OBE-CDIO理念下机电专业实践类课程构建

摘 要：针对当前机电专业实践类课程教学存在的学生主动性不高、创新思维和工程意识不强等问题，探索基于OBE-CDIO教育理念的自动生产线课程改革，构建课程“顶层设计—实践执行—反馈评估—持续改进”的闭环机制。以能力培养为核心，依托DACUM方法定位教学目标；以目标为导向，逆向设计项目化教学内容；以学生为中心，采用分组分岗式的“1+4+3”教学实施体系正向实施CDIO教学过程；以学习成果为导向，建立“过程评价+结果评价+增值提升”的多元化考核体系，促进教学过程持续改进。该教学模式在课程实施中取得了良好的效果，有效促进教学目标达成。

关键词：OBE-CDIO 自动生产线技术 DACUM 分组分岗 闭环机制

1 引言

高职机电一体化技术专业以服务装备制造产业为导向，培养顺应产业升级、适应技术革新的自动化、智能化类高素质技术技能人才，在智能化和数字化背景下机电一体化技术专业毕业生将拥有更宽广的就业前景，也为高校专业人才培养质量提出了更高的要求。“自动生产线技术”课程作为机电一体化技术专业核心课程，理应顺应新形势下机电专业毕业生就业市场需求以及人才培养规格要求，持续开展课程教学诊断与改进工作以满足制造业企业转型升级对机电复合型人才的需求。

成果导向教育OBE（Outcome based education）以“学生中心、成果导向、持续改进”为理念，课堂教学在目标的指导下开展教学，持续改进以达目标[1-2]。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）即“构思-设计-实现-运作”工程教育模式，以现代工业产品从构思研发到运行的整个生命周期为载体培养和提升学生的工程实践能力和综合素养。以学习产出为导向的OBE理念是人才培养目标和决策向导，以项目为载体的CDIO理念是人才培养过程和实现手段，二者相辅相成[3]。

2 课程现状与典型问题

“自動生产线技术”课程是机电一体化技术专业第4学期开设的核心技术课程，共计60课时。培养学生运用传感器技术、PLC技术、运动控制技术、工业网络技术等多项技能解决实际问题的能力，具有较强的综合性和实践性。近年来，课程经过模块化、信息化等一系列改革和探索，教学质量有所提高，但仍存在以下问题：①学生综合运用多项技能去解决问题的能力不足。②学生自主性学习投入较低，创新思维和工程意识得不到有效培养，因此很难适应装备制造业技术革新需求。③实训设备数量有限，学生主动性不高、动手能力锻炼不足，课程参与度和目标达成率有待提高。基于上述问题，文章在OEB-CDIO理念下重构课程整体框架，精准对接产业、行业企业岗位需求，将课程建设的决策向导与实施手段交互融合，探索课程价值塑造、知识传授和能力培养紧密融合的路径和方法。从而有效解决学生学习主动性不高、工程实践能力和创新意识不足等问题。

3 OBE-CDIO理念下的课程构建与实施

3.1 构建思路

课程构建思路为：①运用OBE理念，以能力培养为核心，依托DACUM（Developing A Curriculum一种职业教育的课程开发模式）方法进行岗位能力分析[4]，定位课程教学目标。②以教学目标为导向“逆向设计”教学内容，实现课程内容与目标矩阵相匹配。③运用CDIO模式以项目为载体开展“正向实施”，以信息化教学手段和教学资源支撑CDIO教学实施过程。④对不同阶段的学习产出结果进行多样化评价反馈和持续改进。构成“顶层设计—实践执行—反馈评估—持续改进”的循环往复、螺旋上升的闭环机制，及时复盘教学实践过程中出现的问题，进行多层次协调、多因素耦合的持续改进，有效促进教学目标达成。

3.2 以能力为核心，定位课程教学目标

基于OBE理念的逆向设计原则，“自动生产线技术”课程目标应树立新发展理念，顺应装备制造产业升级，在充分开展产业、行业、岗位需求调研的基础上，以用人单位对机电专业人才需求的变化趋势为导向，依据国家职业技术技能标准、专业教学标准以及课程标准，确定智能装配生产操作员和智能制造工程技术员两大职业并分解成三种技术岗位：项目工程师、应用工程师和现场工程师。运用DACUM方法进行岗位能力分析，DACUM分析与课程目标模块图如图1所示。

项目工程师负责任务分析与全面监控，应用工程师负责控制系统设计与通讯实现，现场工程师负责系统安装、调试与性能测试。融合技能竞赛和职业技能等级证书的相关要求，确定学生最终要达到的学习成果。围绕预期成果定位课程教学目标，以“自动生产线安装、调试、编程、维护”为核心技术技能，以“细致严谨调系统、团队协作共成长、开拓创新功技改”为思政主线，并将课程总体目标转换分解成知识、技能、素质三维度教学目标，从而培养能够胜任智能装备生产操作员及智能制造工程技术员等岗位工作的高素质高技能人才。

3.3 以目标为导向，“逆向设计”教学内容

依托产教融合真实项目，以广东三向智能科技股份有限公司提供的SX-815Q型自动化生产线设备为学习载体，模拟一种具有上料、分拣、包装、入库功能的完整的智能工厂自动生产全过程[5]。教学内容对标机电一体化职业技能大赛，融入1+X技能点，按照项目引领、任务驱动的模式将自动化生产线技术所需的知识和技能分解到不同项目和任务中。遵循学生认知规律，由简单到复杂、单站到全线，构成6个子项目，基于“单站结构认知—单站装配与测试—单站编程与调试—全线联调”的工作过程组织教学内容，将6个子项目分解成18个学习任务。培养学生机械装配与调整、电气设计与连接、人机界面与数据采集、工业网络通讯、自动生产线控制程序设计与以及故障排查等专业技能。课程内容与图1中的学习目标匹配矩阵如表1所示。

3.4 以学生为中心，“正向实施”CDIO教学过程

基于CDIO工程教育模式，采用分组分岗的任务驱动式教学方法，将教学设计分为构思、设计、实施和运作四个环节，如图2所示。创新设计以学生为中心的“线上线下+理实一体+虚实结合”的1+4+3教学实施体系，“1”是以“SX-815Q”自动化生产线安装与调试为学习主线，“4”是指依托“在线开放课程平台+自动生产线教学设备+宇龙机电仿真平台+技能大赛创新小组”四种学习平台，“3”是指达到知识传授、技能达成、价值引领三个目标。下面以表1中的项目1为例，介绍CDIO四个环节教学过程。

3.4.1 构思：项目分析

构思阶段主要完成分组分岗、项目分析和项目计划书。首先，由教师发布项目需求：构建一个物料包装生产线颗粒上料单元，实现物料瓶的输送和颗粒填装控制。学生完成分组，每个项目组设1名项目工程师负责任务分析和进度控制、2-3名应用工程师负责程序设计与组态监控、2-3名现场工程师负责系统机械、电气安装、调试和性能测试。然后，由项目工程师负责组织项目组成员进行项目需求理解、分析并量化项目需求，最后整理出项目计划书，由教师审核通过后方可进入下一环节。任务之间紧密联系且互相依赖，需要团队成员沟通协作，培养学生团队合作意识。针对不同工作站的任务，要求学生互换角色，实现知识、技能共享和共同进步。本环节的产出成果为项目计划书。

3.4.2 设计：方案设计

设计阶段主要包括四部分任务：①项目工程师组织项目成员进行机械本体、传感器、执行机构、PLC等元器件的选型和系统详细方案设计。②现场工程师完成气动回路图和电气接线图的绘制。③应用工程师分析控制流程和组态监控策略。④项目工程师组织进行失效模式与影响分析即FMEA（ Failure Mode and Effect Analysis）分析[6]，作为后续系统调试的依据。各小组进行方案汇报、讨论方案的可行性，教师引导学生积极思考、鼓励创新，及时反馈各组完成情况；学生结合教师讲解和点评，反复改进设计方案直至符合要求方可进入下一环节。本环节的产出成果为元器件清单表、气动回路图、电气接线图、程序流程图、组态界面、FMEA分析表等。

3.4.3 实施：项目实践

实施环节是整个教学实施过程的中心环节，学生根据上一环节的设计方案，首先由现场工程师进行系统机械和电气安装与调试，然后由应用工程师进行程序设计和反复调试。学生仿真成功后可在真实设备上进行组装和调试，虚实结合的教学环境为学生个性化设计及创新思维训练提供平台，仿真环境也能缓解硬件资源不足的问题。教师时刻观察学生的工作过程，关注学生心理情境，针对不同小组的不同问题进行精准指导，实现差异化教学。强调细心严谨、安全规范操作是工程技术人员必备的素养，各小组任务经教师检查通过后方可进入下一环节，本环节的产出成果为仿真运行效果和实物运行效果。

3.4.4 运作：项目验收与总结

在运作环节，由现场工程师按照“功能测试指导手册”完成任务的功能测试，并记录“实际结果”和“结论”。所有步骤结论均为“通过”方可判定功能符合要求，如果“不通过”则需根据FMEA表中的信息进行故障排除直至全部通过。学生在项目完成后进行汇报展示、提交总结报告。教师对学生是否达到能力培养目标进行评价考核和教学反思，高度重视学生对教师“教”的反馈意见与建议，提高教与学管理成效，从而对教学过程进行持续改进。

3.5 以学习成果为导向，建立多元化考核体系

以教学评价及时复盘教学实践过程中出现的问题，从而对OBE能力目标和CDIO四个实践环节进行持续改进和优化。建立“过程评价+结果评价+增值提升”多元化考核体系，过程评价是针对学生线上线下学习态度、知识理解、技能操作、职业素养等方面的过程性考核；结果评价通过线上理论测试和线下实操考试的形式进行评价，检验知识、能力和素质目标达成度；增值提升评价包括课内增长情况和课外增容情况两个方面，课内增长情况即与前一学习项目同比增长情况，课外增容情况即职业技能证书考核、技能大赛训练、创新项目实践等学习成果转化。根据考核内容设置不同的评价方式，包括在线开放课程智能评价+线下任务工单评价表等，评价主体由小组自评与互评、教师点评及企业导师评价组成。

4 学习成效

OBE-CDIO理念下的教学改革保证了学生均能受到充分而均衡的锻炼，学习兴趣普遍提高，自信心提升快，职业荣誉感有所增强。岗课赛证互促，职业技能有所强化，学生职业技能在循环往复、螺旋上升的训练模式中不断提升。培育工匠精神，职业素养所有增强，将工匠精神融入教学全过程，助力德技并修、人人成长。多人顺利通过优秀企业的选拔进行顶岗实习，并能够很快胜任岗位工作，职业素养得到企业高度认可。

基金项目：江苏省机电职业教育行业指导委员会教育科研课题“基于OBE-CDIO理念的《自动生产线技术》智慧课堂教学实践研究”（编号：JSJD202206），主持人王琰。

参考文献：

[1]肖鹏，葛渊峥，郝雪.OBE+CIPP课堂评估模式探究[J].高等工程教育研究，2021（6）： 176-181.

[2]刘敬，刘衍聪.OBE-CDIO 理念下工业设计专业课程实践教学体系构建[J].图学学报，2019[2]：416-421.

[3]温国强，关志伟，常文爽，等.CBE-CDIO 理念下机电类专业留学生实践类课程构建—以“自动化生产线设计与调试”课程为例[J].实验技术与管理，2021，38（3）：214-218.

[4]基于CBE与CDIO交互设计教学模式探索[J].实验室研究与探索，2022（2）：228-232.

[5]孟静静，郝睿，王惠卿，等.基于PLC与工业机器人的自动生产线智能包装系统设计[J].制造技術与机床，2021（11）：63-67.

[6]曾华鹏，邢媛，汤莉，等.基于能力本位与CDIO的应用型本科实践类课程改革：以“工业控制网络集成”课程为例[J].高等工程教育研究，2020（1）：182–188.