基于OBE理念的机电一体化技术综合实训课程探索与实践

宋志刚，吴志敏，朱 梅

基于OBE理念的机电一体化技术综合实训课程探索与实践

宋志刚，吴志敏，朱 梅

（深圳职业技术学院 机电工程学院，广东 深圳 518055）

OBE是一种基于学习成果导向的教育理念，该理念对于实训课程的建设具有重要的指导意义．本文以深圳职业技术学院《机电一体化技术综合实训》课程为例，分析了当前课程在专业能力与素质培养、理论、实践教学和考核方式方面存在的不足，对基于OBE理念的实训课程建设进行了深入思考，明确了课程的OBE教学目标，优化了课程教学内容和过程，进行了课程教学组织与实施地探索，构建了多元化的课程考核及评价方法，总结了课程的实施效果．

OBE理念；实训课程；机电一体化技术

基于学习成果导向教学OBE（Outcome Based Education）的教育理念，认为教学设计和实施的目标是学生通过教育过程所取得的学习成果．其理念打破了传统以教师为中心的教学模式，强调学生的主体地位，指出课程教学的目标要求是让学生具备相应的能力，教师所从事的一切教学活动都是为达到教学目标而采取的手段[2]．为推进学校中国特色世界一流院校建设，全面贯彻落实以学生学习成果为导向的“六个融合”人才培养理念和质量观，深化人才培养方案、课堂教学模式和课程考核方式改革，深职院开展了中国特色世界一流重点专业群建设工作，以机电一体化专业为核心的智能制造专业群是其中之一．《机电一体化技术综合实训》是专业的核心课程，本文以该综合实训课程为例，对基于OBE教育理念的实训课程建设进行实践与探索，并详细阐述了实训课程概况及其现状、当前机电综合实训课程教学存在的不足、训练设备、机电一体化技术综合实训课程OBE教学目标、实训课程教学内容及教学组织与实施过程等．

1 课程及训练设备

《机电一体化技术综合实训》是面对高职教育类机电一体化技术专业学生开设的专业综合实践课，第5学期开设，课程的安排为期4周,每周24学时，为整周实践课程．本课程任务是以典型的机电一体化设备为研究对象：1）进行操作、解剖、装调、PLC控制系统设计、系统维护、故障诊断与排除等认知实践，让学生掌握机电系统的构成、工作原理；2）传动机构的种类及选用；传感器的种类及选用；3）计算机编程、调试等机电一体化技术的系统集成和应用能力，让学生在机电设备装配、编程、调试能力等方面均能得到综合训练，提高学生机电一体化技术的综合专业素质和专业技能，并着重培养学生在工作实际中解决问题的能力．

但该实训课程在教学实践过程中，虽然确立了理论与实训环节要深入融合，在培养学生机电综合实践能力上取得了一定的效果，但和OBE教育理念相比仍然存在一些不足．如没有充分调动和发挥学生在实践能力训练中的自主性和创造性，实现课程教学目标与能力的有效融合. 因为本课程的综合性和工程性很强，需要学生具备一定的基础理论知识，学生实践经历缺乏，对工业实际理解不深入，不能建立系统性概念，导致学生主动学习性不够，而教师理论教学时，还是以传统的灌输为主，导致理论教学效果不佳．现在的实训教学模式主要采用老师先布置实训任务求、演示操作设备、讲解详细的实训步骤、给出参考程序，学生最后依葫芦画瓢完成实训、撰写实训报告，导致学生被动地进行实训，与以学生以中心的教育理念存在不小的差距，实训教学效果不好；实训课程的评价主体单一，评价不全面，没有真正实现形成性过程考核，无法全面评价学生的能力，造成学生学习积极不够，没有实现学生对课程的全局把握；此外机电设备种类繁多、更新换代较快，现有师资无法对机电设备遇到的一般故障和偶发故障进行深入分析和真实模拟再现，导致学生不能真正掌握机电设备现场维护、故障诊断与维修，不能满足企业对人才专业素质和技能的需求[3-4]．

本课程的训练设备是以德国费斯托公司开发的在国际上综合技术领先的机电一体化模块式教学培训系统为平台，如图1所示．它是费斯托公司结合现代工业特点开发研制的模拟中短行程单作用气缸的柔性自动化生产线，集机械、气动、电子、通讯为一体高度集成的机电气一体化的实训教学装置[5]．它包括了机械制图、机械设计、传感器、PLC、现场总线、自动控制、信息通讯和计算机技术等多项学科的内容．该系统由10个独立的工作站、1台五轴机器人、1台六轴机器人、1套物流传输系统、1台数控车床、1台数控铣床和特殊的控制软件及控制主机等组成．该系统采用与实际生产加工相同的工业元件，系统中的各工作站的功能单元能完成工件供料、工件高度检测、工件提取、工件加工、工件尺寸精度质量控制、机器人装配、工件暂存、工件提取及成品分检等生产加工全过程．FMS50机电一体化模块式教学培训系统的每个工作站单元均可根据设定的生产任务，选择相应技术参数和功能的电气元件、气动元件，传感器、PLC及标准铝型材集成而成．它体现了当今现代化企业产品开发“采购和集成”的先进设计理念．工作站单元之间的结合方式非常柔性，可以随意组合，系统的开放性很强，可以不断将新技术融入系统中．

图1 费斯托公司的机电一体化模块式教学培训设备

2 基于OBE教育理念的实训课程建设与实施

2.1 确定机电一体化技术综合实训课程OBE教学目标，优化实训课程教学过程和内容

基于OBE教育理念，需要按照学校的定位与目标，以学生为中心，建立逆向的人才培养方案，反向设计课程，第一步要确定课程的教学目标，由教学目标来拟定课程教学内容．课程OBE教学目标应该以毕业标准为准绳，而毕业标准应依据专业培养目标，因此重点需要明确课程对于专业培养目标和毕业标准达成的效果，为后续开展教学活动和评价等提供依据和指导[4]，建立一个全闭环的教学环节，提升课程建设目标．

机电一体化专业致力于培养德、智、体、美、劳全面发展，具有一定的文化水平和人文素养、良好的创新意思、职业道德及精益求精的工匠精神，较强的就业创业能力和可持续发展的能力；掌握专业知识，熟悉工业安全标准和规范，具有从事机电设备的操作运行、装调、维护维修、技术改造及其生产管理等实际工作所需的专业技术技能，面向各类制造和机电设备领域的通用设备制造业，金属制品、机械和设备修理业的设备工程技术人员、机械设备修理人员等职业群，能够从事自动生产线运维、工业机器人应用、机电设备生产管理、销售和技术支持、技改、维修等工作的复合式创新型高素质技术技能人才．

本课程作为机电一体化专业必修核心课，其教学内容涵盖了机械系统、电气系统、伺服传动系统等知识，是一门综合性实践性很强的课程，需要学生将前期所学专业理论知识和技能融会贯通和进行有机的串联，着重培养学生灵活使用专业理论知识和技能来分析与设计、装调、操作运行、维护维修机电设备和自动生产线的能力，并具有良好的职业素质．

为了使该课程OBE的教学内容和目标符合机电一体化专业培养目标，需要为学生创造一个较为真实的职业情境，培养学生在该职业情境下工作所需的职业能力和素养．首先通过对企业实际职业环境的调研和分析，提炼、归纳、总结出从事机电一体化专业核心职业岗位工作应有的职业技能，再对职业技能所包含的单项技能进行分解构成机电一体化技术综合实训教学项目或单元，根据前述阐述和课程训练设备，将整个综合实训教学内容和过程划分成12个由简单到复杂、由单项技能训练到综合技能训练、循序渐进的实训项目，每个实训项目或单元都有明确的目标和学习成果，完成一个项目或单元可获得一项关键职业专项能力，12个实训项目叠加起来可以实现机电一体化技术综合实训课程的OBE教学目标和学习成果．以学生为中心，以培养专业能力提高学生综合素质为目标，打破一般实训课程本身的框架，围绕FMS50机电一体化模块式教学培训系统作为典型机电设备展开实训教学，将实训过程分解成若干个小项目，并结合实际操作训练，将所要求的知识点、技能点和职业素养融于实训过程，最终实现基于OBE的课程教学目标．基于这种考虑，本实训课程的教学内容和过程设计为如图2所示，整个实训内容和过程注重：从实际到理论，从具体到抽象，从特例到通用，从系统到零散再到系统．

2.2 教学组织与实施

在实训教学过程中，将约40人的教学班分为5~6组，组长自荐或班长、老师推荐，负责小组的整个实训过程管理和实训任务分配，为增加工作积极性，给组长在总评成绩中附加分，即所带领小组组员实训项目完成又快又好，组长的评价等级提升一个档次；为了增加组长的责任心，组长在实训课程结束后需对自己组员进行评价，便于团队协调和布置任务，组长评价占整个实训成绩10%，为了提高组长的权威和管理积极性，组长有对组员一票否决权，即实训课程结束后组长如果给组员评价为不合格，则该组员综合实训成绩不及格．这样可以锻炼学生的组织和管理才能，也便于组长根据实训项目布置任务给组员，组员做好分工协作，每组安排人记录实训过程需要完成的各项任务、要求以及遇到的难题及解决难题的方法和过程等，培养他们在工作过程中做记录的良好习惯和职业素养，安排专人负责拍照留下珍贵的课程素材和课程成果等，便于老师总结点评．在实训过程中除了要锻炼学生的综合技能之外，还要培养学生刻苦钻研和团队协作的精神．学生在组长带领下进行各个项目任务的训练，共同协作完成任务，对实训过程中遇到的难题积极讨论解决问题的最佳方案，并各小组竞争的压力下力求最快的时间内完成．

实训教学过程中，要求每个学生动手参与，以学生为主导，指导教师作为指导者和评判者，及时掌握和评价实际的操作过程，在学生需要帮助时提供指导．如果遇到实训设备不足、学生人数过多等问题，可根据学生实训任务训练和考核的情况，有针对性的布置相关主题的调查报告，诸如柔性制造系统、自动物流输送系统、机器人等主题，让学生分组查阅资料，归纳总结，撰写报告，制作汇报用 PPT，然后各小组对全班汇报调查报告的主题，其他小组在教师引导下对主题进行提问和讨论，既锻炼学生信息收集与整理能力，也锻炼了学生表达能力．

为了激励学生团队协作和主动学习训练的精神，按照机电一体化职业技能竞赛的形式，开展各小组的项目模块竞赛，如工作站的机械部分拆装、电路图、气路图设计与工艺按照、故障诊断与排除等项目．学生在这种较为真实的职业情境下进行综合实训训练，通过亲自对机电一体化模块式教学培训系统进行解剖、装调、故障诊断与排除，让学生在轻松愉快的环境中对机电一体化系统的结构组成、工作原理、系统控制等捻熟于心，消除了机电系统的神秘感和复杂感．着重培养学生以下3方面能力：

图2 基于OBE的机电一体化综合实训教学内容和过程流程图

1）职业能力（通过在一个系统中集成不同的生产加工装配单元）；

2）个人能力（通过提供如系统维护及故障诊断训练方法）；

3）社会能力（培养团队合作精神）．

2.3 多元化的课程考核及评价

为了客观地评价学生对该实训课程的学习效果，建立多元化地课程考核及评价体系，根据实训项目考核的知识和能力点采用不同的考核方法和评价标准．

整个实训教学过程紧紧围绕机电一体化技术专业培养目标的关键职业能力来开展，并针对关键职业能力岗位设置了对应的考核项目．例如针对机电设备操作与运行职业岗位，设置了FMS50系统操作与运行考核项目，项目的考核都有量化的评分标准，如FMS50系统操作运行考核，要求每个学生独立完成FMS50系统的开机和关机过程，使这套较复杂的机电设备能正常运行3个工作周期才能完成这个项目的考核，并在实训项目报告中要求学生通过操作与运行典型FMS50系统机电设备，总结出通用机电设备的操作运行原则、要求与步骤，重点是安全，包括人身安全和设备安全，培养学生分析与解决实际工作岗位问题的能力，使学生的实践能力得到提高，重点在于培养学生职业素养．此外，为了调动学生学习和考核的积极性，除了第一个参加考核的同学，由指导老师设置操作运行过程中的可能出现故障和问题之外，后面同学考核的故障和问题均由前一个同学根据自己考核过程中遇到的类似故障和问题点来设置，在操作运行考核评价中，除了实际验证设备运行的流畅性和可靠性，还需要学生记录下自己操作运行过程中遇到的所有故障和问题点，并写出为下一名考试学生所设置的故障和问题，这样考核评价就形成前后对应的关系，形成一个环，便于学生交流讨论，互相提高．

针对机电设备装调职业岗位，设置了典型工作站的机械系统、电气系统装调考核，此类实训项目的成绩评判由成立的考核评判小组来打分，考核评判小组由各组组长推荐一人担任评分员，评分员推荐原则一般是从下一批考试选手中选取，确保每次考核发现的问题不会在下一场考核中重复发生．由指导老师根据评分标准评价各项任务完成情况，评分标准参照工业标准和规范，在开始实训项目考核前以纸质版的形式发给各小组，每个学生项目的考核成绩由考核评判小组的评分员按照公平公正、独立的原则进行评分，以评分员评价的平均成绩作为学生的最终成绩．评分让学生参与进来，使学生深刻体会到未来的工作要求和标准，激励他们在今后工作中以职业标准来严格要求自己，从而使学生提前掌握机电一体化专业相关工作岗位的要求、行业标准和规范，架起学生和企业间的桥梁，使学生能快速将学校学习的相关知识点和技能点，应用于企业的实际工作中．评分指标约80%是硬性指标（保证关键技能），约20%是感性指标（由评分员自主判定，发挥评分员的主观能动性），各评分员不但负责整个考核成绩的认定，还负责将本组和其他组成员在考核过程中发生的一些问题、主要扣分点以及考核过程中一些好的做法和经验在小组内分享和总结，真正实现学生教与学的统一，发现采用考核评判小组评分后，每批次的考核成绩显著提高，效果明显．各小组、组员之间互设问题和故障，小组成员协同工作进行系统分析和查找故障[6]．

3 实施效果

依托FMS50机电一体化模块式教学培训系统为平台开展了基于OBE理念的机电一体化技术综合实训课程的建设，有效地解决了当前机电一体化技术综合实训课程教学中存在的不足，克服了学生在学习中不能综合、灵活地使用各个学科知识点和技能点的不足，综合了各专业课程，把本来分散的学科知识点和技能点综合到一起，让学生在实训过程中综合运用各个学科的知识点和技能点，在不断的实训中熟练掌握各学科之间的联系，进一步深化了所学的专业基础理论，同时在实训教学中进一步完善专业知识结构，并最终提高自身的综合技能．结合OBE理念，运用多元化课程考核和评价方法，全面、客观、科学、合理地评价学生的能力，实行定性与定量评价相结合，实施积极的评价和奖励机制，建立科学民主评价制度，在部分实训项目的评价中让学生也成为评价的主体之一，充分调动学生的学习自主性、积极性和创造性．通过对全方面评价主体评价意见的整合，形成对学生的最终评价结果．通过上述举措提高了学生学习机电一体化技术综合实训课程的自主性、积极性、创造性和学习成就感．学生学习兴趣增加了，课外主动到实训室来学习和强化训练的多了，毕业设计选题与机电设备有关的学生多了，从事机电设备的操作运行、装调、维护维修、技术改造及其生产管理等岗位的毕业生也更多了，学生还积极参与创新工程、创客项目的申报、积极参与与机电一体化相关的技能大赛，取得较好的成绩．

[1] 顾佩华，胡文龙，林鹏．基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J]．高等工程教育研究，2014（1）：27-37．

[2] 陈水斌，殷明．“成果导向教学（OBE）”在高职课程的实践及效果的比较研究[J]．广东水利电力职业技术学院学报，2016（2）：39-42．

[3] 陈国达，赵章风，计时鸣，等．基于OBE理念的专业核心课程建设的思考——以《机电系统及生产过程自动化》课程为例[J]．教育教学论坛，2018，30：48-50．

[4] 成利刚，肖蒙，吴开信．基于OBE教学模式的轨道交通车站机电设备实践教学环节设计[J]．高教学刊，2019（1）：111-113．

[5] 朱梅．柔性制造机电一体化教学培训系统[J]．液压与气动，2005（2）：66-68．

[6] 宋志刚，朱梅，孙卫和．机电一体化综合实训教学模式的探讨[J]．职业教育研究，2007（12）：119-120．

Explore and Practice of the OBE Concept Based Comprehensive Practical Training of Mechatronics

SONG Zhigang, WU Zhimin, ZHU Mei

（）

The construction of practical training course is the inevitable requirement and important content of the professional construction of higher vocational education. OBE is a kind of achievement-oriented educational concept, which is of great guiding significance to the construction of major core training course. This paper takes “Comprehensive Practical Training of Mechatronics” course in Shenzhen Polytechnic as an example, with the concept of OBE, an in-depth thinking of major core training course is conducted. The existing deficiencies of the current course in professional ability training, quality, theory, experiment teaching and assessment method are analyzed. This paper clarifies the OBE teaching objectives of the course, optimizes the teaching content and process, explores the organization and implementation of the course, constructs a diversified course assessment and evaluation method, summarizes the implementation effect of the course, and finally explores the possibility of a comprehensive practical training of mechatronics based on the OBE concept in all aspects.

OBE concept; training courses; mechatronics

10.13899/j.cnki.szptxb.2019.05.009

2019-03-18

宋志刚（1977-），江西人，副教授，研究方向为机械制造及自动化．

G642.0

A

1672-0318（2019）05-0047-06