“新工科”下基于OBE模式的机械专业基础课程群教学新体系研究与实践

刘新娜，王雪

（哈尔滨理工大学，山东 威海）

当今世界，区块链、云计算等新一代信息技术与智能制造、新材料、量子物理等技术的深度交叉融合，引发新经济、新产业、新业态和新模式蓬勃发展，与此同时，我国也实施了“智能制造”“中国制造2025”“互联网+”等重大战略，新兴产业发展急需大批的综合素质与创新能力兼备的新型卓越工程技术人才支撑，习近平总书记也指出，“我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈”。新的人才需求势必会引起教育的重大变革。

为了支持我国长期的创新能力和社会经济的可持续发展，2017年2月以来，教育部推动了“新工科”发展战略[1]。新工科是相对于传统工科而言的，是以新经济与新产业为背景的一个动态的概念。新工科一方面要设置和发展一批新兴工科专业，并加强建设和提升质量；另一方面要对现有工科专业进行改造升级，基础课程新体系构建、新评价制度亟待探索。

机械专业作为传统的工科专业，要求学生具有“良好的工程实践能力，适应科学技术、工业进步和社会发展需求”——2015版机械设计制造及其自动化专业培养方案，而现有的机械专业基础课程的教学内容陈旧、授课模式单一、实验实践教学方案落后、评价机制框架多年不变，所谓的变革只是局限于改变课时多少、增加课堂演示实例、缩小验证性实验比例等范畴，并未将新一轮的产业革命与教学充分融合，工程教育成果明显落后于新一轮的产业需求。

那么机械专业基础课程新体系该如何构建？又何以为新？为此，我们以OBE教育模式为导向，以需求引领变革方向，在学校专家委员会和企业行业专家的指导下，围绕学生的产出和能力培养，对课程内容进行整体优化与资源整合——以《机械原理》和《机械设计》课程模块为例，产教融合，注重课程间的联系和综合发展以及整体效率：①建立基于新一轮产业革命的OBE下的课程标准；②开发符合企业标准的项目化工程案例，将案例通过课程大纲有计划有步骤的以教学文件形式融入课堂教学内容；③建立网络化教学平台；④编写OBE实验指导书；⑤建立“三位一体”的OBE评价体系。以两门课构建的课程模块儿这个“点”带动整个课程群这个“面”，探索各门课程之间的协调与合作，追求1加1大于2的优化教学效果。

一 国内外研究现状

（一） 新时代下高等教育改革国内外现状

工业4.0时代风起云涌，世界高等教育迎来了变革的新契机，联合国教科文组织在2015年的研究报告中指出：世界高等教育正在发生革命性变化，并呈现出了“大众化、多样化、国际化、终身化、信息化”的趋势，高等工程教育作为其中重要的组成部分，转换成为注重实践的“工程范式”，并时刻瞄准未来的新范式。世界各国都在对新时代下的高等教育改革以及人才培养应具有的能力进行积极探索，并回归工程本质。

党的十八大以来，习近平总书记多次指出，未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同我国加快转变经济发展形成历史性交汇，工程在社会中的作用发生了深刻变化，工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎。这为工程教育创新变革带来了重大机遇，但这一机遇不再是简单地扩大规模、增加专业的传统机遇，而是倒逼我们反思工程教育、建设“新工科”的新机遇。

但是我国高等工程教育仍然存在很多问题：①知识体系未更新，课程内容陈旧，还未与新一轮产业革命与科技革命的成果进行结合，滞后于市场和产业发展需要；②程体系条块化、分割严重，没有重视课程之间的融合交叉和关联，不注重综合分析能力，对工程应用能力和创新能力的培养更是差强人意；[2]③全球化、网络化技术轰轰烈烈、如火如荼的蔓延与单一僵化的课堂教学模式形成鲜明的对比；④学生评价机制不科学[3]，单纯以考试成绩和平时出勤评价学生能力，缺乏过程性考核以对及学生的动手实践能力的考察，并没有形成反馈提高的长效机制。

（二） OBE理念的国内外实施现状

OBE模式是围绕“预期学习成果”反向设计教学内容、教学模式。《华盛顿协议》各成员国大多数采取基于“学习结果”导向的认证标准，将“毕业生素质”作为各个成员国不同类型工科专业“预期学习结果”的共性和最低要求。加拿大、日本、中国台湾、中国香港、南非、马来西亚也都积极进行OBE改革[4]，世界各国的工程教育都在积极推进OBE模式。

2013年汕头大学实施了《面向工程认证的CDIOOBE工程教育模式》；中国石油大学在《2017版本科培养方案》修订过程中推进OBE教学改革；2018年武昌首义学院OBE模式教学改革进入全面实施阶段；武昌首义学院副校长李桂兰指出OBE工作是学校开展专业建设和课程建设的有效途径，OBE工作必须是动态的，结合最新产业革命成果的，将“一直在路上”。

（三） 机械专业课程改革现状

作为典型的工科专业，机械专业课程也存在前面的共性问题，但在具体内容上差别较大，下面以机制专业《机械原理》《机械设计》两门课为例进行分析：

《机械原理》《机械设计》是机械类专业必修的重要的专业基础课，是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与机械组成的学科，而《机械设计课程设计》是紧随《机械设计》课程之后的实践性教学环节，是《机械设计》课程的延伸。基于工程教育认证的12条毕业能力要求及课程规划，这两门课程需培养的主要能力包括：①能够针对复杂工程问题给出解决方案，具有设计机械系统、零部件的能力；②能够采用科学的原理与方法对复杂工程问题进行研究，具有制定实验方案、进行实验、处理和分析数据、并通过信息综合得到合理有效结论的能力；③具备本专业领域内某专业方向所必需的专业知识，了解学科的前沿发展现状和趋势；（详见15版机械设计制造及其自动化专业培养方案）。

《机械原理》课程应当掌握机构构型、运动及动力分析以及在此基础上达到型综合的能力；《机械设计》课程则应在《机械原理》对机械系统进行运动及动力分析基础上，进行分析，综合，从而进行零部件设计。《机械设计课程设计》就是要学生达到利用科学的方法达到对工程问题进行研究、制订实验方案、处理、分析数据并得到合理有效结论的能力，遗憾的是，现行的教学大纲并不能体现出OBE所要求的对工程问题给出解决方案，更不能对复杂工程问题和制定实验方案以及了解学科的前沿发展现状了。具体表现如下：

1.内容陈旧，知识体系未更新，与新一轮产业革命并未融合，例如：①《机械原理》运动及动力分析方法重点讲解图解法，重要的解析法却蜻蜓点水，图解法已经淘汰，解析法可利用计算机求解，方便快捷，是企业的最新需求；②当前课程内容重点讲解凸轮机构、齿轮机构等传统机构，而串并联机器人空间自由度的计算、姿态坐标变换、机构设计数值法与计算机编程技术、伺服电机、“摆线针轮行星轮系”和“谐波齿轮传动”等新知识才是新的工程科技人才必需的知识储备，才能适应新一轮的产业革命需求。③《机械设计课程设计》依旧是十几年未变化的带式输送机减速器设计，研究对象、实施方案都是现成的，不能达到锻炼学生的综合分析能力及实践创新能力，不能对毕业目标起到充分的支撑作用。

2.内容孤立，条块化分割严重，对综合分析能力、实践应用能力和创新能力培养不够。不仅每一门课程章节孤立，未进行型综合；同时《机械原理》《机械设计》本就是一体，内在逻辑性强，解决一个工程问题，缺一不可，目前割裂了两者之间的联系，亟待进行课程整合，重构课程体系，将这两门课作为一个课程模块进行打造，优化专业建设。

3.单一的课堂授课，没有利用信息化平台[5]，缺少课程群网站和网络教学平台。

4.课程标准不完善，评价机制不科学。目前学生成绩评定主要是依据期末考试和平时的出勤情况，并没有进行过程性考核和实践能力的综合评定，并未体现OBE成果导向，缺少市场、学校、学生三位一体的评价体系[6]，也未形成可持续的改进机制。

二 机械专业课程群教学改革

（一） OBE成果导向机械专业基础课程群新体系建设

图1 OBE成果导向机械专业基础课程群新体系建设流程图

（二） 机械专业课程群教学改革举措

1.根据最新技术发展和企业需求，优化课程内容。探索各课程之间的协调与合作，研究课程之间的相互联系，相互支撑，交叉综合，整合创新课程内容。以《机械原理》和《机械设计》课程为例进行调整。原《机械原理》和《机械设计》课时情况如表1所示。

表1 原课时分配表

课程群理论教学内容具体调整如表2所示。

表2 理论内容调整表

课程群实践教学内容具体调整见表3。

表3 实验实践内容调整表

2.构建明确的、可实施的课程标准。以人才培养为导向，结合专业方向，在专业建设专家指导下与企业合作，根据技术发展与企业需要，构建课程培养体系，建立OBE模式下的各个课程标准，明确课程的基本理念、课程目标、课程实施方案等。

3.在运行中修订教学大纲，为教学内容安排、教学方法设计、为评价机制和反馈机制的建立确立依据。

4.制作教学微视频2-3个，建立网络化教学平台，建立试题库。

5.融合企业标准，案例化、工程化、多样化课程设计题目。基于OBE教学理念，设计不少于10个课程设计题目，且题目具有综合性，覆盖《机械原理》与《机械设计》主要内容，结合生产实际，包括2-3中机构构型，有一定的灵活性和创新性，发挥学生的创造力。

6.制定课程与课程设计的考核评价体系与指标，并建立三位一体的反馈机制，形成可持续发展态势。以OBE结果导向，依据毕业设计要求和课程标准，对案例综合讨论情况、综合性大作业、综合实验等建立过程考核标准，客观评定学生成绩；对考核结果进行分析，并进行问卷调查，从基础知识、创新性、工程应用等各个方面，建立企业、学校、学生三位一体的反馈机制，制定反馈意见表，形成闭环。

三 结语

哈理工荣成学院机械工程专业群在“新工科”的背景下，结合应用型本科院校的办学实际，建立紧密对接产业链，在深入分析区域行业产业发展背景的基础上，通过教学体系、教学内容、课程标准、教学大纲、案例化教学、评价体系等方面改革，逐步形成了以产教融合为驱动，体现机械工程专业人才培养需要的专业集群人才培养体系，彰显了应用型院校深化人才培养体系改革，同时为新工科背景下其他同类院校基础专业课程群建设提供经验借鉴。