基于OBE理念的机械类专业模块化课程体系构建

杨勇强 杨立军

本文为陕西高等教育教学改革研究项目（编号：17BZ29[]）

【摘 要】 文章梳理我国工程教育认证的发展及OBE教育理念，分析了我国机械类专业培养计划的现状及问题。提出基于OBE理念的机械类专业课程体系模块化的构建，在“以学生为本”理念的指导下，以学生能力、兴趣和特长为立足点，将机械设计制造及其自动化专业的课程分为设计模块、制造模块以及自动化模块。通过模块化课程体系的建立，使学生的学习目的性、导向性和主动性得到了加强，师生在课堂教学、实践教学和毕业设计等环节的联系更加紧密，达到了较佳的教学效果。

【关键词】 OBE理念;课程体系;模块化

一、我国工程教育认证的发展与OBE教学理念

我国从2006年起开始全面构建国际实质等效的工程教育认证体系并开展专业认证，经过10年努力，2016年我国成为《华盛顿协议》第18个正式成员国，表明我国工程教育质量及其保障能够得到国际工程教育界的认可，标志着我国工程教育国际化的实现，通过认证的专业学生工程师执业资格在协议成员国可以互认。工程专业教育标准和工程师职业能力标准是国际工程界对工科毕业生和工程师职业能力公认的权威要求。[1-3]工程教育专业认证有力的增强了工程教育人才培养对产业发展的适应性，工程教育国际竞争力显著提高，在高等教育领域及社会上产生了越来越广泛的影响。

OBE是成果导向教育（Outcome-based education），是一种“以学生为本”的教学理念。[4]该理念重视学生在培养体系中能获得什么能力和能够做什么。即教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想，然后寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标。

二、机械类专业培养计划的现状分析

机械行业是国家的基础行业，决定了一个国家工业的整体水平，它的发展直接影响到国民经济各部门技术水平和经济效益的提高。中国的制造业正处于一个高速发展的阶段，涉及到传统机械行业、航空航天行业、农业、化工业、印刷业、信息/通讯/电子行业、能源业、医疗、商业、交通运输业、教育行业等方面，对机械专业的人才需求量巨大。

我国高校现有机械类专业培养模式具有以下几个特点：（1）专业知识体系庞大，涉及到机械设计、制造以及自动化、铸造、锻压、焊接、液压气动等。（2）招生数量大，大部分高校机械设计制造及其自动化专业的招生人数为150-360名。（3）强调实践和创新能力的培养。基于此，在长期的教学管理工作过程中，笔者发现了一些培养过程中的若干问题，主要体现在教学过程中以教师“教”为主，强调教师对学生知识的灌输，学生成为被动的接受者，在专业知识体系难度较大的情况下，在大班级大课堂教学体系下，学生的学习效果不佳，实践和创新能力难以得到培养。

基于此，在“以学生为中心”工程教育理念的基础上，有必要建立机械设计制造及其自动化专业模块化的课程体系，对机械类专业课程体系进行全方面的教学改革，对知识体系进行细化，建立基于学生特长和兴趣的模块化培养模式，提高学生的实践能力和创新能力。

三、基于OBE理念的机械类专业课程体系分析

本文以专业基础课程和专业课程为例，进行模块化课程体系的设计与分析。

1、课程体系分析

以陕西科技大学机械设计制造及其自动化专业（以下简称機械专业）为例，机械专业本着“厚基础、宽口径、重实践”的办学思想，以工程教育为导向，进行了专业课程体系的设计与规划，课程体系及课程设置注重对学生解决复杂工程问题能力的培养，有力地支撑了本专业的毕业要求。现行课程体系由六个部分构成，分别是通识教育课程、学科基础课程、专业基础课程、专业课程、课内实践教学环节和第二课堂。

学生在大一和大二阶段主修人文通识类课程、数学、自然科学类课程和学科基础课程，可以确保学生的综合素质得到提升。大三和大四主修专业基础、专业课程，确保专业能力得到充分的发展。通识类课程主要培养学生具备良好的职业素养和社会责任感，并且能够处理好个人与团队关系，具备良好的沟通和项目管理能力;学科基础课程主要培养学生掌握数学、自然科学和工程基础知识，具备利用文献检索、所学知识及现代工具分析复杂机械工程问题的能力;专业基础课程用于培养学生掌握专业基础知识，并具备利用所学知识进行问题分析，产品或工艺的设计开发，以及对复杂机械工程问题研究的能力;专业课程和课内实践教学环节主要通过综合实验、课程设计、毕业设计、实习实训等方式培养学生综合利用所学知识分析、研究及解决复杂机械工程问题的能力，以及团队协作、沟通及终生学习的能力，并在该过程中能够考虑社会和环境发展问题;第二课堂主要通过竞赛、科技活动、创新创业、社会实践等方式培养学生在机械工程活动中综合利用工程管理原理和经济决策方法知识的能力，以及不断适应发展的能力。

2、专业基础课和专业课的分析

机械专业开设的专业基础课和专业课均分为必修课和选修课。专业基础课包括机械设计、机械制造工艺学、控制工程基础等必修课，还涉及到材料成型基础、现代制造技术（双语）、企业运作与管理等选修课。专业课包括数控机床设计、自动机械设计等与本校及本专业轻工特色相关的课程，还涉及到工业机器人和计算机数控编程等课程。

从现有的课程体系来看，专业基础课和专业课的问题主要在于课程体系不够细化，缺乏基于学生特长和兴趣的课程体系支撑。例如，对于有志于机械创新设计的学生应该学习哪些课程？对于有志于从事机电控制研究的学生，需要哪些课程来完善知识体系？这些问题是机械专业培养的现存问题，影响到学生专业素质的培养。

因此，在大三进入专业课程学习的初始，对学生进行模块化分流，模块分别为机械设计类、制造类和自动化类，按照模块化类别的形式进行培养。

四、基于OBE理念的机械类专业模块化课程体系构建

通过以上分析，机械专业对专业基础课和专业课进行了模块化的分类，将机械专业分为三大模块：机械设计模块、制造模块和自动化模块。

1、必修课课程

三个模块的专业基础必修课和专业必修课包括机械设计制造及其自动化的主干课程，包括机械设计、机械制造技术基础、数控机床设计、控制工程基础与互换性与技术测量等课程，旨在培养学生运用机械设计原理与方法、机械制造工程学、机械系统中的传动与控制、计算机应用技术等领域知识的技能和能力。在具体培养方案的制订过程中，充分考虑到学校定位、社会需求、学生发展等多因素，对主干课程进行教学改革。

以《机械制造技术基础》课程为例，该课程为本专业的专业基础核心课程，为了强化机械工艺学方面的知识，加强实验与实践环节及创新能力的培养，将《机械制造技术基础》拆分为《机械制造工程学Ⅰ》和《机械制造工程学Ⅱ》两门课程，扩展了课程内容的广度和深度，深化了机械制造工艺学方面的知识;在原有《机械制造技术基础课程设计》和《数控机床设计课程设计》的基础上，将其整合为《综合课程设计》，强化专业特色，培养学生解决复杂工程问题的能力;在原有《现代制造技术综合实验》和《数控加工实验》和《企业运作模拟实验》的基础上，增设“增材制造”等先进制造技术实验，整合为《专业综合实验》，并开展了“小组课题讨论、分工合作探索”等创新教学模式的实施，以提高学生解决复杂工程问题的能力和团队协作能力，开拓了一种理论教学和实践教学相结合的教学新思路。

2、选修课课程

机械设计模块主要培养学生设计的基本技能和功能，并具备计算机辅助工程、轻工自动机械设计及理论研究的基本能力，能够将计算机辅助设计和现代检测技术等应用于机械及其辅助产品的设计过程中，掌握坚实的基础理论和系统的专业知识。该模块是在前修课程—《机械设计》和《机械制造工艺学》等课程的基础上，补充《流体传动与控制》、《材料成型基础》和《机械系统设计》等课程，使学生在流体传动控制、热加工以及系统设计等方面的技能有所提高。另外，还涉及到双语课程和管理类课程，使学生具备一定的外语能力和管理技能。

制造模块以数控加工为本专业特色，主要培养学生的机械制造加工工艺技能能力与加工分析能力。该模块以“数控加工技术”和“材料成型加工”为主干线，将学生细化为数控加工方向和材料加工方向，数控加工方向的主要培养目标是使学生具备一定的数控工艺分析能力，并具有一定的计算机数控编程能力，能够完成复杂零部件的加工。材料加工方向主要培养的重点在于新材料的实验制备方法，以及新材料的机械力学性能的分析能力。该方向的学生在《材料成型基础》和《实验设计与数据处理》两门课的引导下，通过相关教师的实验指导，可完成新材料的相关实验，培养了学生的实验能力。

自动化模块主要培养有志于从事机械系统控制领域的学生，使学生通过《计算机原理与接口技术》和《电气控制与PLC》等课程的学习，并通过实验操作技能的培养，掌握基本的电气控制知识和技能，为以后从事机电控制工程领域的工作打下坚实的基础。

3、实践教学环节

三个模块的教学必须要有完备的实践教学环节来支撑，为此，机械专业以《专业综合课程设计》和《专业综合实验》为主干，设计模块主要通过自动机械的设计和传动系统的分析等环节，进一步促进学生的机械设计与分析能力;制造模块主要通过自动机械设备的加工制造、装拆与装配等环节，提高学生的加工与制造工艺技能;自动化模块主要通过对自动机械控制部分的设计与程序编制，使学生掌握机械设备自动控制的基本设计方法和技能。

科技竞赛活动是重要的实践教学环节，通过“挑战杯”大学生课外科技作品竞赛、创业计划竞赛、机械创新大赛和工业工程改善创意竞赛等科技创新活动促进了学生提出问题、分析问题和解决问题的综合能力，以科技竞赛活动促进课堂知识的掌握。

4、毕业设计（论文）

毕业设计（论文）是本科教学的最终环节，在学生综合能力和综合素质培养上起着重要的作用，是考察学生学习效果和工程能力的一种重要形式，是促成专业毕业要求达成的最后环节。毕业设计（论文）密切结合生产实际，进行工程设计和项目研究，通过毕业设计（论文）环节的训练，使学生初步具备从事本专业相关行业工作的能力。

机械专业的毕业设计同样以三个模块的方式来进行，在前期理论课程和实践教学的基础上，学生已经具备某一模块基本的知识和技能。设计模块的学生可完成自动机械装备、机械系统动力学分析以及专用机床的设计等课题;制造模块的学生可完成摩擦磨损试验、五轴数控加工、工模具制造以及机床加工误差分析等课题;自动化模块的学生可完成机器人、立体车库以及AGV小车等装备的控制系统设计。通过模块化课程体系的实施，使得学生的设计、制造以及分析能力得到全面的训练，为学生进入社会向职场转化打下坚实的基础。

五、结论

在工程教育理念的基础上，以学生为本，建立了机械设计制造及其自动化专业的模块化课程体系，将专业课程分为机械设计、材料及制造和自动化三个模块，并在实践教学环节、竞赛科技活动以及毕业设计中进行延伸式的教学。机械专业在工程认证工作的指引下，通过模块化课程体系的改革，提高了学生的知识、能力和素质，培养了学生独立解决复杂机械工程问题的能力。同时，专业建设水平显著提高，为机械行业提供了大量实用型人才。

【参考文献】

[1] 王红军. 面向工程教育专业认证的机械类专业创新型应用型人才培养模式改革与实践[J].教育教学论坛，2018，25（6）76-78.

[2] 刘志军，朱泓，曲景平等.正确认识和把握高等工程教育专业认证中的五个关系[J].中国高等教育研究，2008（18）21-22.

[3] 余寿文.对工程教育质量保證中几个问题的思考[J].高等工程教育研究，2016（3）5-8.

[4] 刘莹，邓莲丽，唐安江等. 基于OBE人才培养模式下的新建本科院校化工专业校外实习基地建设的研究.教育教学论坛，2018，26（6）36-38.

【作者简介】

杨勇强（1976—），陕西科技大学机电工程学院副教授.