基于OBE工程教育理念的機械原理課程設計改革的論文

　　 基于OBE工程教育認證的12條畢業(yè)能力要求及課程規劃，《機械原理》課程設計需培養的主要能力包括：

　　 1）掌握工程基礎理論知識并能將其應用于工程問(wèn)題（畢業(yè)要求1）；

　　 2）具有分析和解釋數據，得到合理、有效結論的能力（畢業(yè)要求2）；

　　 3）具有綜合運用機械設計理論和技術(shù)手段設計復雜機械系統、部件和過(guò)程的能力（畢業(yè)要求3）。

　　一、機械傳動(dòng)系統設計能力

　　《機械原理》內容包括兩部分，其一是對現有機構的學(xué)習，包括構型分析、運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的學(xué)習；其二是針對具體任務(wù)，利用所學(xué)機構學(xué)知識，設計傳動(dòng)方案。前者稱(chēng)為分析，后者稱(chēng)為型綜合，《機械原理》學(xué)習的最終目的，就是要達到型綜合的高度，《機械原理》課程設計正是鍛煉綜合能力的實(shí)踐教學(xué)。

　　遺憾的是，傳統的《機械原理》課程設計，體現不出OBE所要求的設計系統的能力，復雜機械系統更無(wú)從談起，因此，改革勢在必行。

　　基于OBE教學(xué)理念的課程設計改革使設計題目多樣化，調動(dòng)學(xué)生設計的積極性而不限制其思維，并且課程設計只提出最終要求而不限制方法，為了讓學(xué)生在規定的時(shí)間內獨立完成設計任務(wù)，題目不宜太深太復雜，其原則為：題目具有綜合性，以運動(dòng)方案設計為主；題目要覆蓋《機械原理》課程的主要內容；題目應結合生產(chǎn)實(shí)際，是學(xué)生在日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐中所熟悉的；題目的設計結果應包括兩到三種基本機構，也允許選用其他常用機構或組合機構；題目要有一定的靈活性和創(chuàng )新性，有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng )造力。

　　在設計題目確定后，需對已選題目提出三種運動(dòng)方案，并經(jīng)反復論證，確定一種最佳運動(dòng)方案進(jìn)行設計和分析。這種自由選題的模式可大大提高同學(xué)的興趣。設計方案由學(xué)生獨立提出，經(jīng)獨立地分析、比較后確定最佳方案，以發(fā)揮其主觀(guān)性、創(chuàng )造力，使學(xué)生受到一次真實(shí)的設計訓練，進(jìn)而提升其機械傳動(dòng)系統設計能力。

　　此外，改革后的課程設計，學(xué)生們可以自由組合，每個(gè)小組自由選擇設計題目，小組成員分工協(xié)作，共同完成設計任務(wù)。從選題、論證、設計到最后提交設計成果，共同討論、研究，各自發(fā)揮自己的長(cháng)處，不僅培養了創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力，也使他們體會(huì )到團隊合作的作用。這也符合OBE培養大綱中工程畢業(yè)生個(gè)人能力和人際團隊能力培養的要求。

　　二、工程基礎理論知識應用能力

　　傳統的《機械原理》課程設計中，方案確定之后，其相關(guān)運動(dòng)參數也隨之給定，每個(gè)學(xué)生需要做的就是繪制機構運動(dòng)簡(jiǎn)圖，利用圖解法和解析法對所選機構的位移、速度、加速度及力進(jìn)行分析，并繪制機構運動(dòng)線(xiàn)圖和作誤差分析，最后編寫(xiě)課程設計說(shuō)明書(shū)。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這樣的設計僅能算一次作業(yè)，效果并不理想。盡管學(xué)生都能按部就班地完成設計任務(wù)，但卻調動(dòng)不了學(xué)生的設計興趣，對工程基礎理論知識的應用缺乏深刻理解，談不上對學(xué)生的畢業(yè)能力的培養。

　　基于OBE教學(xué)理念的課程設計改革使設計題目多樣化，只提出最終要求而不限制方法，學(xué)生可以充分地利用所學(xué)的理論知識去解決實(shí)際的問(wèn)題�？紤]到《機械原理》課程設計時(shí)間較短，教師在《機械原理》課程教學(xué)中，需提前做出安排，如現代工具的使用、軟件的學(xué)習、各種方法的比較、綜合性作業(yè)安排等。

　　任務(wù)的不確定性導致解決方法的多樣性。學(xué)生需要根據所選擇任務(wù)，基于所學(xué)的機構學(xué)知識，甚至查閱相關(guān)文獻去設計解決方案，當多個(gè)設計方案確定后，需要比較各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，必然會(huì )深入了解每個(gè)所設計的傳動(dòng)方案，最終方案確定后，需對其進(jìn)行結構、運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，因有了方案設計的深刻理解，設計的目的已非常清楚，在相應分析時(shí)，對方法的選擇和掌握自然水到渠成，加深了對所學(xué)理論知識的認識，明確了理論知識的實(shí)際應用，從而不至感覺(jué)學(xué)無(wú)所用。

　　三、分析和解釋數據能力

　　在我國的工程教育認證中，第二條畢業(yè)要求學(xué)生能夠應用數學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達并通過(guò)文獻研究分析復雜工程問(wèn)題，以獲得有效結論[5]。傳統課程設計整個(gè)傳動(dòng)方案為教師所指定，分析方法固定，無(wú)需學(xué)生深入了解，只需按部就班完成畫(huà)圖和分析即可，可見(jiàn)，傳統課程設計在第二條畢業(yè)能力要求上基本沒(méi)起到培養作用。 改革后的課程設計，從設計任務(wù)到設計方案的確定，均需要學(xué)生根據具體情況進(jìn)行分析，然后根據所學(xué)知識，自己設計傳動(dòng)方案，并需要通過(guò)多方案的比較而得出可行方案。在方案確定后，詳細設計傳動(dòng)系統時(shí)，需要根據實(shí)際任務(wù)確定各參數，最后對機構進(jìn)行分析，并對數據進(jìn)行誤差分析。為了更真實(shí)地讓學(xué)生理解數據的意義和正確性，要求學(xué)生對所設計的傳動(dòng)方案進(jìn)行全部或者部分的搭接實(shí)驗，通過(guò)搭接實(shí)物并測量參數，再與理論分析數據進(jìn)行對比，找出誤差存在原因，從而得出相應結論。

　　四、考核方式的改進(jìn)

　　評估學(xué)習產(chǎn)出是OBE教育模式中十分重要的環(huán)節，如何合理地對各項能力進(jìn)行客觀(guān)評價(jià)，對課程的改革及持續改進(jìn)有非常重要的作用，與課程設計所培養能力相對應，《機械原理》課程設計成績(jì)分為四部分：選題成績(jì)、平時(shí)成績(jì)、設計成績(jì)及答辯成績(jì)。各部分成績(jì)分值及考核依據如下。

　　選題成績(jì)占總成績(jì)的30%。主要考查設計機械傳動(dòng)系統方案能力。每個(gè)團隊均需通過(guò)PPT形式，結合參考文獻查閱或調研情況，對自己團隊的設計任務(wù)進(jìn)行說(shuō)明，根據所定任務(wù)設計兩到三種機械傳動(dòng)方案，每個(gè)方案中必須包含兩至三種典型傳動(dòng)機構，并且必須包含四桿以上連桿機構。根據傳動(dòng)方案是否合理、考慮是否周全、有無(wú)創(chuàng )新點(diǎn)、是否實(shí)用進(jìn)行綜合考核。

　　平時(shí)成績(jì)占總成績(jì)的10%，主要依據設計階段的出勤情況和態(tài)度評定，這是設計正常進(jìn)行的基本保證，也是初步對畢業(yè)要求9中個(gè)人與團隊能力的培養。

　　設計成績(jì)占總成績(jì)的40%，主要評估工程基礎理論知識應用能力與分析和解釋數據能力，根據所選擇分析方法、數據分析的正確性、模型建立、運動(dòng)仿真、簡(jiǎn)圖繪制等進(jìn)行評價(jià)。

　　答辯成績(jì)占總成績(jì)的20%，各組將集中設計階段的工作及成果以PPT形式作匯報，主要介紹組員分工及完成情況，組員自評分，搭接視頻等，并回答提問(wèn)，據此評判答辯成績(jì)。

　　通過(guò)此類(lèi)考核方式，對畢業(yè)生的能力9（個(gè)人與團隊）和10（溝通，包括撰寫(xiě)報告和陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令）也起到初步培養的效果。

　　此外，上述基于OBE工程教育理念的考核方式對教師的教學(xué)投入提出很高要求。例如：教師需要投入較多的精力和心血研究繁瑣的教學(xué)目標分解和教學(xué)方法選擇，要求其自身具有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)理論知識、較廣博的基礎知識面、較強的動(dòng)手能力及計算機應用能力。對設計中可能出現的各種方案及其特點(diǎn)要有充分認識，能夠正確引導學(xué)生，使他們經(jīng)過(guò)認真思考和分析比較后，可以選擇一個(gè)適當的方案。這樣才能適應當前實(shí)踐教學(xué)改革和發(fā)展的需要，從而有效引導學(xué)生積極思考，培養他們的創(chuàng )新能力。

　　五、結束語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)近兩年的實(shí)踐，發(fā)現根據OBE教學(xué)理念改革后的《機械原理》課程設計，為學(xué)生機械傳動(dòng)系統設計能力、工程基礎理論知識應用能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及團隊合作和工程實(shí)踐能力的鍛煉和提高提供了很好的平臺，并確實(shí)取得了較好的效果。然而，OBE工程教學(xué)模式是一個(gè)系統的工程，無(wú)論是在設計內容，還是在設計方法和評估方式上，還有很多需要完善之處，需要進(jìn)一步的改革和探索，持續改進(jìn)，以更好地培養學(xué)生相應的畢業(yè)能力，實(shí)現培養與國際接軌的中國工程師的目標。

　　參考文獻：

　　[1]中國工程教育專(zhuān)業(yè)認證委員會(huì ).工程教育認證一點(diǎn)通[M].北京：教育科學(xué)出版社，2015.

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