基于OBE-CDIO-EIP的机械制造基础实践教学改革研究

机械制造基础是机械类和近机械类专业本科生、研究生必修的核心课程之一，国内外高校具有工程性质的机械专业均开设了该门课程[1-2]。与理论课程对应的实践教学环节对机械制造基础的教学十分重要，除了培养学生的专业实践能力，使学生能够利用所学理论知识解决工程实际问题，还能够培养学生创新意识、团队合作意识、职业综合能力和素质。本文在对目前机械制造基础教学特点与现状分析的基础上，采用OBE-CDIO-EIP的教学模式对其进行教学改革与创新研究。在教学过程中，以成果为导向，以CDIO为主线，注重学生综合能力与素质的培养。同时，将实践课程分为课程设计与实验两个环节，依据山西大学自动化与软件学院现有的机床设备资源，学生以团队形式自主完成从零件机械加工工艺规程到零件加工过程实验方案设计的全部过程。实践课程让学生真正将所学知识用于实际工程问题，并通过实验结果分析方案的可行性与可靠性，有利于充分发挥学生的主动性，除了使学生掌握专业知识外，还可以培养学生的综合能力和素质；同时，通过对教学方式、教学内容等方面的改革创新，将该课程打造成具有高阶性、创新性、挑战度的“金课”。1机械制造基础课程实践教学特点与现状分析机械制造基础实践教学环节的综合性、实践性非常强，其授课对象为大学本科三年级学生，要求学生除了具有该课程的理论知识外，还需具有机械设计、机械原理、画法几何与机械制图等专业知识，以及计算机、物理、力学、材料等多门学科的理论知识。随着新技术的不断涌现，企业对于具备工程实践能力、创新能力、团队协作能力、终身学习意识等综合能力和素质的复合型人才的需求更加迫切[4-5]。因此，该实践课程不仅需要承担培养学生灵活利用所学知识解决工程实际问题的工程实践能力的任务，而且还需要承担培养学生综合素质的任务。机械制造基础是机械类专业的核心课程，教学体系较为完善。但是，社会的不断发展和技术的不断进步，促使行业及企业转型升级，在这种背景下，高校人才培养目标定位、专业发展都需要相应改革。因此，传统的教学方法亟须改进，传统教学模式的不足之处主要有以下几点：（1）教学活动以教师为中心。在传统教学模式下，教师指定零件图，学生依据图纸完成设计报告。此种教学模式导致学生缺乏学习兴趣和创新意识，教师在教学过程中较少与学生进行互动交流，学生的设计成果缺少创新性，答辩过程中一些学生表现为“知其然而不知其所以然”，对设计内容和相关理论知识的理解不透彻。（2）课程难度低，缺少挑战性。以往的实践课程仅指课程设计环节，主要教学内容为学生依据零件图进行零件的机械加工工艺规程设计。然而，一些学生在完成设计方案时，并未充分考虑实际的加工条件，设计完成后对于设计方案的可行性未做深入分析，同时缺少实验与数据分析环节；课程内容多，但难度较低，缺少挑战性，学生的学习兴趣不高。（3）教学模式单一，课时少而内容多。传统的实践教学采取线下方式，而零件机械加工工艺规程涉及的内容多、课时少，在一定程度上影响了课程实践的效果。（4）思政元素融入缺乏系统性。该课程虽然蕴含着丰富的思政元素，但在传统的实践教学过程中，教师未将思政元素系统融入实践环节，导致课程思政不系统、不深入。2教学改革方法与实施要点2.1基于OBE-CDIO-EIP教学模式的培养目标教学改革方法能够有效实施的关键是明确培养目标，本文基于OBE-CDIO-EIP人才培养理念以及本专业培养应用型人才的定位，从知识、能力、素质和思维等方面制定课程目标，如表1所示。从实践准备、实践过程、成果展示到课程评价等环节均以学生为中心，成果形式主要有：机械加工工艺规程设计报告、零件与毛坯的三维建模和工程图、零件主要工序尺寸加工方案分析、方案改进说明、团队成员分工明细等。表1课程培养目标2.2教学改革方法为了解决工科核心专业课程在教学过程中存在的问题，实现高质高效的教学，学者提出了项目驱动教学的方法[3,6]、将思政教育融入课程教学[7]、采用多元兴趣驱动[8]的教学改革、基于成果导向（Outcome-Based-Education,OBE）理念[9-11]教学模式，以及SPOC教学方法的探索与改进[12-13]。成果导向教育（OBE）是以学生通过课程学习所取得成果为导向的教育理念，是将学科导向转变为目标导向、以教师为中心转变为以学生为中心、质量监控转变为持续改进[14]。CDIO是指构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它是以工程设计到工程运行管理的生命周期为载体，以设计为导向，让学生构思、设计、建造和运作；注重培养学生的团队合作能力、创新能力、科研能力和综合工程能力。EIP是指道德（Ethics）、诚信（Integrity）和职业（Professionalism），强调在学生培养过程中注重道德情操、诚信、职业素养的培养。以上三种教学理念是目前较为先进且被广泛应用的教学理念，三者各有优势，并且教学理念是可以相互融合、相互促进的。然而，如何将三者有机融合，从而达到更好的教学效果，是本文研究的重点内容。在此基础上，本文的设计思路为：以OBE为导向进行教学设计，即在课程开展之前，教师需要明确以下几点：通过课程学习学生将获得什么能力？获得什么成果？成果质量如何评价？在项目实施过程中以CDIO为主线，引导学生主动完成构思、设计、实施和运行等环节；在课程进行的全过程以EIP为思政主线，培养学生的职业素养。2.3教学改革的主要内容在近几年的教学过程中，课题组教师根据教学效果，以及新工科发展对人才培养的要求，对该实践课程的教学方法不断分析与总结，对培养方案和教学过程设计持续改进。将原来64课时理论课+1周课程设计，调整为56课时理论课+4课时实验+1周课程设计。在满足理论学时以及专业培养方案的前提下，尽可能地提高了实践环节的课时比重。教学过程设计的改进方案主要有：（1）选题方式。由教师指定课题转变为学生自选课题，教师审核；学生依据现有生产设备，通过查阅资料、分组讨论的形式，完成课题的选择；增加了课程的难度，选题过程需要具备扎实的理论基础，以及多学科综合专业知识，同时有利于培养学生的团队意识，调动学生的积极性。（2）课程内容。改革后的机械制造基础实践内容包括课程设计与实验，由单纯的零件加工工艺规程设计，调整为以实际加工条件为基础，完成零件的机械加工工艺规程方案设计的相关内容，同时完成加工误差与加工成本分析，并对机械加工工艺规程的设计方案进行深入分析。（3）线上线下混合教学，拓展教与学的时间和空间。教师在线下线上的理论教学与答疑过程中，逐步融入实践环节的内容，引导学生完成选题与方案制定；要求学生课下通过线上教学资源，搜集相关资料，提前制定实践方案。（4）考核评定方式。由教师评定考核结果转变成多元化的考核方式，具体为：首先团队间互评，其次团队内部互评，最后教师依据成果质量和学生评价结果给予每一位学生最终的考核成绩。这种评价方式提高了学生的课堂参与度，达到了师生共建课程的目的。学生分组完成方案设计时，除了提交设计报告，还需要提交设计方案改进过程的详细说明，以及团队成员分工明细，目的在于培养学生主动思考能力、创新能力与团队合作能力。（5）明确思政教育目标。以EIP为主线，以培养学生职业道德、职业规范和职业精神为目标，并将其纳入学生最终成绩的考核中。2.4教学改革方法的实施要点教学改革的指导思想是：以成果为导向，以项目为主线，以EIP为思政目标，并将三者有机融合，进行教学改革，其实施过程如图1所示，主要实施要点为：图1教学改革的实施方案（1）以OBE为导向设计教学过程。在课程教学开展前，教师以OBE为导向，明确学生从课程中将要获得什么，如何获得，以及目标达成的评价形式与标准是什么。该实践课程需要通过“课程设计+实验”环节，使学生获得知识、能力、素养和思维等方面的同步提高；获得方法主要以CDIO为项目主线，采取的教学方式为线上线下混合式教学。（2）以CDIO为主线，并以课前、课中、课后三段式模式展开。即解决“如何做”的问题。课前，教师引导学生进行思考、构思，通过小组分工、查阅资料、教师线上线下辅助等方式，同时借助多维教学资源平台，选定设计对象；课中，学生修订并确定设计方案，最终完成全部的设计内容；课后，学生通过团队互评、成员互评等环节提升自己，教师依据课程实践过程和教学效果进行教学反思，明确改革的效果以及存在的问题，为课程持续改进提供依据，并形成闭环的教学设计。（3）EIP教学理念的实施。在教学过程中，教师以EIP教学理念为主线，挖掘课程中的思政元素，同时要求学生在实践过程中坚持EIP理念。如：在设计过程中引导学生正确理解团队合作的意义，产生“1+1大于2”的效果；在设计方案确定过程中，教师需要引导学生逐步完善方案，培养学生创新意识与精益求精的工匠精神；在设计报告撰写、建模以及实验过程中，要求学生规范撰写与操作行为，培养学生重视职业规范的意识。（4）理实一体。在项目实施过程中，教师将课程设计与实验环节有机融合，让学生利用所学理论知识，完成从选题、方案设计到零件加工方案实施效果分析的全部过程，同时实验环节的结果与分析是检验课程设计成果质量的标准之一。在实践课程的实施过程中，教师依据本专业培养方案与本校现有的机械加工设备条件，引导学生合理选择设计对象，完成零件机械加工工艺规程的设计。通过实验环节验证方案的科学性与合理性，理论和实践相结合有利于学生深入理解相关理论专业知识，提高学生的综合能力与素质。3改革效果课程目标达成评价的科学性与合理性直接影响课程的最终评价结果，以及课程改进措施的提出与执行。机械制造基础实践课程为独立的课程，其考核目标分为素质、能力、知识三部分，考核方式为教师评价+学生互评。各部分考核内容依据表1中的培养目标。图2为近三年学生素质、能力和知识三个目标的最低达成度，其计算方法为：目标达成度=每一项学生所得均分/该项预期值×权重，并将各相关项求和。通过数据分析可知