基于工程教育认证的机械基础系列课程教学设计与实践

穆浩志 李克旺 牛兴华 王晓菲 薛立军 毕大森

（天津理工大学，天津 300384）

2013年6月，我国签约《华盛顿协议》，标志着我国高等工程教育体系与国际工程教育联盟正式接轨。《华盛顿协议》成立于1989年，宗旨是通过多边认可工程教育学历，推动全球工程教育质量提升，促进工程技术人员跨国（境）流动。工程教育认证通用标准从学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件七个方面做了具体规定和要求[1]。认证标准的核心是以学生为中心，强调成果（目标）导向、持续改进的教育理念，这些理念代表了工程教育改革的方向，对我国高等工程教育改革，提出了更高的质量要求。成果导向教育（Outcome based education，简称OBE，也有称作能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育）是用期望达成的学习成果来反思和修订教育內容和方法的教育理念[2-3]。在工程教育认证标准中，一直把这一理念作为先进的教育理念贯穿于始终。

在高等工科教育中，机械基础类课程占有重要地位。以天津理工大学机械基础系列课程为例，包括了工程制图、机械制图与测绘、机械原理、机械原理课程设计、机械设计、机械设计课程设计和创新设计7门课程及其相应的实践教学环节。这些课程要面对机械工程类、材料成型类、过程控制类等40多个专业，涉及本科教学班300个，为专业目标达成和毕业要求目标的达成提供平台保障，在学校开展“知识、能力、素质协调发展，培养人才具备工程实践能力和创新能力”的培养目标中发挥重要作用。

按照工程教育认证标准，审视机械基础系列课程的教学设计，以“教”为中心传授知识的教育方法培养的学生，不可能达到工程教育认证标准的毕业要求。随着现代科技信息化、网络化技术和多媒体终端的发展，学生获取学习知识的方式和渠道发生着重大变化，教学设计迫切需要开展以“学”为中心培养学生具有创新精神的教育改革[4-6]。在以学生为中心，强调成果（目标）导向、持续改进的教育理念指导下，对机械基础系列课程进行教学设计并开展教学实践，通过深化课程内容优化和课程衔接，力求把工程教育认证的要求落实到机械基础系列课程教学中，在教学中策略性融合实践教学，按毕业要求的指标点强化机械基础课程的实践教学环节，或针对不同课程的特点，开展研究性教学实践，通过实践教学资源开放，强化学生创新思维训练，提升综合素质的协调发展。

一、人才需求目标决定工程能力培养的内涵和教学设计方向

区域人才的需求目标决定地方工科高校工程能力培养的内涵，也决定了机械基础系列课程的教学设计方向。天津理工大学作为以工科为主的地方高校，承担着为天津相关及周边地区培养工程技术人才的任务，随着经济和技术的发展，为提升企业核心竞争力，天津市及周边地区加快了产业结构的调整和技术的优化升级。企业需要具有综合素质的人才，他们的知识、能力和素质是协调发展的，要具有工程实践能力和创新能力，技术要精湛、学科门类齐全的科技人才。科研人员和工程技术人员要有能力参与高科技成果转化为新产品活动，有能力参与科技创新。如我国汽车业在引进了国外先进的技术和生产线后，除了需要从事先进设备的安装调试，依照工艺进行新产品生产的工程技术人员外，在生产技术难题的解决、生产工艺设计、技术革新上同样需要高素质工程技术人员[7]。

工程教育认证对毕业生培养要求，重点体现在能力培养上，即：工程实践能力、多学科背景的综合能力和职业道德与社会责任感。知识、技术是高等教育的优势、但如何将从业中必备的能力培养、或者将该方面的思维和意识置于学校教育阶段进行，应是构建工程能力培养体系考虑因素之一[8]。因此，坚持以需求为导向，学校要通过与企业的沟通融合和对毕业学生跟踪、反馈信息，不断调整课程教学内容，完善社会区域发展需求的教育。以成果（目标）导向为引导，制定开展可持续性发展的人才培养教育方案，把工程实践能力、综合应用知识能力和创新思维教育与机械基础系列课程的教学设计和改革相结合，在工程认证教育中毕业生能力达成的要求指导下，把课程的知识结构与毕业要求的指标点相对应，体现成果导向、持续改进的教育理念，从可持续发展、注重工程实践、创新思维等方面开展教学设计，使之在培养学生达成毕业要求的过程中发挥作用。

二、基于成果（目标）导向的机械基础系列课程教学设计

1.毕业要求与机械类系列基础课程矩阵

成果导向教育的设计原则是从需求开始，即由下往上反向设计，需求是设计的起点也是终点。而实施则是自上而下，即正向实施。需求决定培养目标，培养目标决定毕业要求，毕业要求决定课程体系[2-3]。通过认证标准要求，在培养目标中，专业要符合学校定位且适应社会经济发展需要，要面向社会公开。机械基础系列课程的教学设计，既要听取合作企业和实习基地单位、毕业生、专业课教师的意见和建议，也要对区域经济发展的人才需要进行调研。参照工程教育认证涉及到的要求和学校专业培养需要，分析机械工程各专业学生在基础阶段所应具备的知识结构，本着能力教育的持续发展，强化学科的交叉融合，强化实践教学贯穿于理论教学的改革思路，把毕业要求分解到每门机械基础课程中，构建毕业要求与机械基础课程矩阵，如表1所示。

2.强化实践性教学促进毕业目标的达成

把毕业要求分解到课程教学活动中，通过强化理论教学的实践性，培养学生毕业目标能力的达成。在毕业要求的12条中有7条提到解决复杂工程问题是学生毕业时应达到的能力目标。可以看出，要使机械基础系列课程的教学效果达到毕业目标要求，在教学中强化实践性教学是十分必要的。针对工程图学、机械原理、机械设计学科特点和教学内容、学时，调整理论教学与实践教学的学时分配，把创造性实践和工程案例教学贯穿到课堂教学，把实践教学与课程体系的知识点有机整合，使之与毕业要求的指标点相对应。工程实践环节强的课程单独设课，课内实践教学内容形成模块化，让实践教学呼应理论教学，构成知识、能力和素质培养相互渗透的体系，强化培养学生工程实践能力。如在教学中强化图形表达、机械设计、科技制作知识点应用教学，提升学生对所学知识的掌握。通过知识方法理论与实践教育，培养学生自觉思维和自主学习新知识的能力。如工程图学课程的图形表达教学实践，通过二维图形构型设计教学，把二维图形构形方法的理论与计算机CAD实验和手工制作相融合，体现教学指导实践、通过实践完善设计思路。首先让学生对六角扳手市场调研，然后学生利用二维构形知识徒手绘制设计六角扳手平面草图，并用计算机生成CAD二维平面图、CAD三维立体图，最后学生可利用身边材料制作扳手的实际模型，以此加强学生基本思维能力和产品设计能力的培养，使学生的知识、能力、素质培养协调统一，逐步培养学生解决复杂工

程问题的能力[9-10]。

除了在课程中融入创造性实践教学环节外，在图形表达模块中，单独设置机械制图测绘实践课程，学生通过对实际部件的拆卸和零件的测绘，提升实践认知能力和绘制标准机械图样的能力。考虑与机械零件和机械设计课程的衔接，机械制图测绘课程在第三学期开课，教学目的是通过测绘实践对学生进行知识目标培养，以达成培养学生毕业目标5、9、10的要求。

3.开展研究性教学提升学生解决工程问题的能力

把数学、自然科学和工程基础知识用于解决复杂工程问题，是教育教学对创新能力、创新方法、职业道德规范及团队沟通合作能力的培养、达成毕业目标的关键。开展研究性教学，开放实践教学资源，组织学生参与科学研究、开发或设计工作，培养学生的创新思维、实践能力、表达能力和职业道德规范、团队精神。研究性实践教学的开展，除培养学生基础知识和技能外，学生的综合实践能力也有所提高。在掌握交叉科学知识综合运用的同时，工程智力素养得到发展，学生非智力因素如严谨的工作态度、工程职业道德和规范、团队协作精神也得到提高。

因此，建立一支具有科研能力的由课程教师、专业课教师、企业工程师、高年级学生组成的教学团队，是保障研究性教学实施的关键。教学团队分组定期开展教学交流和研讨，探索工程图学、机械原理、机械设计等课程及其实践内容的教育教学规律，完善教学方案。把科研中与基础课程相关的知识纳入教学，通过“讲课——实践——创新研讨”的教学方法，把学生创新意识和综合素质的培养融入教学的全过程。此外，教学团队要不断开展实践教学活动，基础课教师要不断接受学校或校外行业企业的工程实践经验培训，提高教师的工程实践能力，以促进工程实践教学能力和科研能力的提升，使教学与科研良性互动。教师合理考虑把科研成果转化到课堂，丰富教学内容，利用科研实力有力地促进学生创新方法、创新能力，职业道德规范、团队合作、沟通能力等能力培养，把传授知识的课堂转变成学生研讨问题的课堂，使教学向高层次高水平发展。

如根据机械类及相关专业学生在基础阶段所应具备的知识结构，构建了图形表达、机械设计、科技制作教学模块，形成完整、科学的机械基础系列课程知识体系。面向全体同学开放工程图学教学模型室、机械创新设计工作坊、建设开放式工程图学实体教学展示橱窗等，强化实践教学。同时，把科研成果引入到理论教学和实践教学中，更新教学内容，拓宽学生视野，扩充知识面，提高创新能力。并且，团队教师组织开展新生研讨课、学术讲座课等激发学生的科研和创新工程意识。

4.利用网络在线课程搭建学生自主学习和交流的平台

建设网络在线课程，为学生提供自主学习和终身学习的平台，不断提升学生自主学习的能力。针对地方普通高等教育的目标定位，开展工程图学、机械原理、机械设计课程的网络在线课程建设，辅助实体课堂教学。在线课程的建设既要遵循现代教育理论和方法，体现系统工程思想和现代教育规律，也要遵循继承与发展的关系优化课程内容，对教学内容的重点难点、信息素材整合、把握教学内容艺术的呈现，按知识点制作教学视频，便于学生根据自身需要选择性学习。此外，根据课程论坛中所反馈的意见，不断修正和完善网络在线课程，拓展教学知识体系。

2015年3月10日，天津理工大学课程中心开放工程图学网络课程，截止到2015年7月10日已被浏览25372次，由此可以看出学生自主学习的热情。

三、通过课程创新设计等实践教学活动培养学生综合思维能力

根据工程教育认证中毕业要求第3条和第9条的规定，团队合作精神和产品创新意识是学生毕业时所必须达到的目标。在学生中开展课程创新设计实践活动是激发学生综合思维积极性的有效途径，而且通过课程设计实践活动能够让学生学会交流和合作。工程项目具有集成化、系统化的特点，随着学校与企业横向交流的项目越来越多，让学生参与团队教师承担的工程实际课题，由学生自主选择研究题目，教师辅助指导，引导学生与企业工程技术人员调研交流，针对发现的问题，通过小组间“标新立异、异想天开”的讨论，展开解决问题的思路，完善设计方案。让学生在实践教学的环节中，增强团队精神、协作能力和工程思维素养。

四、通过学习成果评价修正教学设计

持续改进的教育理念是工程认证的重点，以学生为中心开展的教学活动，其教育质量的评价结果取决于学生的学习成果，也就是学生能力是否提升[3]。作业、工程图纸和期末考试结果作为考核学生的标准是教育教学成果评价的传统做法，但该方法并不能诠释学生的综合能力。为促进学生综合能力的培养，针对机械基础系列课程及实践教学环节，改革考核方式，把教学评价放在学习成果考核上，根据学生能达到的教育要求程度，跟踪考核阶段的学习，平时考核按划分阶段的学习目标来制定，如通过一个阶段的学习，特别是在课程实践后，让学生针对所学知识点和实践过程写出学习报告、心得体会和教学建议，并设定一定的考核分数。在学习成果的达成及团队合作上给与一定的考核分数，降低期末考试成绩在总评成绩中的占比，使其不超过70%。

在课程教学结束后，学生也要参加本门课程学习效果认可评价，要针对每门课程对毕业要求支撑点的贡献，进行网上无记名课程评议、问卷调查[11]。评议表要按课程对毕业要求的贡献来制定，使课程内容与毕业要求指标点相呼应，以开学初公布的教学大纲中所列的教学目标为依据，逐项评议每门课程的实施状况。如2014学期学生对工程制图课程创新意识和能力培养的评教是97.86分；对教学方法、教学手段的教学评教是97.73分。教学团队根据学习成果的评价完成下一阶段教学的修正，不断提高教育教学质量。

五、结束语

以工程教育认证的目标（成果）导向为引导的机械基础核心课程教学设计与实践，使每一条毕业要求的实现都必须通过具体的课程或教学活动来保证。让教学设计从开始就树立学生是教学中心的理念，每次上课前首先让学生了解学习成果的目标，结合毕业要求的指标点，阐明教学对毕业指标点的贡献，让学生明白取得这样学习成果的原因。教学内容作为教学设计的核心，把理论教学与实践教学合理融合，是有效帮助学生取得学习目标成果的关键。通过学生学习成果考核、问卷调查、用人企业反馈等了解学生的学习成果的达成，以期不断修正教学设计，完善工程教育认证教学体系。

[1]中国工程教育协会网.我国工程教育成功加入《华盛顿协议》[EB/OL].http：//ceeaa.heec.edu.cn/news.php?news_id=63.

[2]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[3]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-17.

[4]葛文杰.深化机械基础课程教学改革与课程建设的思考[J].中国大学教学，2007（12）：12-14.

[5]杨恩霞，王君.高校“机械基础"课教学存在的问题与对策[J].高教探索，2013（1）：68-69.

[6]王立存，张国进，徐元，等.机械基础课程教学内容与课程体系综合设计研究与应用[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2013（6）：79-82.

[7]吴松涛.天津经济社会发展与高技能人才需求[J].中国经贸导刊，2012，11（10）：62-63.

[8]贾卫平.工程教育认证背景下的应用型机械类人才工程能力培养体系的构建[J].实验技术与管理，2015（1）：38-40.

[9]穆浩志，王晓菲，柳丹，等.卓越计划背景下的工程图学教学改革探讨[J].模具工业，2014（11）：60-63.

[10]穆浩志，王晓菲，牛兴华，等.慕课背景下工程图学类课程教学方法的革新[J].模具工业，2015（5）：72-76.

[11]徐腾刚.美国高等教育的专业认证和图学教育[J].图学学报，2013，34（3）：138-141.