基于工程教育专业认证的机械设计实践OBE教学模式改革研究与实践

于克强，刘元林，宋胜伟，陈国辉

（黑龙江科技大学 机械工程学院，黑龙江 哈尔滨）

工程教育专业认证的核心内涵是以学生为中心，构建“成果导向”的人才培养体系，并持续改进[1-3]。其中成果导向是基础，成果导向教育（Outcome based education,简称OBE）是以预期学生的学习成果为中心来组织、实施和评价教育的一种教育理念[4,5]。学习成果是学生通过教育教学过程所取得的知识、能力、素质等方面的成长和收获。机械设计实践是为机械类专业学生在学完机械设计及同类课程以后所设置的一个重要的实践教学环节，也是学生第一次较全面，规范地进行设计能力训练，主要包括减速器测绘、机械传动装置的总体设计、零部件的设计计算、装配图和零件图设计、编写设计计算说明书等内容。传统的机械设计实践教学却只是以教为目的，往往忽略了学生能力的培养，而OBE理念可使教学目的明确、针对性强、综合能力得到提升，因此在工程教育专业认证的背景下进行机械设计实践OBE教学模式的构建有利于学生毕业所需相关能力的培养，及学生相关毕业要求的达成。

一 传统机械设计实践教学现状

传统机械设计实践教学主要以教师为中心，以教师的安排为主导，学生被动执行，教学效果差。机械设计实践OBE教学理念是以学生为中心，以学生通过机械设计实践提升相关能力、真正的掌握知识及达到毕业相关要求为目的，二者对比见表1。

表1 机械设计实践传统教学和OBE教学模式的对比

二 机械设计实践OBE教学模式的构建

根据机械设计实践的特点及对应学生的毕业要求指标点要求，进行机械设计实践OBE教学模式的构建。根据OBE教学以学生为中心的教学理念，机械设计课程OBE教学模式可分为四个环节，即为什么学、学什么、如何学及学会了多少。机械设计实践OBE教学模式的框架图见图1。

（一） 为什么学

在机械设计实践正式开始之前，由指导教师组织学生进行机械设计实践专题讲座，让学生了解机械设计实践的意义，并通过减速器应用案例及减速器实物观察，让学生对实践的对象有大致的了解，并对减速器的作用、功能及设计的目的有明确的认识，使每个学生心里都能够清楚为什么要进行机械设计实践。

（二） 学什么

通过减速器实物观察及减速器实物拆解让学生了解减速器的结构零件分类，哪些零件为标准件、哪些零件为常用件、哪些零件为一般类零件哪些零件需要测量、哪些零件需要设计、哪些零件需要选择、哪些零件需要校核、哪些零件需要润滑、哪些零件需要密封及个零件之间的关系。

通过减速器测绘了解零部件测绘的一般步骤和过程，掌握零部件测绘的原理和方法，确定部件的表达方案，能用工程图样准确表达零部件实体，具有初步的零部件测绘和工程实体设计表达能力。能理解零部件相关制造工艺、安装与使用等问题，养成良好的职业素质和团队协作精神。

通过减速器设计学生学会能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂机械工程问题，以获得有效结论。能够设计针对复杂机械工程问题的解决方案，设计满足特定需求的机械系统、零部件或制造工艺，并在设计开发中体现创新意识，考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等因素。能够针对复杂机械工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂机械工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。能够基于机械相关背景知识进行合理分析，评价机械专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律、文化的影响，并理解应承担的责任。对于复杂机械工程问题，具有与业界同行和社会公众进行有效沟通与交流的方法和能力，并具备一定的国际视野，能够跨文化进行交流。

（三） 怎么学

学生机械设计实践学习过程可分为4各阶段，分别为测绘环节、设计环节、答辩阶环节及识扩展环节。

1）测绘环节

在减速器测绘之前先将学生分组，然后每组学生相互之间合作进行测绘，这样可以使学生之间相互交流，取长补短，互相进步，培养学生之间的团队协作能力，并且在测绘期间学生对发现的问题开展讨论，由组长记录，作为最终考核的一部分。

2）设计环节

设计阶段也是先将学生分组，可沿用测绘环节的分组，虽然每个学生数据不同，但设计的过程大致相同，所以在设计过程若发现问题小组内可进行讨论，由组长记录讨论次数、内容及学生发言次数，作为最终考核的一部分，若小组内无法解决，可以小组间相互交流或由指导教师解决。这样学生之间既能相互学习得到锻炼，又能避免学生过分依赖指导教师而使知识掌握及能力培养方面不能得到有效提高。

3）答辩环节

在正式答辩之前先由每个小组的组长组织学生进行小组答辩，有学生之间相互打分作为最终答辩成绩的一部分，并由组长记录下每个学生不会的或理解困难之处，然后相互学习尽量解决难题。再由指导教师组织学生正式答辩，先让学生自己讲解设计大致过程，机械设计实践过程学到的知识，并根据小组答辩记录及平时检查学生过程中所发现学生存在的问题，教师拟定每个学生的答辩内容，然后以实物为参照，以边答辩边讲解的方式让学生对自己在设计过程中存在的问题真正的理解，以学生毕业所需能力培养为主要目的。

4）知识扩展环节

在机械设计实践完成答辩环节后，指导教师预留出一段时间，有每个小组针对直齿轮减速器、斜齿轮减速器、锥齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器及彼此之间相互组合的减速器中不同于自己设计的其他几种类型进行讨论，分析自己设计的减速器与其他集中有何异同，然后由指导教师讲解其他类型减速器的优缺点及设计时应注意的问题，目的是尽量使学生通过机械设计实践的过程学到更多的知识。

表2 机械设计实践教学评价分值表

（四） 学到了多少

为使学生满足毕业要求所具备的能力，机械设计实践主要从多元、多角度对学生进行评价，评价内容主要包括测绘、图纸、说明书、平时检查、中期检查、答辩、讨论分值等，每项所占比例如表2所示。

三 结论

根据工程教育专业认证的特点和对工程人才的要求，改变传统机械设计实践教学的不足，以学生毕业要求为依据，以提升学生相关能力为目标，以学生为什么学、学什么、怎么学及学到了多少为主线，构建了机械设计实践OBE教学模式。以机械16-1班机械设计实践教学为研究对象进行了机械设计实践OBE教学模式的实践教学，通过最后毕业达成分析表明，机械设计实践经过OBE教学模式改革后满足毕业达成度要求，并可根据分析结果进行相关的持续改进，本研究可为其他相关研究提供参考。