基于OBE-CDIO-EIP的機械制造基礎(chǔ)實踐教學(xué)改革研究

機械制造基礎(chǔ)是機械類和近機械類專業(yè)本科生、研究生必修的核心課程之一，國內(nèi)外高校具有工程性質(zhì)的機械專業(yè)均開設(shè)了該門課程[1-2]。與理論課程對應(yīng)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對機械制造基礎(chǔ)的教學(xué)十分重要，除了培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐能力，使學(xué)生能夠利用所學(xué)理論知識解決工程實際問題，還能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、團隊合作意識、職業(yè)綜合能力和素質(zhì)。本文在對目前機械制造基礎(chǔ)教學(xué)特點與現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，采用OBE-CDIO-EIP的教學(xué)模式對其進行教學(xué)改革與創(chuàng)新研究。在教學(xué)過程中，以成果為導(dǎo)向，以CDIO為主線，注重學(xué)生綜合能力與素質(zhì)的培養(yǎng)。同時，將實踐課程分為課程設(shè)計與實驗兩個環(huán)節(jié)，依據(jù)山西大學(xué)自動化與軟件學(xué)院現(xiàn)有的機床設(shè)備資源，學(xué)生以團隊形式自主完成從零件機械加工工藝規(guī)程到零件加工過程實驗方案設(shè)計的全部過程。實踐課程讓學(xué)生真正將所學(xué)知識用于實際工程問題，并通過實驗結(jié)果分析方案的可行性與可靠性，有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，除了使學(xué)生掌握專業(yè)知識外，還可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)；同時，通過對教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容等方面的改革創(chuàng)新，將該課程打造成具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“金課”。1機械制造基礎(chǔ)課程實踐教學(xué)特點與現(xiàn)狀分析機械制造基礎(chǔ)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的綜合性、實踐性非常強，其授課對象為大學(xué)本科三年級學(xué)生，要求學(xué)生除了具有該課程的理論知識外，還需具有機械設(shè)計、機械原理、畫法幾何與機械制圖等專業(yè)知識，以及計算機、物理、力學(xué)、材料等多門學(xué)科的理論知識。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，企業(yè)對于具備工程實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力、終身學(xué)習(xí)意識等綜合能力和素質(zhì)的復(fù)合型人才的需求更加迫切[4-5]。因此，該實踐課程不僅需要承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)生靈活利用所學(xué)知識解決工程實際問題的工程實踐能力的任務(wù)，而且還需要承擔(dān)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的任務(wù)。機械制造基礎(chǔ)是機械類專業(yè)的核心課程，教學(xué)體系較為完善。但是，社會的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷進步，促使行業(yè)及企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，在這種背景下，高校人才培養(yǎng)目標定位、專業(yè)發(fā)展都需要相應(yīng)改革。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法亟須改進，傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足之處主要有以下幾點：（1）教學(xué)活動以教師為中心。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師指定零件圖，學(xué)生依據(jù)圖紙完成設(shè)計報告。此種教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，教師在教學(xué)過程中較少與學(xué)生進行互動交流，學(xué)生的設(shè)計成果缺少創(chuàng)新性，答辯過程中一些學(xué)生表現(xiàn)為“知其然而不知其所以然”，對設(shè)計內(nèi)容和相關(guān)理論知識的理解不透徹。（2）課程難度低，缺少挑戰(zhàn)性。以往的實踐課程僅指課程設(shè)計環(huán)節(jié)，主要教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生依據(jù)零件圖進行零件的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計。然而，一些學(xué)生在完成設(shè)計方案時，并未充分考慮實際的加工條件，設(shè)計完成后對于設(shè)計方案的可行性未做深入分析，同時缺少實驗與數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)；課程內(nèi)容多，但難度較低，缺少挑戰(zhàn)性，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。（3）教學(xué)模式單一，課時少而內(nèi)容多。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)采取線下方式，而零件機械加工工藝規(guī)程涉及的內(nèi)容多、課時少，在一定程度上影響了課程實踐的效果。（4）思政元素融入缺乏系統(tǒng)性。該課程雖然蘊含著豐富的思政元素，但在傳統(tǒng)的實踐教學(xué)過程中，教師未將思政元素系統(tǒng)融入實踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致課程思政不系統(tǒng)、不深入。2教學(xué)改革方法與實施要點2.1基于OBE-CDIO-EIP教學(xué)模式的培養(yǎng)目標教學(xué)改革方法能夠有效實施的關(guān)鍵是明確培養(yǎng)目標，本文基于OBE-CDIO-EIP人才培養(yǎng)理念以及本專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的定位，從知識、能力、素質(zhì)和思維等方面制定課程目標，如表1所示。從實踐準備、實踐過程、成果展示到課程評價等環(huán)節(jié)均以學(xué)生為中心，成果形式主要有：機械加工工藝規(guī)程設(shè)計報告、零件與毛坯的三維建模和工程圖、零件主要工序尺寸加工方案分析、方案改進說明、團隊成員分工明細等。表1課程培養(yǎng)目標2.2教學(xué)改革方法為了解決工科核心專業(yè)課程在教學(xué)過程中存在的問題，實現(xiàn)高質(zhì)高效的教學(xué)，學(xué)者提出了項目驅(qū)動教學(xué)的方法[3,6]、將思政教育融入課程教學(xué)[7]、采用多元興趣驅(qū)動[8]的教學(xué)改革、基于成果導(dǎo)向（Outcome-Based-Education,OBE）理念[9-11]教學(xué)模式，以及SPOC教學(xué)方法的探索與改進[12-13]。成果導(dǎo)向教育（OBE）是以學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)所取得成果為導(dǎo)向的教育理念，是將學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕藢?dǎo)向、以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心、質(zhì)量監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)改進[14]。CDIO是指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它是以工程設(shè)計到工程運行管理的生命周期為載體，以設(shè)計為導(dǎo)向，讓學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計、建造和運作；注重培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力、創(chuàng)新能力、科研能力和綜合工程能力。EIP是指道德（Ethics）、誠信（Integrity）和職業(yè)（Professionalism），強調(diào)在學(xué)生培養(yǎng)過程中注重道德情操、誠信、職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。以上三種教學(xué)理念是目前較為先進且被廣泛應(yīng)用的教學(xué)理念，三者各有優(yōu)勢，并且教學(xué)理念是可以相互融合、相互促進的。然而，如何將三者有機融合，從而達到更好的教學(xué)效果，是本文研究的重點內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，本文的設(shè)計思路為：以O(shè)BE為導(dǎo)向進行教學(xué)設(shè)計，即在課程開展之前，教師需要明確以下幾點：通過課程學(xué)習(xí)學(xué)生將獲得什么能力？獲得什么成果？成果質(zhì)量如何評價？在項目實施過程中以CDIO為主線，引導(dǎo)學(xué)生主動完成構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行等環(huán)節(jié)；在課程進行的全過程以EIP為思政主線，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。2.3教學(xué)改革的主要內(nèi)容在近幾年的教學(xué)過程中，課題組教師根據(jù)教學(xué)效果，以及新工科發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，對該實踐課程的教學(xué)方法不斷分析與總結(jié)，對培養(yǎng)方案和教學(xué)過程設(shè)計持續(xù)改進。將原來64課時理論課+1周課程設(shè)計，調(diào)整為56課時理論課+4課時實驗+1周課程設(shè)計。在滿足理論學(xué)時以及專業(yè)培養(yǎng)方案的前提下，盡可能地提高了實踐環(huán)節(jié)的課時比重。教學(xué)過程設(shè)計的改進方案主要有：（1）選題方式。由教師指定課題轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自選課題，教師審核；學(xué)生依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，通過查閱資料、分組討論的形式，完成課題的選擇；增加了課程的難度，選題過程需要具備扎實的理論基礎(chǔ)，以及多學(xué)科綜合專業(yè)知識，同時有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識，調(diào)動學(xué)生的積極性。（2）課程內(nèi)容。改革后的機械制造基礎(chǔ)實踐內(nèi)容包括課程設(shè)計與實驗，由單純的零件加工工藝規(guī)程設(shè)計，調(diào)整為以實際加工條件為基礎(chǔ)，完成零件的機械加工工藝規(guī)程方案設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，同時完成加工誤差與加工成本分析，并對機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計方案進行深入分析。（3）線上線下混合教學(xué)，拓展教與學(xué)的時間和空間。教師在線下線上的理論教學(xué)與答疑過程中，逐步融入實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生完成選題與方案制定；要求學(xué)生課下通過線上教學(xué)資源，搜集相關(guān)資料，提前制定實踐方案。（4）考核評定方式。由教師評定考核結(jié)果轉(zhuǎn)變成多元化的考核方式，具體為：首先團隊間互評，其次團隊內(nèi)部互評，最后教師依據(jù)成果質(zhì)量和學(xué)生評價結(jié)果給予每一位學(xué)生最終的考核成績。這種評價方式提高了學(xué)生的課堂參與度，達到了師生共建課程的目的。學(xué)生分組完成方案設(shè)計時，除了提交設(shè)計報告，還需要提交設(shè)計方案改進過程的詳細說明，以及團隊成員分工明細，目的在于培養(yǎng)學(xué)生主動思考能力、創(chuàng)新能力與團隊合作能力。（5）明確思政教育目標。以EIP為主線，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)道德、職業(yè)規(guī)范和職業(yè)精神為目標，并將其納入學(xué)生最終成績的考核中。2.4教學(xué)改革方法的實施要點教學(xué)改革的指導(dǎo)思想是：以成果為導(dǎo)向，以項目為主線，以EIP為思政目標，并將三者有機融合，進行教學(xué)改革，其實施過程如圖1所示，主要實施要點為：圖1教學(xué)改革的實施方案（1）以O(shè)BE為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)過程。在課程教學(xué)開展前，教師以O(shè)BE為導(dǎo)向，明確學(xué)生從課程中將要獲得什么，如何獲得，以及目標達成的評價形式與標準是什么。該實踐課程需要通過“課程設(shè)計+實驗”環(huán)節(jié)，使學(xué)生獲得知識、能力、素養(yǎng)和思維等方面的同步提高；獲得方法主要以CDIO為項目主線，采取的教學(xué)方式為線上線下混合式教學(xué)。（2）以CDIO為主線，并以課前、課中、課后三段式模式展開。即解決“如何做”的問題。課前，教師引導(dǎo)學(xué)生進行思考、構(gòu)思，通過小組分工、查閱資料、教師線上線下輔助等方式，同時借助多維教學(xué)資源平臺，選定設(shè)計對象；課中，學(xué)生修訂并確定設(shè)計方案，最終完成全部的設(shè)計內(nèi)容；課后，學(xué)生通過團隊互評、成員互評等環(huán)節(jié)提升自己，教師依據(jù)課程實踐過程和教學(xué)效果進行教學(xué)反思，明確改革的效果以及存在的問題，為課程持續(xù)改進提供依據(jù)，并形成閉環(huán)的教學(xué)設(shè)計。（3）EIP教學(xué)理念的實施。在教學(xué)過程中，教師以EIP教學(xué)理念為主線，挖掘課程中的思政元素，同時要求學(xué)生在實踐過程中堅持EIP理念。如：在設(shè)計過程中引導(dǎo)學(xué)生正確理解團隊合作的意義，產(chǎn)生“1+1大于2”的效果；在設(shè)計方案確定過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生逐步完善方案，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識與精益求精的工匠精神；在設(shè)計報告撰寫、建模以及實驗過程中，要求學(xué)生規(guī)范撰寫與操作行為，培養(yǎng)學(xué)生重視職業(yè)規(guī)范的意識。（4）理實一體。在項目實施過程中，教師將課程設(shè)計與實驗環(huán)節(jié)有機融合，讓學(xué)生利用所學(xué)理論知識，完成從選題、方案設(shè)計到零件加工方案實施效果分析的全部過程，同時實驗環(huán)節(jié)的結(jié)果與分析是檢驗課程設(shè)計成果質(zhì)量的標準之一。在實踐課程的實施過程中，教師依據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)方案與本?，F(xiàn)有的機械加工設(shè)備條件，引導(dǎo)學(xué)生合理選擇設(shè)計對象，完成零件機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計。通過實驗環(huán)節(jié)驗證方案的科學(xué)性與合理性，理論和實踐相結(jié)合有利于學(xué)生深入理解相關(guān)理論專業(yè)知識，提高學(xué)生的綜合能力與素質(zhì)。3改革效果課程目標達成評價的科學(xué)性與合理性直接影響課程的最終評價結(jié)果，以及課程改進措施的提出與執(zhí)行。機械制造基礎(chǔ)實踐課程為獨立的課程，其考核目標分為素質(zhì)、能力、知識三部分，考核方式為教師評價+學(xué)生互評。各部分考核內(nèi)容依據(jù)表1中的培養(yǎng)目標。圖2為近三年學(xué)生素質(zhì)、能力和知識三個目標的最低達成度，其計算方法為：目標達成度=每一項學(xué)生所得均分/該項預(yù)期值×權(quán)重，并將各相關(guān)項求和。通過數(shù)據(jù)分析可知