摘"要：針對(duì)“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程理論內(nèi)容難度大、不易被理解和運(yùn)用的問(wèn)題，基于對(duì)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的分析，以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的OBE教學(xué)理念，以常見(jiàn)的工程問(wèn)題為例，建立項(xiàng)目式的教學(xué)方法，以模型或?qū)嵨镆曨l的方式，增強(qiáng)教學(xué)直觀性，通過(guò)線下+線上教學(xué)模式的相互結(jié)合，增加了學(xué)生快速理解課堂內(nèi)容的途徑，引導(dǎo)學(xué)生以項(xiàng)目小組的形式，進(jìn)行課外項(xiàng)目拓展練習(xí)，在增加動(dòng)手能力的同時(shí)加深對(duì)相關(guān)理論的理解，利用翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生表達(dá)綜合實(shí)驗(yàn)成果，給出學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方法。實(shí)踐證明，該方法不僅能提升學(xué)生對(duì)概念的理解水平，還能有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力，進(jìn)而提升學(xué)生運(yùn)用相關(guān)理論解決工程問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：OBE；工程教育；教學(xué)方法；教學(xué)改革

1"概述

工程教育專業(yè)認(rèn)證，為工程技術(shù)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證，其核心之一是能力導(dǎo)向模式——OBE（Outcome"Based"Education）教學(xué)理念，即在教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生為中心，把畢業(yè)生所具備的能力作為評(píng)估學(xué)生的質(zhì)量，并對(duì)教學(xué)進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)。機(jī)械工程專業(yè)是我國(guó)2016年加入《華盛頓協(xié)議》以來(lái)開(kāi)展的專業(yè)認(rèn)證之一?！皺C(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程作為機(jī)械工程類專業(yè)的基礎(chǔ)課之一，對(duì)學(xué)生后續(xù)工程能力的培養(yǎng)起著重要作用，但由于該課程內(nèi)容多、理論性強(qiáng)。因此，常規(guī)的教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生難以短時(shí)間內(nèi)消化、吸收和理解，無(wú)法獲得運(yùn)用理論解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力?；谝詫W(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的OBE教學(xué)理念，目前在高等教育實(shí)踐中受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注［13］。以“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程為例，閆肖肖等［4］基于OBE理念對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索，建立了多維的評(píng)價(jià)反饋機(jī)制，楊立娟等［5］對(duì)基于OBE理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了研究，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改革，于琳琳等［6］對(duì)基于OBE理念的“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”的綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改革探索，強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)生綜合自主性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)，從儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了改革探索。郭智薔等［7］以案例式教學(xué)方法、以學(xué)生為主的教學(xué)方法、輔助教學(xué)方法3個(gè)方面開(kāi)展了教學(xué)改革探索。

本文基于OBE教學(xué)理念，以“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程為例，在對(duì)教學(xué)目標(biāo)和支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生以項(xiàng)目小組的形式，通過(guò)課外項(xiàng)目拓展練習(xí)，更好地提高學(xué)生掌握復(fù)雜理論、解決復(fù)雜測(cè)量工程問(wèn)題的能力。

2"教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

在教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在以下幾方面的問(wèn)題：（1）課程涵養(yǎng)的知識(shí)點(diǎn)較多，牽涉到機(jī)械、電子、信號(hào)處理等方面；（2）理論性強(qiáng)，需要利用較多的公式計(jì)算；（3）書(shū)中所涉及的工程案例較為抽象，學(xué)生難以消化和理解，造成學(xué)生難以把相關(guān)理論與工程問(wèn)題相結(jié)合，更難以做到進(jìn)一步的創(chuàng)新；（4）教學(xué)形式單一。僅利用傳統(tǒng)老師講，學(xué)生聽(tīng)的方式，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的主動(dòng)性下降，而難以把理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，學(xué)生難以運(yùn)用所學(xué)的理論。（5）考核形式單一，只有期末成績(jī)，無(wú)法讓學(xué)生充分利用本課程解決工程問(wèn)題，只重視結(jié)果評(píng)價(jià)，輕視過(guò)程評(píng)價(jià)。

3"課程目標(biāo)與支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)分析

“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程根據(jù)確定的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)要求制定的課程教學(xué)目標(biāo)，并建立課程目標(biāo)及與支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。課程目標(biāo)如下。

（1）掌握信號(hào)時(shí)域分析、頻域分析的基本理論知識(shí)，以及測(cè)量系統(tǒng)的頻域響應(yīng)特性，初步具備工程測(cè)試信號(hào)處理分析的能力。（2）掌握參數(shù)式傳感器和發(fā)電式傳感器基本原理，具備設(shè)計(jì)工程測(cè)試系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力。（3）掌握反映測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)，以及測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差的補(bǔ)償方法，初步具備獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。（4）掌握參數(shù)式傳感器和發(fā)電式傳感器的特性、調(diào)理電路、應(yīng)用方法，為掌握或設(shè)計(jì)機(jī)械工程中的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、監(jiān)控以及智能化系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。（5）掌握工程測(cè)試方法的分類，能夠搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方案，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。與課程目標(biāo)依次相對(duì)應(yīng)的進(jìn)一步細(xì)化了支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)內(nèi)容如下。21能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理識(shí)別和判斷機(jī)械復(fù)雜工程問(wèn)題的核心步驟。33能夠?qū)C(jī)械工程復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)選，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。41能夠?qū)C(jī)械工程相關(guān)的各類物理現(xiàn)象、材料特性進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。42能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)、裝置、系統(tǒng)制訂設(shè)計(jì)方案。43能夠構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，并通過(guò)信息綜合得到合理有效結(jié)論。這樣就可以通過(guò)達(dá)成度的計(jì)算，精確反應(yīng)每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成情況，為后續(xù)的課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。這樣建立的課程目標(biāo)和支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，就可以作為教學(xué)方法的依據(jù)，同時(shí)根據(jù)每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成情況作為OBE教學(xué)的效果的評(píng)估和改進(jìn)依據(jù)。

但根據(jù)工程教育認(rèn)證的要求，本校的“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”目前的總學(xué)時(shí)為24學(xué)時(shí)，其中理論課24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)0學(xué)時(shí)。因此，現(xiàn)有的教學(xué)目標(biāo)主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的知識(shí)目標(biāo)，即對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握程度，導(dǎo)致學(xué)生在解決復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)，還存在不少欠缺。為了實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)點(diǎn)，在理論課時(shí)引入工程問(wèn)題，需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)的探索，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理，表達(dá)和解決機(jī)械加工中的實(shí)際工程問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合，以增加學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的理解。OBE教學(xué)理念要求以學(xué)生為中心，學(xué)生的能力輸出為導(dǎo)向，因此提升學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力成為教學(xué)目標(biāo)的重點(diǎn)，把學(xué)生的知識(shí)能力、工程問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力相結(jié)合，尤其是提升學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力。

4"教學(xué)方法的改革與評(píng)價(jià)

4.1"圍繞課程內(nèi)容開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)

本課程主要以常見(jiàn)信號(hào)分析方法及信號(hào)處理手段為主線，對(duì)有關(guān)信號(hào)分析與處理的基本知識(shí)、基本理論、基本方法等內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合，綜合傅里葉級(jí)數(shù)、傅里葉變換、測(cè)量系統(tǒng)的基本特性、參數(shù)式傳感器及其應(yīng)用、發(fā)電式傳感器及其應(yīng)用等內(nèi)容，體現(xiàn)復(fù)雜工程問(wèn)題理念的課程結(jié)構(gòu)體系。但是在學(xué)習(xí)過(guò)程中，各章節(jié)的內(nèi)容是相對(duì)獨(dú)立的，學(xué)生難以聯(lián)系、理解和運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)解決復(fù)雜的工程問(wèn)題。

這里以常見(jiàn)的工程問(wèn)題為例，建立項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)例，并且這些教學(xué)實(shí)例分別對(duì)應(yīng)每章節(jié)的主要理論知識(shí)點(diǎn)，如表1所示。項(xiàng)目A1“諧波信號(hào)分析：三級(jí)減速器軸的轉(zhuǎn)速與振幅測(cè)量”，通過(guò)大家熟知的減速器相關(guān)知識(shí)，以及輸入軸轉(zhuǎn)速和中間軸、輸出軸轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)測(cè)量的各軸的轉(zhuǎn)速和振動(dòng)幅值進(jìn)行分析，來(lái)理解信號(hào)的時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)理解時(shí)域和頻域之間變換的理論知識(shí)，以增加學(xué)生對(duì)傅里葉變換知識(shí)的理解和運(yùn)用。

因此，在每章講解前，通過(guò)分析相應(yīng)的工程問(wèn)題的項(xiàng)目式教學(xué)方法，不僅能夠引導(dǎo)學(xué)生來(lái)探索項(xiàng)目背后的理論問(wèn)題，還能提高學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題和理論知識(shí)的如何聯(lián)系的認(rèn)識(shí)水平。這樣不僅有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還能提升學(xué)生把理論知識(shí)與工程問(wèn)題聯(lián)系的能力，增加學(xué)生對(duì)即將要解決工程問(wèn)題的理解，也能進(jìn)一步提升學(xué)生應(yīng)用理論解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

4.2"利用線下+線上的混合教學(xué)模式

（1）利用學(xué)習(xí)通軟件。在課前，學(xué)生在準(zhǔn)備預(yù)習(xí)新內(nèi)容時(shí)，不知道如何檢驗(yàn)自己的預(yù)習(xí)效果，長(zhǎng)時(shí)間就失去了預(yù)習(xí)的動(dòng)力，因此圍繞前面所建立的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)例，利用學(xué)習(xí)通軟件可以發(fā)布預(yù)習(xí)的內(nèi)容和問(wèn)題，讓學(xué)生主動(dòng)參與這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，通過(guò)在線正向反饋的作用，提升學(xué)習(xí)預(yù)習(xí)的主動(dòng)性。在課中，利用互動(dòng)教學(xué)，如采用提問(wèn)、課堂討論的方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，激發(fā)求知欲望，提升自主學(xué)習(xí)能力，例如，通過(guò)設(shè)置一些簡(jiǎn)單的提問(wèn)方式，讓學(xué)生積極參與到課程內(nèi)容的復(fù)習(xí)和鞏固上，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)的樂(lè)趣性。在課后，布置相關(guān)習(xí)題，作業(yè)題數(shù)不少于12題，且覆蓋全部教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)練習(xí)鞏固新知識(shí)，然后布置下次課的上課內(nèi)容，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

（2）利用在線視頻的趣味性和可重復(fù)性。把相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)及其拓展制作成短視頻，放在學(xué)習(xí)通的在線課程中。可以利用這些視頻的可重復(fù)性和趣味性，將難以理解的理論部分的知識(shí)點(diǎn)以圖文并茂、仿真動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，作為學(xué)生課外學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)的補(bǔ)充材料，這樣不僅能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，也能讓他們樂(lè)于接受新知識(shí)。比如制作傅里葉變換原理的知識(shí)講解，先以故事的形式介紹傅里葉的生平及其成就，然后把傅里葉變換的理論推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的講解，再把時(shí)域和頻域的特性轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)講解，最后以音頻播放器的實(shí)時(shí)頻譜為例，講解信號(hào)的從時(shí)域到頻域的處理過(guò)程。這種方式利用動(dòng)畫(huà)和圖文解說(shuō)生動(dòng)和有趣的特點(diǎn)，可以讓學(xué)生更容易理解傅里葉變換的特性，而且方便學(xué)生在課下學(xué)習(xí)，并不占用課堂時(shí)間，不僅有助于提升學(xué)生對(duì)復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)的理解，而且能夠提升學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

4.3"以項(xiàng)目組為中心的創(chuàng)新能力實(shí)驗(yàn)

隨著個(gè)人電腦的普及和性能的強(qiáng)大，本課程以MATLAB軟件和Ardiuon開(kāi)發(fā)板為工具，讓學(xué)生以小組的形式模擬、仿真表2中的課外綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以幫助學(xué)生更好理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，可以提升他們的動(dòng)手能力和解決工程問(wèn)題的能力，為以后的創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

（1）MATLAB仿真軟件。利用MATLAB軟件分析信號(hào)的時(shí)域和頻域特性，例如，用不同頻率的正弦信號(hào)模擬電子琴、對(duì)給定的周期信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以讓學(xué)生對(duì)信號(hào)處理的原理有更深的理解。

（2）Arduino開(kāi)發(fā)板。Arduino開(kāi)發(fā)板不僅入門容易，而且價(jià)格便宜。因此，可以結(jié)合相關(guān)傳感器配件，搭建簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，如壓力傳感器性能標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、三級(jí)減速器各軸轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，以增強(qiáng)對(duì)傳感器和測(cè)量系統(tǒng)的理解和運(yùn)用。

因此本課程在理論教學(xué)的同時(shí)，并輔以相應(yīng)的仿真和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)的趣味性。

4.4"利用翻轉(zhuǎn)課堂

為了讓課外實(shí)驗(yàn)更好地服務(wù)于課內(nèi)學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，基于OBE理念，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂引導(dǎo)學(xué)生按照表2課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，利用課外時(shí)間，通過(guò)查找課外資料和小組討論的方式，利用MATLAB軟件和Ardiuon開(kāi)發(fā)板完成上位機(jī)和下位機(jī)程序的設(shè)計(jì)，并以簡(jiǎn)單的實(shí)物展示成果。這樣，不僅能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，也讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

4.5"學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)

課程考核以多環(huán)節(jié)形式評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)本課程目標(biāo)的達(dá)成情況，考核環(huán)節(jié)包括平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)，總評(píng)成績(jī)以百分計(jì)，滿分100分，平時(shí)成績(jī)由課后作業(yè)、綜合作業(yè)、課堂表現(xiàn)等部分組成?？己朔椒ㄍㄟ^(guò)平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行，并且平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)占比的權(quán)重分別為40%和60%。

平時(shí)成績(jī)包括學(xué)生的平時(shí)課后作業(yè)和綜合實(shí)驗(yàn)作業(yè)。課后作業(yè)主要考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況；綜合實(shí)驗(yàn)以小組為單位，從表2中根據(jù)自己的興趣選擇一項(xiàng)作為目標(biāo)，選擇合適的傳感器，利用MATLAB和Ardiuon搭建簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，編寫(xiě)相應(yīng)的程序和建立簡(jiǎn)單的上位機(jī)界面，輸出結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行分析，得出有益性結(jié)論，提交成果報(bào)告。以小組的形式匯報(bào)成果，各小組選派一名代表對(duì)成果進(jìn)行答辯陳述，以考查應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，解決工程問(wèn)題的實(shí)踐能力、口頭和文字表達(dá)能力，以及團(tuán)隊(duì)合作能力。

以學(xué)生為中心，建立學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)綜合體系。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)學(xué)生每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)成績(jī)，計(jì)算各指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成情況，最后再結(jié)合學(xué)生的調(diào)查問(wèn)卷所反饋的教學(xué)過(guò)程中所存在的問(wèn)題，對(duì)該課程的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)

本文基于工程專業(yè)認(rèn)證背景下，分析了當(dāng)前“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并結(jié)合在新工科背景下對(duì)課程教學(xué)的要求，對(duì)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，以常見(jiàn)的工程問(wèn)題為例，建立項(xiàng)目式的教學(xué)方法，以模型或?qū)嵨镆曨l的方式，增強(qiáng)教學(xué)直觀性，線下+線上教學(xué)模式的相互結(jié)合，增加了學(xué)生快速理解課堂內(nèi)容的趣味性，通過(guò)課外項(xiàng)目拓展練習(xí)，提高學(xué)生掌握復(fù)雜理論、解決復(fù)雜測(cè)量工程問(wèn)題的能力。實(shí)踐表明，該方法在學(xué)生群體中深受好評(píng)，學(xué)生對(duì)該課程解決工程問(wèn)題的能力也得到了顯著的提升。

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基金項(xiàng)目：安徽工程大學(xué)校級(jí)本科教學(xué)質(zhì)量提升計(jì)劃項(xiàng)目（2023xmskk12、2022xqhz004、2022jyxm113、2022gzs010）

作者簡(jiǎn)介：王淮陽(yáng)（1985—"），男，漢族，安徽界首人，博士研究生，講師，研究方向：工程測(cè)試與信號(hào)處理。