摘 要：文章基于OBE理念，制定“機械設(shè)計”課程的教學(xué)體系流程，分析專業(yè)特點及課程特點，制定與畢業(yè)要求指標(biāo)點相適應(yīng)的課程目標(biāo)。在整個教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，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)生的機械設(shè)計能力不斷提高，進(jìn)而能高效分析并解決工程中的復(fù)雜問題。

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

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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)實施、教學(xué)設(shè)計主要以學(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。同時強調(diào)在教學(xué)環(huán)節(jié)的最后要對各項指標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對課程體系、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，如機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、機械電子工程專業(yè)、電氣工程專業(yè)等。

“機械設(shè)計”課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（以下簡稱“機械專業(yè)”）及近機類材型、電氣工程、車輛工程等專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，同時也是機械類專業(yè)主干課程之一。課程對多門基礎(chǔ)機械類課程進(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”“機械原理”等課程，用以解決通用機械零部件的設(shè)計問題?！皺C械設(shè)計”課程具有“三性”“四多”的特點，即設(shè)計性、綜合性和實踐性，概念多、公式多、圖表多和系數(shù)多?！皺C械設(shè)計”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、畢業(yè)設(shè)計等的基礎(chǔ)[4]。因此，在知識目標(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、創(chuàng)新、團(tuán)隊協(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)機械專業(yè)2019級、2020級學(xué)生，從課前、課中、課后3個環(huán)節(jié)探討“機械設(shè)計”課程的教學(xué)方法。

二、課前分析

按照OBE理念，對照教學(xué)大綱、課程對畢業(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，布置本輪開課。

“機械設(shè)計”課程主要包括連接零件、傳動零件、軸系零部件及其他零件5個方面內(nèi)容。課程教學(xué)任務(wù)為講授機械設(shè)計基本思想、方法、知識，使學(xué)生得到機械設(shè)計基礎(chǔ)性訓(xùn)練，奠定后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)、機械設(shè)計工作的良好根基。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/開發(fā)解決方案、4——研究。因此，課程可確定以下3個教學(xué)目標(biāo)：其一，讓學(xué)生掌握一般機械零部件、傳動的原理與基礎(chǔ)知識，對有關(guān)專業(yè)性知識加以運用，探索機械設(shè)計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)生具備機械設(shè)計基礎(chǔ)性技術(shù)與手段，了解機械設(shè)計中一般零部件、傳動的解析過程，包括軸系零部件和連接零部件等，掌握開發(fā)機械產(chǎn)品的主要影響因素，能夠優(yōu)化和對比不同影響因素；其三，針對具體工程問題，讓學(xué)生能夠運用機械設(shè)計課程及相關(guān)領(lǐng)域的知識和理論，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，能運用機械設(shè)計中常用的國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范、設(shè)計手冊、參考圖冊等，并具備一定的設(shè)計裝置實施操作能力[5]。這3個課程目標(biāo)分別支撐畢業(yè)要求的1.3、3.1及4.2。

由機械專業(yè)2019級學(xué)生的課后總結(jié)分析可知，在3個課程目標(biāo)中，課程目標(biāo)2達(dá)成度相對較低。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、軸承壽命計算、軸系改錯等組成，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偏低。在本輪教學(xué)中，應(yīng)加強知識運用的案例講解，提高學(xué)生運用知識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，教師可把知識點當(dāng)做一個個小故事來講，使學(xué)生緊跟教師的思路，而不是有時間想其他跟教學(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，或需要花幾倍的時間自學(xué)才能掌握，那就表明教師的課講“活”了。同時，教師可適時將學(xué)生在日常生活中能見到的零部件應(yīng)用實例、科研項目引入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.將多媒體授課與學(xué)生互動相結(jié)合，增加學(xué)生對課程的注意力。加強與學(xué)生的互動，并有針對性地設(shè)計課堂提問，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，教師采用翻轉(zhuǎn)課堂、布置作業(yè)、章節(jié)測驗、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)容和時間。如講解螺紋連接的類型時，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。

3.要想對學(xué)生的主動學(xué)習(xí)活動進(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，就要堅持在授課前的10～15分鐘進(jìn)行提問。為加強基礎(chǔ)，可在增加材料基礎(chǔ)部分學(xué)時的同時，采用課堂適時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講解課程中的重點和難點。③討論練習(xí)題，教師出題，給學(xué)生一定時間準(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，提高學(xué)生知識的綜合運用能力。在螺栓組受力分析講解完成后增加兩三個工程案例，幫助學(xué)生學(xué)會根據(jù)工程實際將普通載荷轉(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算的案例講解，使學(xué)生掌握這兩類軸承軸向載荷的計算方法并能熟練運用；在滾動軸承組合設(shè)計講解完成后，通過四五個減速器軸系為學(xué)生講清楚軸系設(shè)計中涉及的零件裝拆、固定、工藝、潤滑、密封等幾大類不合理及錯誤問題，以及靈活處理這些不合理問題的方法，學(xué)會改正軸系的錯誤。

6.課程思政建設(shè)。在部分章節(jié)適時融入思政元素，例如，在第一次緒論課中增加機械發(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)新動力；在講解帶輪、齒輪、軸等零件的選材時，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、加工刀具及切削液的使用，以達(dá)到對環(huán)境的保護(hù)。

四、課后鞏固、總結(jié)

課后可從作業(yè)、答疑2個環(huán)節(jié)完成學(xué)生對知識點的加深鞏固。考試結(jié)束后，對考試進(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)生掌握常用機械零部件及傳動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)用于鞏固知識點；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)計作業(yè)鍛煉學(xué)生運用機械設(shè)計手冊、圖冊、規(guī)范及機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的能力，并能綜合運用多方面知識解決復(fù)雜工程問題，如通過軸系部件設(shè)計、齒輪傳動設(shè)計、螺旋起重器設(shè)計等，加強學(xué)生設(shè)計能力、解決實際問題的能力。按照學(xué)生實際學(xué)情，引導(dǎo)全部或部分學(xué)生編程進(jìn)行設(shè)計計算；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，再轉(zhuǎn)換成二維圖紙。如此，按照學(xué)生的學(xué)習(xí)能力將其分成多個層次水平，學(xué)習(xí)能力強的學(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、編程設(shè)計的作業(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)計通用零件的方法，另一方面具備零件三維設(shè)計、零件二維設(shè)計、編程的基本功，奠定后續(xù)畢業(yè)設(shè)計——零件繪圖的堅實根基。

借助作業(yè)批改環(huán)節(jié)，教師可掌握學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，在章節(jié)課程學(xué)完后，設(shè)置固定答疑時間，解決共性問題，還可通過課余、課間、線上（學(xué)習(xí)通，班級QQ群、微信群等）零散的時間隨時解決個性問題，并合理采用一對多、一對一等講解方式，讓學(xué)生借助作業(yè)達(dá)到融會貫通。

在整個課程完成學(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)計完成情況等方面對課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行綜合總結(jié)分析。

（二）考試分析

文章以機械專業(yè)2020級7班為例進(jìn)行考試分析。首先，進(jìn)行卷面和總評成績分析（表1）。由表1可知，總評平均成績超過預(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)行平時成績的分析。平時成績總體較高，都達(dá)到了預(yù)期值。這是因為經(jīng)過本科評估和工程認(rèn)證，教師采取加強課堂紀(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)成度相對其他小項較低，但是相比2019級學(xué)生有所提高，需要繼續(xù)重點加強培養(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)生對常用傳動和零部件的設(shè)計分析過程，如對連接零部件、傳動零部件、軸系零部件的應(yīng)用掌握不充分；軸系部件改錯與齒輪受力分析部分得分較低，說明學(xué)生對基礎(chǔ)知識的運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（機械專業(yè)2021級），使得整個教學(xué)過程形成一個閉環(huán)。

（三）課程綜合運用

鼓勵學(xué)生積極參加國家級、省級、校級等不同等級的創(chuàng)新科學(xué)研究項目，對其團(tuán)隊合作能力、工程問題處理能力、知識運用能力加以培養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)。通過參與項目或獲得獎項，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強其競爭意識。近幾年，各個班都有不少學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，并取得了較好的成績，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計及畢業(yè)后的產(chǎn)品設(shè)計打下基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

文章結(jié)合“機械設(shè)計”課程的理論教學(xué)，貫徹OBE理念，堅持以學(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，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)生的知識掌握程度。學(xué)生能綜合運用所學(xué)知識完成作業(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，機械專業(yè)2020級7班總評成績平均分為70分，比機械專業(yè)2019級提高了10分；課程目標(biāo)2的達(dá)成度為0.7，比機械專業(yè)2019級提高了0.1。

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■ 編輯∕王力