基于OBE及多维框架下的《机械制造技术基础》混合金课建设

尤芳怡 李远 刘晓梅 黄辉 姜峰

摘  要：通过提升专业教师的教学和科研能力，打造一流的教学团队。基于OBE的教学理念，华侨大学的教学团队根据《机械制造技术基础》的教学目标对教学内容和教学方法进行了改革。完成了一系列教学资源的建设，将科研成果融入本科教学中，以研促教。基于双语教学及国家精品在线开放课程两个慕课平台，结合翻转课堂和对分课堂实现了多维框架下的混合教学模式，提高了教学质量。

关键词：OBE;机械制造技术基础;混合教学;对分课堂;翻转课堂

中图分类号：G642 文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）04-0024-03

Abstract： Improved teaching and scientific research capabilities of teachers for build a first-class teaching team. The teaching team of Hua qiao University reformed their teaching content and teaching methods to fit training targets base on the goals of OBE and has reformed the teaching content and teaching methods according to the teaching objectives of Basis of Machine Manufacture Techniques. Completed the construction of a series of teaching resources， integrated research results into undergraduate teaching， and promoted teaching through research. Based on bilingual teaching and national excellent online open courses， two MOOC platforms， combining flipped classrooms and bisected classrooms have realized a mixed teaching mode under a multidimensional framework， which has improved the quality of teaching.

Keywords： OBE; Basis of Machine Manufacture Techniques; blended instructional model; pad class; flipped classroom

一、基于OBE的《机械制造技术基础》教学改革及课程建设

近年来Outcome-based Education即OBE教育理论受到了高等教育界的广泛关注[1]。基于OBE的教学设计，以教学成果为导向来设计教学，对教学目标、教学过程、教学方法和教学评价进行调整，促进学生各方面能力的提高，从而满足工程教学需求[2]。在OBE教育中，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。

《机械制造技术基础》课程是华侨大学为机械类学生开设的专业核心课，面向机械设计制造及自动化、机械工程、材料成型及自动化和车辆工程等专业。内容包括绪论、制造系统及机械加工方法、金属切削加工基础知识、金属切削基本规律与刀具、金属切削机床、机床夹具原理与设计、机械加工质量分析与控制、机械加工工艺规程的制定以及机械装配工艺基础，具有涉及面广、概念性强、实践性强等特点。

首先根据机械专业的培养目标和毕业要求制定课程对应的教学目标。再根据课程对毕业要求的支撑指标权重安排各个章节的学时及作业，将教学目标贯穿于教学过程。本课程于2019年获得校级一流混合课程建设立项，建设目标是基于OBE以学生为中心，应用多个慕课平台和多种教学资源设计多维混合的线上、线下教学活动;以先进教学方法的融合来提升学生的自主学习能力和学习效果。

二、提升教学和科研能力，打造一流的教學团队

教师是教育的根本，只有教师的教学能力得到提升，教学质量才能提升[3]。有效的高校内部教学发展机构是研究型大学提升教师教学能力、提高教育教学质量和人才培养质量的根本途径[4]。华侨大学始终坚持“面向海外、面向港澳台”的办学方针和“侨校+名校”的发展战略，以“双一流”建设为契机，坚定不移地走内涵发展之路、特色兴校之路、人才强校之路，全面提升人才培养质量和整体办学水平。开阔教师教育视野是提升教师教学能力的重要途径。本教学团队6名教师具有公派国外名校的留学经历;多人参加了校内外的教师教学能力提升培训，包括在线课程教学方法培训、基于雨课堂的混合式教学培训等专题研修班。团队积极开展教学改革，获得多项校级教改项目。在学校的大力支持下于2018年1月至今举办了三届混合课程教学沙龙，邀请国内相关高校的骨干教师到校做关于混合教学方法研究的学术报告，对课程改革、教学能力的提升途径及有效方法进行了深入研讨，并为课程建设的方向和教学提升提出了宝贵意见。

课程组是一支具有较高科研水平的教学科研团队。12名成员中9名具有高级职称，其中1名博导，6名硕导。成员在机械工程领域的不同方向从事科研，主持过8项国家自然科学基金，作为主要成员参与20多项国家级项目，多人次获省校级教学优秀成果奖。团队的成果涉及金属切削机理及材料塑性变形和特殊能场加工、增材制造、金刚石工具制备及其在切磨削加工中的应用、微细刀刃制备及其切削成形机理、切磨削温度监测及其对加工过程的影响等方向。团队成员专业知识扎实，对机械制造有较深入的理论研究和丰富的实践经验，将有特色的科研成果融入课堂教学、设计入教学内容，为本课程提供了高水平的教学资源。

三、建立完善的课程体系，理论与实践相结合

《机械制造技术基础》主要研究机械制造工艺方法和工艺过程，具有涉及面广、概念性强、实践性强等特点。如何把握理论教学与实践之间关系，以及科研与实践的关系是能否讲好这门课并把课程讲得有趣的关键。

首先优化了课堂教学内容。根据培养计划修订及课程整合的要求，更新教学内容，增加了金属切削基本规律、车床与刀具、磨削加工与磨削工具三个章节。随着制造技术科学的发展，学生有必要了解机械学科前沿研究进展与本课程基本知识之间的关系，因此补充了先进制造工程、先进监测技术在制造过程中的应用等内容。同时结合我校在机械工程领域科研成果，在课程教学中增加新型切磨削工具研制及应用对产品加工效率和加工质量的影响的内容。

随着科技发展，制造加工方法不断出现，教学内容随之不断更新。在注重讲授基础理论、技术和方法的基础上，注意吸收先进制造的最新技术成果并引入教学中，不断丰富和完善教学内容。将现代制造技术的发展现状与本校科研优势相结合形成了一个较为完善的课程体系。以机械制造技术基础理论为核心，结合先进切磨削理论、特种加工及增材制造等先进技术的应用，参照美国密西根大学等国际知名院校的课程内容进行优化，形成了既有理论依据，又有丰富实践内容以及先进制造研究成果支撑的课程体系，实现以研促教。

实践教学方面，新增独立设课的《机械制造技术基础综合实验》。重视学生动手能力培养，改变原有的独立实验为综合实验，同时强化科研反哺教学，综合实验根据理论课堂的教学进程合理安排进度[5]。由于机械制造过程是一个由资源向产品或零件转变的典型的、具体的制造系统。教学内容突出“工艺”及“系统”，重视理论教学环节与实验教学环节有机配合，以工艺为主线， 综合考虑质量、生产率、经济性问题。以产品质量为目标， 注重多学科间的知识交叉与渗透，注重培养学生科学的思维方法，提高学生综合运用专业知识解决实际问题的能力。

四、建设丰富的线上线下教学资源

教材是人才培养中最基本的教学资源，在高等教育内涵式发展中推动人才培养的理念、模式及教学行为。建设一流课程需要有优秀的教材。因此选用卢秉恒院士主编的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《机械制造技术基础》。该书知识体系完整，理论与实践并重，是目前国内本科高校使用最广泛的经典教材。

目前开设《机械制造技术基础综合实验》课程的国内高校不多，可用的教材更是稀缺。根据团队共同设计的实验环节和实验内容，自编了一套综合实验指导书。在综合实验的实施中结合科研平台和学术团队优势，改进教学手段使本课程的实践环节既可以跟理论教学内容相结合又可以培养学生动手能力，开启学生创新的科研思维。此外，课程组出版的教学辅导材料《金属切削有限元仿真软件AdvantEdge FEM用户手册》可作为拔尖学生的课外拓展学习材料，有利提升优秀学生的科研意识。

团队于2016年完成的网络课程资源及题库，陆续在不同慕课平台上运行。以学校提高本科教学水平工作目标为指导，进一步深化教学改革和课程建设，开展了课程案例库建设工作。完成经典夹具设计案例、常见夹具设计的错误案例等相关动画视频，并陆续上传到网络课程平台实现资源共享。

《制造技术基础（双语）》于2016年建设完成且获省级网络在线精品课程建设立项。与此同时，引进太原理工大学王时英教授主持的《机械制造技术基础》国家精品在线开放课程，该课程于2018年在部分班级使用，后续将进一步推广使用。团队并与供课方建立良好的合作与沟通关系。由供课方协助本管理师生教学活动行为状态和学习结果相关数据。多慕课平台联合使用的教学方式经过本校两届学生使用后，发现学生更好地掌握了知识点，期末成绩大幅度提高。

五、多种教学方法融合的多维混合教学方法改革

由于存在教学内容不断增多但课时不断减少的矛盾。学生在学习过程中普遍感觉不易掌握，从而缺乏兴趣。因此除了优化课程教学内容，迫切需要通过改进教学方法来提高学生学习的热情和主动性。传统的单一灌输式授课模式已经越来越难以适应该类课程的教学需求，更是难于培养符合实际工程需要的专业型人才。“新工科”作为工程教育的新理念、新模式已经引起教育界的广泛重视。结合当下新兴的e-Learning在线课程与翻转课堂，采用MOOC-对分课堂及“线上-线下”结合的混合教学框架，强调以学生为中心，符合“新工科”的教学理念。课程组按照国内同领域教学要求推行了多种教学方式。提出一种加强案例示范教学、使用多慕课平台辅助课堂教学的多维混合教学方式。通过线上多慕课平台的网络教学结合线下对分课堂和翻转课堂以及课外的思维导图及产品展示评比的创新混合教学模式。

线下采用多媒体课堂教学，结合综合实验和案例教学。不断优化教学内容，采用案例教学、启发式教学和思维导图帮助学生掌握课本章节的知识脉络，并利用课外学生作品集中展示和评比的方法提升学生的表达能力和对课程的学习热情。线上同时使用爱课堂平台上的《机械制造技术基础》国家精品在线课程和自建的《制造技术基础（双语）》网络课程，结合论坛、项目作业等多种形式;师生线上、线下互动，以加强师生之间的交流。

双语慕课有助学生以英语为语言文字载体学习新知识、拓展国际化视野。引进的国家精品课程主导思想符合本课程培养要求，覆盖教学大纲的知识点。双语慕课与引进的国家精品网络课相结合，资源互补，最大限度给予学生良好的教学资源。

（一）在案例教学设计中以教学目标为导线

采用科學的教学方式代替传统的课堂授课，加强案例教学设计及应用。如在讲解零件加工的定位和夹紧问题，设计案例教学：以六点定位原理为例，选择典型的连杆机构所使用的一面两销定位原理。分别讲解底面和两个销所起的定位作用及其组合之后共同限制了六个自由度，让学生掌握六点完全定位及定位分析的步骤。再比如介绍加工带中心孔的盘类零件选用的一面一孔的定位方式，让学生了解不完全定位在工程实际中是允许的，可以在保证加工精度的前提下简化夹具设计。与此同时对学生强调“既要满足工程需要，又要考虑成本”。机械制造过程中始终存在着质量、效率和经济性三者之间的矛盾。因此教学实施过程把解决工程实际问题的这个指导思想贯彻于始终。

影响机械加工质量的因素分别以不同的规律及程度影响着加工质量，其中通常会有一个因素影响最大、最直接。教学过程中注重培养学生在分析和解决机械制造过程的多影响因素时，能够找出主要影响因素，从而提出解决问题的措施。例如，讲述机床几何误差对加工精度影响时，强调判断误差敏感方向，并找出误差敏感方向上的原始误差;介绍提高工艺系统刚度的措施时，强调通过提高工艺系统薄弱环节的刚度，是提高系统总刚度最有效的途径。

（二）以学生为中心的翻转课堂和对分课堂

部分教学内容采用翻转课堂和对分课堂的混合教学方式。课前教师上传课程视频、课件及参考文献，并布置任务。学生根据任务完成线上相关学习任务。线下教学，则由教师先简单介绍相关章节的知识脉络，然后由学生分组讨论，最后形成共性问题，再由教师提供解决问题的参考方式。

对分课堂的关键是事先对学生分组并安排其过线上学习任务及之后的线下课堂任务。各组的学生代表在线下课堂分别讲解其负责的章节内容。允许学生采用PPT，结合知识脉络图、思维导图和和案例分析、动态模拟图等各种方式展示学习报告。其他小组的学生对其提问并评分，最后由教师答疑和点评。这种以学生为中心的对分课堂大大提高了学生学习的主动性和热情。学生课后再根据教师和其他小组同学的意见修改学习报告，进一步巩固所学习的知识点。通过翻转课堂和对分课堂，发挥了学生在教学活动中的主体作用。

督学则通过雨课堂或者慕课平台对学生发布学习指令;当课程学习时间即将截止，对未完成学习任务的学生发出预警。安排专门的助教线上与学生讨论及批改作业，专门的教师负责线下辅导与答疑。学院安排专门的学生勤工助学岗位，辅助课程建设和资料收集。

（三）线下课堂启发式教学模式误差分析与计算

在知识爆炸的时代，教师不能只局限传授学生知识，而应引导学生找到合适自己的方法去获取知识。通过启发学生在教学活动中的主体作用，让其学会自己提出问题并思考、找到解决的方法，最后得到结论。比如齿轮加工时的定位通常以底面和内孔表面组合的一面一孔定位。但是根据孔在轴线的位置不同，定位误差计算方法也不同。当孔轴线是水平放置，由于重力的作用，孔与销在铅垂方向单边接触，此时强调有一个外加的重力的作用。进而通过分析，得出定位基准位移误差的表达式。接着讲授定位销垂直放置时定位基准位移误差的分析与计算。由于孔与销是任意边接触，在工序尺寸方向上是双边接触，得到的定位基准位移误差比定位销水平放置时定位基准位移误差大一倍。因此可以提出“当定位销垂直放置时，如何减小定位基准位移误差？”引导学生思考;甚至可以提示，第二种方案跟前一种的区别是没有重力的作用，从而让学生能够自己提出在工序尺寸方向施加一个力，将工件与定位销从任意边的接触方式转化为单边接触，此时基准位移误差可减半。最后讨论一面两孔定位的转角误差时，学生便能够得出通过在垂直于两孔中心线方向施加力有效减小一面两销定位的转角误差的方法。

六、结束语

通过提升专业教师的教学和科研能力，打造一流的教学团队。基于OBE的教学理念，根据《机械制造技术基础》的教学培养目标对教学内容和教学方法进行了改革。完成了一系列教学资源的建设，将科研成果融入本科教学中，以研促教。基于两个慕课平台，结合翻转课堂和对分课堂实现了多维混合教学模式。经过实践发现，学习热情有了大幅度提升，期末成绩与其使用线上资源的时长成正相关。因此这种多维的混合教学方式值得进步一推广。

参考文献：

[1]成利刚，肖蒙，吴开信，等.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.

[2]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式[J].高等工程教育研究，2014（1）：7-37.

[3]吳蓉蓉.浅析高职院校青年教师如何提升教学能力[J].理论观察，2018（12）：155-157.

[4]冯晖.美国研究型高校教师教学发展机构的案例研究[J].外国教育研究，2016（6）：95-104.

[5]尤芳怡，李远，吴贤，等.《机械制造技术基础综合实验》教学改革初探[J].教育现代化，2018（52）：84-86.