楊胡坤，胡緒照，徐小勇

OBE教育模式下的課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐——以巢湖學(xué)院“機(jī)械原理”課程為例

楊胡坤，胡緒照，徐小勇

（巢湖學(xué)院，安徽 合肥 238024）

為了適應(yīng)應(yīng)用型本科大學(xué)發(fā)展，巢湖學(xué)院在2020年開(kāi)展了“機(jī)械原理”課程在OBE模式下的教學(xué)改革與試點(diǎn)。按照工程認(rèn)證OBE教育模式要求，結(jié)合本課程4項(xiàng)關(guān)于畢業(yè)要求的課程目標(biāo)，重新制訂“機(jī)械原理”課程大綱、完善課上課下教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法。在課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高，按照新的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)定，該校2019級(jí)68名學(xué)生“機(jī)械原理”課程目標(biāo)達(dá)成度為0.72，獲得了較好的教學(xué)效果，為該校其他課程的OBE模式教學(xué)改革提供了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

OBE；工程認(rèn)證；教學(xué)改革；機(jī)械原理；評(píng)價(jià)

1 引言

2017年，教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心網(wǎng)站發(fā)表了題為《新工科下人才培養(yǎng)“OBE”模式》的文章，明確了高等工程教育在我國(guó)高等教育中的重要地位[1]。同時(shí)加快我國(guó)高等工程教育改革，是滿足當(dāng)前國(guó)家提出的“中國(guó)智造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略迫切需求[2–3]。

1981年Spady[4–5]首次提出基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向的教育模式（Outcome based education，OBE），作為一種先進(jìn)的教育理念，很快得到了歐美國(guó)家的重視與認(rèn)可，成為現(xiàn)代高等教育改革的主流理念。2016年6月，我國(guó)被吸收成為《華盛頓協(xié)議》組織第18個(gè)正式成員國(guó)，為跟上國(guó)際工程教育改革的發(fā)展步伐，2017年，我國(guó)正式開(kāi)啟了具有國(guó)際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作[6–9]。通過(guò)部分高校在OBE模式下的教學(xué)改革試點(diǎn)與推進(jìn)，取得了良好的教育改革成果[10–11]，應(yīng)用OBE模式進(jìn)行全國(guó)高等教育改革成為新時(shí)代高等教育改革發(fā)展的必然趨勢(shì)。

“機(jī)械原理”課程在機(jī)械類專業(yè)中是一門不可或缺的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)理論課程到機(jī)械專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要課程。基于OBE教育模式的“機(jī)械原理”課程教學(xué)改革，雖在我國(guó)起步較晚，如教學(xué)評(píng)價(jià)方法研究[12]、教學(xué)模式的構(gòu)建[13]及相關(guān)改革研究[14]，但改革成果在逐步得到實(shí)現(xiàn)。

在OBE教育模式下的課程教學(xué)改革成為當(dāng)前應(yīng)用型本科大學(xué)課程教育改革的重點(diǎn)方向，本文以我?！皺C(jī)械原理”課程為例，對(duì)其教學(xué)方法、支撐、評(píng)價(jià)等進(jìn)行了一些有益探索，為進(jìn)行OBE教育模式下的課程改革提供一種方法。

2 OBE教育模式的“機(jī)械原理”課程教學(xué)改革探索

傳統(tǒng)教學(xué)大綱的制訂基本上是按課時(shí)分配及教材來(lái)決定，教學(xué)效果以結(jié)業(yè)考試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)來(lái)確定[15]。而基于OBE模式下的教學(xué)大綱的制訂，是不拘泥于教材，需要不斷探索和擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與社會(huì)實(shí)際緊密結(jié)合。根據(jù)OBE模式的要求，新的工程認(rèn)證課程大綱必須由畢業(yè)要求、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容等決定，綜合利用校內(nèi)外資源，以學(xué)生為中心，形成一套正向支撐、反向設(shè)計(jì)課程大綱制訂流程，并根據(jù)內(nèi)外部的評(píng)價(jià)，積極探索對(duì)課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。在OBE模式下，傳統(tǒng)課程教學(xué)由開(kāi)環(huán)模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚]環(huán)的教學(xué)模式，真正實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、用”的有機(jī)結(jié)合。

2.1 課程大綱設(shè)計(jì)流程

采用正向支撐、反向設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合畢業(yè)要求、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和評(píng)價(jià)方法之間的相互關(guān)系，基于OBE模式下的教學(xué)大綱制訂的流程如圖1所示。

在工程認(rèn)證背景下，重新修訂基于OBE模式下的專業(yè)培養(yǎng)方案，明確畢業(yè)十二項(xiàng)要求，細(xì)分畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，反向設(shè)計(jì)“機(jī)械原理”課程目標(biāo)，正向支撐畢業(yè)要求。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求之間的關(guān)系如表1所示。

圖1 OBE模式下課程教學(xué)大綱制訂流程

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求

理清課程目標(biāo)、支撐畢業(yè)要求、畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)之間的關(guān)系是前提，然后把課程章節(jié)內(nèi)容與課程目標(biāo)進(jìn)行匹配，修訂教學(xué)大綱，從而為“機(jī)械原理”的課內(nèi)外教學(xué)做到有的放矢。

2.2 拓展學(xué)生應(yīng)用知識(shí)能力，探索學(xué)生課外時(shí)間的有效利用

OBE模式下，課程教學(xué)的改革目標(biāo)：打破傳統(tǒng)教學(xué)以“教師教學(xué)”為主體、以“教學(xué)內(nèi)容”為導(dǎo)向的教育模式，實(shí)現(xiàn)以“學(xué)生學(xué)習(xí)”為主體、以“學(xué)習(xí)成效”為導(dǎo)向的教育模式。教師需把握好學(xué)生學(xué)習(xí)的方向，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用專業(yè)技術(shù)知識(shí)的能力。

根據(jù)教學(xué)改革需要，要求課堂理論教學(xué)課時(shí)適當(dāng)減少、實(shí)踐教學(xué)課時(shí)適當(dāng)增加，學(xué)生課外自由支配時(shí)間增多。因此提升學(xué)生課外時(shí)間的學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生圍繞課程內(nèi)容解決工程實(shí)際中的問(wèn)題的能力，是符合OBE模式下專業(yè)工程認(rèn)證教育改革發(fā)展的要求。為達(dá)到OBE模式下的教育教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)要求指標(biāo)點(diǎn)。筆者在教學(xué)中，制訂了實(shí)踐性作業(yè)內(nèi)容，如表2所示。

表2 課外自主完成學(xué)習(xí)內(nèi)容

表2中的內(nèi)容表明，學(xué)生課外時(shí)間完成的內(nèi)容依然與課程內(nèi)容密切相關(guān)。但是在第1個(gè)項(xiàng)目中采取的應(yīng)用方法學(xué)生基本沒(méi)接觸而要求自學(xué)。該種設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)為：鼓勵(lì)學(xué)生不能僅僅局限于當(dāng)前課堂教學(xué)內(nèi)容，要積極探索一些新工具、新方法去解決工程實(shí)踐問(wèn)題。第2、3項(xiàng)采取的應(yīng)用方法為學(xué)生已學(xué)或待學(xué)。由此讓學(xué)生清晰：在培養(yǎng)方案體系下所學(xué)必有所用，解決學(xué)生不清楚課程學(xué)習(xí)目的的困擾。

在第1項(xiàng)實(shí)踐性內(nèi)容中，要求學(xué)生能夠初步掌握Adams在剛體動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用，直接觀察鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在不同桿長(zhǎng)下構(gòu)成不同的四桿機(jī)構(gòu)，如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。效果圖如圖2。

圖2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

該項(xiàng)練習(xí)中，學(xué)生可在如ProE、Solidworks、UG等建立實(shí)體模型，也可在Admas環(huán)境下建立，從而進(jìn)一步提高學(xué)生三維建模能力。同時(shí)，在Admas環(huán)境下，添加回轉(zhuǎn)副、固定副、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)改變固定副的構(gòu)件或構(gòu)件長(zhǎng)度，學(xué)生可以觀察構(gòu)成3大鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，加深“桿長(zhǎng)條件”及不同構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)構(gòu)成三大機(jī)構(gòu)的特征認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固課程學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)。

在第2項(xiàng)中通過(guò)C語(yǔ)言編程，學(xué)生掌握了抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：位移、速度、加速度，仿真結(jié)果如圖3所示。該項(xiàng)內(nèi)容學(xué)習(xí)要點(diǎn)：（1）加深前導(dǎo)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的應(yīng)用及解決工程實(shí)際中的問(wèn)題；（2）運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解是后期課程學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“機(jī)械原理”課程學(xué)習(xí)在解決工程實(shí)踐中的問(wèn)題具有重要的作用。

圖3 懸點(diǎn)仿真運(yùn)動(dòng)曲線

第3項(xiàng)中，根據(jù)給定條件，采用反轉(zhuǎn)法實(shí)現(xiàn)凸輪輪廓曲線的繪制，掌握Matlab編程與應(yīng)用，結(jié)果如圖4所示。結(jié)合本課程同期開(kāi)展的Matlab課程，通過(guò)編制計(jì)算分析程序，繪制滾子凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線，圖中虛線為理論廓線，實(shí)線為實(shí)際廓線。從而解決了學(xué)生在凸輪機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)中采用反轉(zhuǎn)法凸輪輪廓的解析計(jì)算方法，讓學(xué)生體會(huì)到知識(shí)在解決工程實(shí)際問(wèn)題中的奇妙應(yīng)用。

圖4 凸輪輪廓曲線繪制

通過(guò)上述3項(xiàng)課外實(shí)踐性活動(dòng)的實(shí)施，學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)械原理”課程的積極性得到了普遍性的提高，求知的欲望進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)深化了前導(dǎo)課程知識(shí)及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工具在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)“機(jī)械原理”課程的地位和作用有了充分的認(rèn)知，獲得了良好的教學(xué)效果。

3 OBE教育模式的“機(jī)械原理”課程的教學(xué)評(píng)價(jià)方法與效果

《機(jī)械原理》課程大綱明確各課程目標(biāo)中平時(shí)作業(yè)及期末考試所占比例，如表3所示。

表3 課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法

我校2019級(jí)學(xué)生“機(jī)械原理”課程是第一批次按照OBE模式的專業(yè)工程認(rèn)證要求進(jìn)行的教學(xué)改革試點(diǎn)。2個(gè)班68名同學(xué)的成績(jī)統(tǒng)計(jì)、考核結(jié)果如表4所示。

表4 課程教學(xué)效果

表4表明，通過(guò)教學(xué)改革，課程目標(biāo)達(dá)成度較好，同時(shí)學(xué)生課程綜合成績(jī)不及格率明顯降低，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性得到了顯著提升。

從學(xué)生本次期末課程考核課程目標(biāo)達(dá)成度來(lái)看，盡管達(dá)到較好的目標(biāo)（0.72），但提升的空間依然存在?；贠BE模式的教學(xué)改革是一個(gè)不斷持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程，它不局限于當(dāng)前所取得的教學(xué)效果而止步，它是一個(gè)開(kāi)放的閉環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)周期性循環(huán)，結(jié)合外部資源的評(píng)價(jià)信息，基于OBE模式下的“機(jī)械原理”課程教學(xué)將不斷得到改進(jìn)和提升。

4 結(jié)論

文中以O(shè)BE教育模式的專業(yè)工程認(rèn)證為背景，以巢湖學(xué)院“機(jī)械原理”課程為教學(xué)改革試點(diǎn)，根據(jù)OBE教育理念，探討了“機(jī)械原理”課程大綱的制訂，明確了課程目標(biāo)、課程內(nèi)容與畢業(yè)要求及指標(biāo)點(diǎn)間的關(guān)系。給出了“機(jī)械原理”課程教學(xué)評(píng)價(jià)方法，分析了考核結(jié)果。結(jié)果表明，通過(guò)以O(shè)BE模式進(jìn)行的教學(xué)改革探索，學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度較好。OBE教育模式是一種持續(xù)改進(jìn)、閉環(huán)控制的教育模式。目前由于我校開(kāi)展OBE模式下的專業(yè)工程認(rèn)證時(shí)間還不夠長(zhǎng)，形成“正向支撐、反向設(shè)計(jì)”的大綱修訂流程和教育持續(xù)改進(jìn)尚需時(shí)間。但筆者堅(jiān)信，這種教育改革模式符合社會(huì)發(fā)展需要，開(kāi)展OBE教育改革是高等教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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Exploration and Practice on the Teaching Reform under OBE Model—— A Case Study of the Course of Mechanisms and Machine Theory in Chaohu University

YANG Hu-kun, HU Xu-zhao, XU Xiao-yong

（Chaohu University, Hefei, Anhui 238024, China）

To adapt to the development of application-orientation university, Chaohu university launched the teaching reform and pilot on the course of Mechanisms and Machine Theory under the OBE model in 2020. According to the requirements of the OBE model of engineering certification, with the 4 course objectives supporting the graduation requirements, the syllabus of Mechanisms and Machine Theory is re-formulated, and the teaching method in/out class and the evaluation method of students’ performance are improved. During the teaching, the students’ learning enthusiasm has been improved. According to the new evaluation method, the achievement degree of Mechanisms and Machine Theory is 0.72 for 68 students from class of 2019, which has achieved a good teaching effect. The results provide a practical basis for other courses teaching reform and the improvement of students’ learning ability.

OBE; engineering certification; teaching reform; mechanisms and machine theory; evaluation

G642.0

A

2095-9249（2021）06-0094-04

2021-10-27

2021年度省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目（機(jī)械設(shè)計(jì)）；2021年度省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（無(wú)機(jī)非金屬材料工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)）；安徽省教育廳重大項(xiàng)目（KJ2018ZD045）；巢湖學(xué)院校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目（ch19jxyj26、ch19gjzy01）

楊胡坤（1975—），男，安徽宿松人，副教授，博士，研究方向：人工舉升技術(shù)、機(jī)電液一體化技術(shù)。

〔責(zé)任編校：陳楠楠〕