基于OBE 的综合工程训练课程探索与实践

张 辉， 黄风立， 李积武， 王庆泉

（嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴314001）

0 引 言

在高校人才培养的教育链中，实践教学一直扮演不可替代的重要角色，实践教学担负着应用型、创新型人才培养的主要任务［1］。嘉兴学院是一所地方本科院校，为地方产业发展培养了大量应用型人才，但与面向嘉兴乃至杭州湾区应用型人才需求的能力和素质具体要求相比，依然存在动手能力与创新能力不足的问题［2］。为了满足地方产业急需的机电类应用型、创新型人才要求，提高学生机电融合工程实践创新能力，学校新修订机械类专业培养方案中新增了机电融合的综合工程训练实践课程，主要学习机械设计加工和控制系统设计制作等工程技术［3-4］。

OBE理念是成果导向进行教学设计和教学实施，是从解决复杂工程问题的毕业要求出发，按照反向设计原则设计课程，反向推导每门课程为达成毕业要求需要满足的知识、能力和素质要求，将课程的设置放在人才培养的预期成果之下，对课程成果进行评价［5-7］。为了提高学习综合工程训练课程的教学质量，进行基于OBE的综合工程训练课程探索和实践。

1 OBE的综合工程训练课程教学目的和目标

基于OBE的综合工程训练课程的目的是系统性设计课程内容、实践方法和成果评价方法，建立“创意—机械结构设计加工—控制系统设计制作—产品”的全链式一体化培养方案［8］，以机电融合的理论知识为基础，以掌握机电融合工程技术为手段，以开发机电产品为课程成果，结合创新教育系统设计“分层次、分阶段、分模块”的课程实践教学内容，开展“简单零部件到复杂机电产品”的难度递进训练，开展“集中到分散”的时间段延伸训练，开展“结构设计加工到控制系统设计制作”的模块化拓展训练，根据课程成果采用审核性成果评价方式给出学生成绩。

基于OBE的综合工程训练课程目标是激发学生学习机电融合工程技术的兴趣，通过训练数控加工、3D打印、激光雕刻、精密测量、电路板制作等工程技术［9］，使学生具有“想到做到”和“敢想敢做”的机电产品创新开发能力，达到机电工程师的素质。

2 基于OBE的综合工程训练课程内容

基于OBE的综合工程训练课程在工程训练坊进行课程教学，课程内容主要分为机械设计加工技术、控制系统设计制作技术、机电产品创新训练和创新作品设计制作等4个部分。

（1）机械设计加工技术。以机械设计、机械原理、二维CAD和三维CAD等知识为基础，学习数控车床、数控铣床、加工中心、3D打印技术、激光切割技术、精密测量技术等加工工艺和加工方法［10］。学生利用课余时间在数控加工模拟机床上自学数控编程和数控机床模拟加工操作，然后在数控加工坊由实习教师集中指导学习数控加工工艺编制、数控编程与数控加工操作。3D打印技术主要学习3D打印机的操作与打印方法，打印方法主要是根据零件的技术要求调整打印参数从而保证打印零件的强度和外形质量，在机械创新坊由实习教师集中指导进行3D打印训练。激光切割技术主要学习激光切割机的操作与加工方法，加工方法是根据零件的技术要求调整加工参数从而保证零件的加工质量，在数控加工坊由实习教师集中指导进行激光切割训练。机械加工的零件用于装配，精度要求高，在数控加工坊由指导教师集中指导学习游标卡尺、螺旋测微仪、三坐标测量机等操作与形位公差的测量方法。

（2）控制系统设计制作。以电路设计、单片机原理等知识为基础，学习基于单片机的电路板制作技术，主要包括PCB绘制、制板、焊接和编制程序等基本技术［11］。学生进入电子创新坊由实习教师集中指导基于单片机的电路板制作和编程训练，通过制作一种基于单片机的电路板学习电路板设计制作流程，先提出设计思路和应用系统框架，然后进行硬件和软件分工，再进行电路元器件选型焊接电路板，同时进行软件设计，根据软件流程编写应用程序。

（3）机电产品创新训练。以二维CAD和三维CAD 软件（如ATUTOcad、UG、PROE、SOLIDWORKS）和电路设计软件（如Altium Designer、Power PCB）等操作技能为基础，学习机电产品创新训练知识［12］。学生在创客坊由创新创业导师通过创新作品展示剖析集中指导学习机械产品创新文化、创新理论和创新设计方法，绘制结构原理图表达自己的创意。

（4）创新作品设计制作。在第二课堂内，学生自由分组开展“讨论-设计-再讨论”进行产品创意［13］，根据创意设计创新作品的机械结构，预约数控机床加工零件并装配，再根据机械结构和规划动作设计电路板，然后进入电子创新坊制作电路板，把机械机构与控制电路板装配调试实现作品预设功能，最后制作PPT答辩，PPT主要内容是创新作品的预期功能与结构、样机机构、样机的功能和创新点。

3 OBE的综合工程训练课程实践

3.1 教学平台

3.1.1 完善的硬件基础

工程训练坊配备了综合工程训练的必要硬件条件：数控加工模拟机床21台、数控车床18台、数控铣床2台、加工中心4台、3D打印机14台、激光切割机3台、三坐标测量机1台、游标卡尺24个、螺旋测微仪24个、电路板刻制机1台、电路板裁板机1台、焊接工作台21台、示波器21台、信号发生器21台等。数控车床、数控加工模拟机床、3D打印机、游标卡尺、螺旋测微仪、焊接工作台、示波器、信号发生器按1或2人／台配置，数控铣床、加工中心、激光切割机、三坐标测量机、电路板刻制机、电路板裁板机按分批配置。工程训练坊提供了多种耗材供学生进行创新作品制作，如：PVC 塑料棒、45＃钢棒、PVC 塑料块、铝块、45＃钢块、铝板、亚克力板、螺栓、螺母、电路基板、多种电子元器件、导线等。

工程训练坊包括数控模拟加工坊、数控加工坊、电子创新坊、机械创新坊和创客坊，已安装门禁系统和监控系统，自由预约，全天开放。

3.1.2 合理的指导团队

基于OBE的综合工程训练教学团队由2名创新创业导师和5名实习教师组成，2名创新创业导师主要在创客坊进行机电产品创新训练教学，5名实习教师具有丰富的产品设计加工经验，5名实习教师定点在工程训练坊随时指导学生进行机械设计加工和电路板设计制作，教学团队把创新教育与综合工程训练有机融合后分工协作，共同完成综合工程训练的教学工作。

3.2 教学计划

基于OBE的综合工程训练课程教学计划按照“分层次、分阶段、分模块”有机融合进行，各模块都有过程成果，每个过程成果都由学生自主设计，是个性化成果，个性化成果必须包含基本知识点，把创新教育渗透到综合工程训练课程的教学计划，如图1所示。

图1 基于OBE理念的综合工程训练课程教学计划

3.2.1 “分层次”综合工程训练

基于OBE的综合工程训练课程“分层次”实践，分为初级和高级两个层次。初级层次是基本能力训练，主要是集中学习数控加工技术、3D打印技术、激光切割技术、精密测量技术、电路制作技术、机电产品创新训练，在除机电产品创新训练模块的其他模块，每个学生根据兴趣自由设计加工一件作品作为过程成果，并进行考核；高级层次是创意作品设计制作，学生自由分组根据兴趣自由创意并完成创新作品设计制作，制作PPT并进行考核。

3.2.2 “分阶段”综合工程训练

基于OBE的综合工程训练课程“分阶段”实践，分为第一和第二课堂两个阶段。第一课堂是集中实践阶段，3周集中时间段内在创新创业导师和实习教师集中指导下进行基本能力训练。第二课堂是分散训练主要贯穿于接下来的整个学年，主要完成创新作品设计制作模块。

3.2.3 “分模块”综合工程训练

基于OBE的综合工程训练课程“分模块”实践，分为数控加工技术、3D打印技术、激光切割技术、激光切割技术、精密测量技术、电路制作技术、机电产品创新训练、创新作品设计制作等7个模块，按照教学计划流程学习及考核。

3.3 成果评价

结合创新教育建立基于OBE的综合工程训练课程考核标准［14-15］，制定各个模块的考核内容，鼓励个性化发展，设计个性化成果。机电产品创新训练模块不设过程成果不考核，数控加工技术、3D打印技术、激光切割技术、激光切割技术、精密测量技术、电路制作技术等5个模块过程成果对照考核内容进行审核性操作考核，创新作品设计制作模块的过程成果对照预期目标进行审核性成果考核给出此模块成绩，6个模块考核内容及成绩权重如表1所示，综合6个模块成绩最终给出本课程成绩。

表1 模块考核内容及成绩权重

4 OBE理念的综合工程训练课程实践效果

对2017级机械类学生开展了基于OBE理念的综合工程训练课程教学试点，90%学生制作完成作品，制作了多个机电一体化的创新作品，在2018～2019学年2017级机械类学生获得实用新型专利18项，申请发明专利9项。2017级机械类学生参加2018年举行的嘉兴学院大学生综合工程训练能力竞赛，选拔25名成绩优秀同学分成5组参加浙江省大学生综合工程训练能力竞赛，获得3项省级二等奖、1项省级三等奖。

5 结 语

基于OBE理念的综合工程训练课程通过制作个性化作品激发了学生学习机电融合工程技术的兴趣，使学生熟悉熟练掌握机电融合的工程技术，具有了开发机电产品的基本能力，达到机电工程师的基本素质。实践证明，基于OBE理念的综合工程训练的课程成果与预期目标达成度较高，获得了良好的教学效果。