基于OBE的“机械设计”课程教学方法研究

摘    要：文章基于OBE理念，制定“机械设计”课程的教学体系流程，分析专业特点及课程特点，制定与毕业要求指标点相适应的课程目标。在整个教学过程中，充分发挥学生的主观能动性，引导学生积极参与其中，以达到以学生为中心的目的。课后通过作业、答疑、总结等方式分析本轮教学的效果，为下一轮的教学提供依据，使课程教学形成一个闭环系统，从而达到持续改进的目的，使学生的机械设计能力不断提高，进而能高效分析并解决工程中的复杂问题。

关键词：“机械设计”课程；OBE理念；持续改进；学生能力

中图分类号：G642.4      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）11-0067-03

一、引言

1981年，美国学者W. D.斯派蒂（W. D. Spady）提出了OBE（Outcome Based Education）理念，即成果导向教育[1]。根据OBE理念，教学实施、教学设计主要以学生取得学习成果为目的。以生为本是OBE理念的核心所在，其导向是学生的学习成果，即衡量教学成果以学生掌握了多少知识和能力的提高程度为标准，而不是教师讲给学生多少知识。同时强调在教学环节的最后要对各项指标进行分析，根据分析结果对课程体系、教学环节及教学方法进行持续性改进。

2016年，我国高等教育的一项重大举措就是签订了《华盛顿协议》（Washington Accord），这一举措也让国内工程教育质量认证体系达到了国际水平。作为工程教育的一大核心理念，OBE理念被越来越多的应用在我国工科院校的课程教学改革实践中[2-3]。哈尔滨理工大学有诸多专业已得到工程教育认证，如机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业、电气工程专业等。

“机械设计”课程是机械设计制造及其自动化专业（以下简称“机械专业”）及近机类材型、电气工程、车辆工程等专业的一门核心专业课程，同时也是机械类专业主干课程之一。课程对多门基础机械类课程进行了充分整合，如“理论力学及工程力学”“工程材料与热成形技术”“工程制图”“机械原理”等课程，用以解决通用机械零部件的设计问题。“机械设计”课程具有“三性”“四多”的特点，即设计性、综合性和实践性，概念多、公式多、图表多和系数多。“机械设计”课程在专业培养体系中具有承上启下的作用，是学生开展后续相关专业课程学习、课程设计、毕业设计等的基础[4]。因此，在知识目标、能力目标、素质目标等人才培养要求下，融合OBE理念不断探索新的教学方法，培养学生自主设计、创新、团队协作、情感、环境保护等方面能力，有着重要的意义。

文章结合哈尔滨理工大学机械专业2019级、2020级学生，从课前、课中、课后3个环节探讨“机械设计”课程的教学方法。

二、课前分析

按照OBE理念，对照教学大纲、课程对毕业指标的支撑及上一轮教学的课后总结进行本轮教学课前落实，布置本轮开课。

“机械设计”课程主要包括连接零件、传动零件、轴系零部件及其他零件5个方面内容。课程教学任务为讲授机械设计基本思想、方法、知识，使学生得到机械设计基础性训练，奠定后续专业课学习、机械设计工作的良好根基。该课程支撑了开课专业毕业要求1、3、4，即1——问题分析、3——设计/开发解决方案、4——研究。因此，课程可确定以下3个教学目标：其一，让学生掌握一般机械零部件、传动的原理与基础知识，对有关专业性知识加以运用，探索机械设计工程问题的解决方式，可按照工作性能来优化和剖析不同解决手段；其二，让学生具备机械设计基础性技术与手段，了解机械设计中一般零部件、传动的解析过程，包括轴系零部件和连接零部件等，掌握开发机械产品的主要影响因素，能够优化和对比不同影响因素；其三，针对具体工程问题，让学生能够运用机械设计课程及相关领域的知识和理论，选择研究路线，给出常用零部件、典型结构、技术参数等的研究方案，能运用机械设计中常用的国家标准、设计规范、设计手册、参考图册等，并具备一定的设计装置实施操作能力[5]。这3个课程目标分别支撑毕业要求的1.3、3.1及4.2。

由机械专业2019级学生的课后总结分析可知，在3个课程目标中，课程目标2达成度相对较低。课程目标2由小作业及期末考试的解决工程问题的大题、齿轮受力分析、轴承寿命计算、轴系改错等组成，小作业的得分较好，因此，造成这部分达成度低的原因主要是大题得分相对偏低。在本轮教学中，应加强知识运用的案例讲解，提高学生运用知识解决工程问题的能力。

三、课中讲“活”

在课程教学过程中，教师应通过宽广的知识面及清晰、形象的语言表达使学生受到感染。相比之下，若教师单调地转述PPT、课本上的教学内容，则难以提高“引人入胜”的教学吸引力，从而无法取得理想的课堂教学效果。为使授课内容富有激情，教师可把知识点当做一个个小故事来讲，使学生紧跟教师的思路，而不是有时间想其他跟教学无关的事情。如果学生认为听不听课都一样，说明教师的讲课失败了；如果学生认为不听课自己很难学明白，或需要花几倍的时间自学才能掌握，那就表明教师的课讲“活”了。同时，教师可适时将学生在日常生活中能见到的零部件应用实例、科研项目引入课堂，激发学生的学习兴趣。

1.将多媒体授课与学生互动相结合，增加学生对课程的注意力。加强与学生的互动，并有针对性地设计课堂提问，适当设置小测或选人、抢答环节，以增加课堂活跃度；学生通过自主学习理解掌握课程知识，教师采用翻转课堂、布置作业、章节测验、学习情况数据发布等形式督促和检查学生的完成情况。

2.围绕减速器涉及的章节增加课堂讨论，合理安排讨论内容和时间。如讲解螺纹连接的类型时，让学生就教室里的设备、桌椅等使用的螺纹连接，讨论不同类型连接方式的使用场合及优缺点。

3.要想对学生的主动学习活动进行督促，培养其课前预习、课后复习的学习习惯，就要坚持在授课前的10～15分钟进行提问。为加强基础，可在增加材料基础部分学时的同时，采用课堂适时提问或布置思考题的方法，督促学生课上记笔记、课后及时复习和总结。

4.课上教学可以参考以下步骤进行。①解答上节课的共性问题，讨论思考题，解答学生在复习中的疑问。②讲解课程中的重点和难点。③讨论练习题，教师出题，给学生一定时间准备，学生组织语言表述自己的想法和问题，通过不断训练逐步提高学生的表达能力。④总结并布置下节课自学任务。

5.增加案例教学学时，提高学生知识的综合运用能力。在螺栓组受力分析讲解完成后增加两三个工程案例，帮助学生学会根据工程实际将普通载荷转化成典型载荷并进行叠加；在轴承寿命计算公式讲解结束后，增加角接触球轴承、圆锥滚子轴承正安装及反安装几种不同情况下轴承轴向载荷计算的案例讲解，使学生掌握这两类轴承轴向载荷的计算方法并能熟练运用；在滚动轴承组合设计讲解完成后，通过四五个减速器轴系为学生讲清楚轴系设计中涉及的零件装拆、固定、工艺、润滑、密封等几大类不合理及错误问题，以及灵活处理这些不合理问题的方法，学会改正轴系的错误。

6.课程思政建设。在部分章节适时融入思政元素，例如，在第一次绪论课中增加机械发展历程的思政内容，让学生了解中国古代文明及现代先进技术，并从先进技术中找出我国与国外技术的差距，激发学生的创新动力；在讲解带轮、齿轮、轴等零件的选材时，引导学生在满足使用要求的情况下本着经济、爱企业、爱国家的原则，尽量选用国产材料，激发学生的爱国热情；在减速器箱体设计的讲解中，告诫学生箱体尽可能小，满足要求即可，这样既可以节省材料，又可以节省加工工时、加工刀具及切削液的使用，以达到对环境的保护。

四、课后巩固、总结

课后可从作业、答疑2个环节完成学生对知识点的加深巩固。考试结束后，对考试进行总结，并用于下一轮教学的改进。

（一）作业设置及答疑

为使学生掌握常用机械零部件及传动的基本概念和工作原理，章节内容讲完后应留相应的小作业用于巩固知识点；通过工程案例分析引导学生进行自主学习，并布置足够数量的大型设计作业锻炼学生运用机械设计手册、图册、规范及机械设计标准的能力，并能综合运用多方面知识解决复杂工程问题，如通过轴系部件设计、齿轮传动设计、螺旋起重器设计等，加强学生设计能力、解决实际问题的能力。按照学生实际学情，引导全部或部分学生编程进行设计计算；零件图可以手绘，也可以用二维AUTOCAD绘制，还可以用三维软件（PROE、 UG、SOLID-WORKS等）设计，再转换成二维图纸。如此，按照学生的学习能力将其分成多个层次水平，学习能力强的学生不仅需要将手绘图和手算等作业完成，还需要将零件AUTO-CAD绘图、三维设计、编程设计的作业完成，帮助学生在该课程的学习中得到更大收获，一方面掌握设计通用零件的方法，另一方面具备零件三维设计、零件二维设计、编程的基本功，奠定后续毕业设计——零件绘图的坚实根基。

借助作业批改环节，教师可掌握学生的实际学习情况，在章节课程学完后，设置固定答疑时间，解决共性问题，还可通过课余、课间、线上（学习通，班级QQ群、微信群等）零散的时间随时解决个性问题，并合理采用一对多、一对一等讲解方式，让学生借助作业达到融会贯通。

在整个课程完成学习、考试后进行系统的分析总结，从试卷分析、课程设计完成情况等方面对课程目标达成度进行综合总结分析。

（二）考试分析

文章以机械专业2020级7班为例进行考试分析。首先，进行卷面和总评成绩分析（表1）。由表1可知，总评平均成绩超过预期值68分，但卷面平均成绩没有达到预期值。

其次，进行平时成绩的分析。平时成绩总体较高，都达到了预期值。这是因为经过本科评估和工程认证，教师采取加强课堂纪律监督及增添随堂练习环节的措施后，学生课堂学习状态明显改善，因而，学习成绩普遍较高；大作业的达成度相对其他小项较低，但是相比2019级学生有所提高，需要继续重点加强培养学生分析及解决复杂问题的能力。

最后，进行课程目标达成度的分析（图1）。从达成度分布图可以看出，课程3个目标值均高于预期值，即课程总目标达成。课程目标2的达成度相对于目标1、3较低，这是由于课程目标2涉及的是解决问题能力的工程问题，主要表现为学生对常用传动和零部件的设计分析过程，如对连接零部件、传动零部件、轴系零部件的应用掌握不充分；轴系部件改错与齿轮受力分析部分得分较低，说明学生对基础知识的运用能力还有提升空间。这些分析结果将作为教学持续改进的依据，反馈到下一轮教学中（机械专业2021级），使得整个教学过程形成一个闭环。

（三）课程综合运用

鼓励学生积极参加国家级、省级、校级等不同等级的创新科学研究项目，对其团队合作能力、工程问题处理能力、知识运用能力加以培养，提高学生的创新素养。通过参与项目或获得奖项，充分调动学生学习的积极性，增强其竞争意识。近几年，各个班都有不少学生参加大学生创新创业训练计划项目，并取得了较好的成绩，为后续的毕业设计及毕业后的产品设计打下基础。

五、结束语

文章结合“机械设计”课程的理论教学，贯彻OBE理念，坚持以学生为中心，通过课前—课中—课后的闭环环节，明确课程的教学目的。同时，灵活选取课堂教学方法，提高学生在课堂学习活动中的参与度，激发学生的学习热情，提高学生的知识掌握程度。学生能综合运用所学知识完成作业环节，提高了解决复杂工程问题的能力。这种教学方法取得了良好的效果，机械专业2020级7班总评成绩平均分为70分，比机械专业2019级提高了10分；课程目标2的达成度为0.7，比机械专业2019级提高了0.1。

参考文献：

[1]  丁伟华，岳丹飞.基于OBE理念的机械设计课程思政教学设计与评价[J].教育教学论坛，2022（38）：160-163.

[2]  谷艳霞，姚春燕，于迪尔，等.基于OBE理念的“机械设计基础”课程教学模式构建[J].航海教育研究，2023，40（3）：68-71.

[3]  钱韦吉，莫丽.面向创新型人才培养的一流课程建设与探索：以“机械设计基础”课程为例[J].黑龙江教育（理论与实践），2023，77（8）：58-61.

[4]  姜峰，郝举红，徐姚，等.OBE-CDIO模式下机械设计课程教学改革探索[J].才智，2023（18）：112-115.

[5]  潘承怡，向敬忠，宋欣.基于工程教育认证的“机械设计”课程目标达成度评价标准研究[J].黑龙江教育（理论与实践），2020，74（11）：62-63.

■ 编辑∕王力