的重點和難點，該內(nèi)容實踐性強，涉及到的知識點多。結(jié)合該教學內(nèi)容的特點，在教學中，預先設(shè)置問題 “如何校核軸的強度”，讓學生獨立思考；然后以此問題引出軸的強度校核計算需要軸上所有尺寸確定好后才能進行；最后，在給予學生啟迪和引導的基礎(chǔ)上，鼓勵學生自己利用力學的知識去分析計算。接下來，借助同學設(shè)計的軸不同，使學生產(chǎn)生疑惑、發(fā)現(xiàn)問題，利用上述已有知識去分析問題，并通過查閱相關(guān)的文獻資料盡可能地解決問題。

3.2 以學生為中心，實現(xiàn)設(shè)計活動從封閉性向開放性的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的機械設(shè)計創(chuàng)新實踐是圍繞著教師、教室、教材展開的。在這種情況下，學生獲取的知識局限于教師的講授，教師的講授局限于教室，講授的內(nèi)容局限于課程設(shè)計指導書。在這樣過于單一和封閉的設(shè)計活動空間內(nèi)，難以實現(xiàn)教學內(nèi)容、教學過程和思維空間的全面開放，難以做到以學生為中心的開放式教學[12]。為此，需要切實轉(zhuǎn)變設(shè)計活動方式，以學生為中心，充分調(diào)動學生的主觀能動性，促使設(shè)計活動在時間上從課內(nèi)向課外延伸，在空間上從設(shè)計室向圖書館、實驗室拓展，在設(shè)計題目上從老師指定題目向?qū)W生自擬題目擴充，使學生真正做到“樂做”“會做”，在“做”和“思”的基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新。例如，機械設(shè)計模塊的課程設(shè)計是多年一貫制的減速器設(shè)計，學生根據(jù)指導書和往屆學生的資料，不用多加思考就可完成設(shè)計任務(wù)，學生的興趣不高。針對這種情況鼓勵學生自擬題目進行設(shè)計，若學生自擬不出題目則由老師根據(jù)科研課題提出子課題由學生做；若上述兩種題目都沒有，則學生做傳統(tǒng)減速器設(shè)計題目，但需要學生編制減速器裝配工藝和零件加工工藝，最后學生設(shè)計完成后通過3D打印做成實物，這樣就激發(fā)起學生對設(shè)計的興趣，從而達成本知識模塊的學習成果。

3.3 樹立“多重角色”教學觀，促進教學活動由灌輸?shù)接懻摰霓D(zhuǎn)變

在當今，大學教師應該扮演三重角色：① 應當成為學生所學知識“參照系”的提供者[13]。為此，需要自我不斷學習提高，了解學科前沿，適時融入最新科研成果，為學生提供一個有縱深感的知識“參照系”。② 應當成為學生獲取知識的“討論者”[14]。教師不能以知識的“占有者”自居，把教學活動作為向?qū)W生灌輸知識的渠道，而應以“討論者”的姿態(tài)，使教學活動成為學生有足夠自由思考和自由表達空間的知識和思維討論的過程。③ 應當成為學生探求專業(yè)知識的“同路人”。教師應當為積極的專業(yè)知識探索者和創(chuàng)造者[15]?；谏鲜鲇^點，在教學中引導學生把握課程的系統(tǒng)性，逐步理解和掌握課程的重點和難點，促使學生構(gòu)建起自己的知識體系。在教學內(nèi)容中吸納最新研究成果，如軸的強度計算不僅用傳統(tǒng)的彎扭組合校核計算，還引導學生用Ansys軟件進行分析，引起學生對知識的興趣；同時，在教學活動中，采用研究型教學方式實現(xiàn)知識討論和思維討論，通過對知識難點、熱點問題的探討，拓寬學生的視野，拓展學生的思維，在傳授知識的同時，著力培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新能力。

3.4 培養(yǎng)綜合應用知識學習觀，實現(xiàn)教學活動從知識型向能力型轉(zhuǎn)變

史秋衡等[16]指出大學生的學習觀主要有2種：“應用知識”學習觀和“記憶知識”學習觀?！皯弥R”學習觀認為學習是應用知識、解決實際問題、提高自身能力和實現(xiàn)自我發(fā)展；“記憶知識”學習觀認為學習是記憶知識和信息。持不同學習觀會促使其采用不同的學習策略和學習方式。因此，大學生的學習觀會直接影響到學習方式，并通過學習方式間接影響學習成果。為此，結(jié)合在OBE理念下設(shè)計的機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程的 “能力型”教學目標，采用討論式、探究式、啟發(fā)式等教學方式，促使學生利用已有知識，積極主動思考，發(fā)現(xiàn)和提出問題，進而分析和解決問題，獨立完成所設(shè)計的題目。由此，幫助學生形成“應用知識”學習觀，并以產(chǎn)品設(shè)計作為能力培養(yǎng)的載體，使整個設(shè)計活動成為能力主宰下的知識學習的過程。

4 改革學習成果評價方式

結(jié)合OBE理念，在制定評價標準時，注重提高對學生學習的預期，制定具有一定挑戰(zhàn)性的可執(zhí)行標準，以鼓勵學生深度學習。在評價過程中，適當分離基礎(chǔ)內(nèi)容和創(chuàng)新性內(nèi)容的考核，區(qū)分學生的個體差異，在時間和資源上保障每位學生都有達成學習成果的機會。最后，采用過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合的方式，對學生達成的學習成果進行綜合評價。具體來講，學習成果的評價包括2個方面：① 知識模塊學習成果的評價。在教學過程中，根據(jù)每個學生各知識模塊的學習成果與理想成果的接近程度，評判學生該模塊的學習情況。如：機械設(shè)計模塊中的課程設(shè)計，學生對自己選定的題目進行設(shè)計，老師通過日常的指導、檢查和對話評判學生知識模塊學習收獲。② 知識矩陣學習成果的評價。教師通過學生上交設(shè)計的圖紙、設(shè)計說明書、在實驗室中打印成的3D模型或制作成的實物，教師給出學生學習成果評判。最后，教師對學生專業(yè)知識的掌握程度、應用知識分析和解決問題能力以及創(chuàng)新能力進行評判，根據(jù)學生學習成果達成度給出學生合理的成績。

5 結(jié) 語

OBE是一種系統(tǒng)的、具有創(chuàng)新力的現(xiàn)代教學理念，將其引入機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學中是一次積極的嘗試。通過教學活動的反向設(shè)計正向?qū)嵤?，最大限度地保證了教學目標與學習成果的達成度。在機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學活動中，以學習成果—產(chǎn)品設(shè)計制造為主線，實現(xiàn)了課程“知識模塊”和“知識矩陣”之間的無縫連接，較模塊化教學更能體現(xiàn)教學活動的過程性思維，較傳統(tǒng)教學更易實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合，從而為學生構(gòu)建起了更加完善的課程知識體系。

以學生為中心，改革傳統(tǒng)的教學方式，實現(xiàn)教學活動由“重做輕思”到“做思結(jié)合”,由“封閉性”到“開放性”,由“灌輸式”到“討論式”,由“知識型”向“能力型”的轉(zhuǎn)變，激發(fā)學生求知欲、探索欲，開發(fā)學生的創(chuàng)新潛能，進一步提高學生應用知識能力、解決實際問題的能力以及創(chuàng)新能力。OBE理念下機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程教學實踐取得了明顯的效果，① 校內(nèi)外專家對機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程改革給予高度評價，認為其在高校實踐教學中是一種創(chuàng)新，把機械類的知識融合在一起，對學生綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力都有較大的促進作用，有利于學生的創(chuàng)新能力和實踐能力的提高;② 學生在課程之后總結(jié)體會中寫到:在機械創(chuàng)新設(shè)計實踐課程中既學會了如何應用所學知識解決問題的能力，又鍛煉了工程表達、設(shè)計和加工制造等多方面的能力。雖然辛苦，但是非常有意義，值得;③ 老師指導國家級大學生創(chuàng)新實踐項目58項，指導“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”創(chuàng)新訓練項目87項。通過老師指導或協(xié)助，在挑戰(zhàn)杯全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽、大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、大學生三維數(shù)字創(chuàng)新設(shè)計大賽、中國大學生創(chuàng)意創(chuàng)業(yè)大賽、山東省機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲得各類獎項156項，大學生申請專利158項，表現(xiàn)出逐年增加的趨勢。但是，在設(shè)計實踐中也發(fā)現(xiàn)部分學生的“學習目標”不夠明確，導致“學習成果”達不到預期，這有待于課程知識模塊學習成果的進一步細化以及教學方法和評價方式的進一步完善。