基于OBE理念的机械装备设计课程思政教学与实践

摘要 为培养符合就业市场需求，具有较强机械装备设计知识和能力，爱国、诚信、勇于担当素质的新工科创新性人才，对机械装备设计课程内容与教学方法进行改革与实践。基于OBE 理念将传统以加工制造装备为主的教学内容拓宽到不同行业领域，设计典型机械装备案例并融入思政元素；利用图片、视频等资源与学生展开交流与互动，充分发挥学生的主动性；指导学生针对实际生产问题提出机械装备设计目标，自由成组开展创新设计；构建综合考勤、作业、讨论，及小组设计成果师生评价结果的考核方法。实践结果表明，机械装备设计课程教学在各毕业要求指标点达成度评价超过0.89，达到了课程的建设目标。

关键词 成果导向教育；机械装备设计；思政元素；课程建设；教学实践

中图分类号 S-058 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）08-0275-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.063

Ideological and Political Teaching and Practice of Mechanical Equipment Design Course Based on OBE Concept

XIA Hong-mei， ZHEN Wen-bin

（College of Engineering， South China Agriculture University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract In order to train new engineering innovative talents for students to meet the requirements of the employment market， enhance their knowledge and ability of mechanical and equipment design， possess patriotic， integrity， responsibility and other qualities， the course content and teaching method of Mechanical and Equipment Design were reformed and practiced. Based on the concept of OBE， the traditional teaching content mainly focused on processing and manufacturing equipment was expanded to different industry fields. Typical mechanical equipment cases were designed and integrated into ideological and political elements. Pictures， videos and other resources were used to communicate and interact with students and give full play to their initiative. Students were guided to propose mechanical equipment design objectives according to actual production problems， and carry out innovative design in groups freely. A comprehensive assessment method was constructed for attendance， homework， discussion， and evaluation results of group design. The teaching practical results show that the achievement degree of Mechanical Equipment Design at each graduation requirement index was more than 0.89， which has achieved the goal of course construction.

Key words Outcomes-based Education;Mechanical equipment design;Ideological and political elements;Curriculum construction;Teaching practice

成果导向教育理念 （Outcomes-Based Education，OBE） 是以学生为中心，以学生毕业时预期学习成果为导向，对培养计划、教学内容、进程和方法等进行持续改进的教育理念，自20世纪80年代在欧美国家兴起，已获得广泛实施［1］。教育部在2017 年 6 月 9 日，颁布了《新工科研究与实践项目指南》，提出在人才培养计划、专业课程建设、教学质量评价等方面进行改革研究，推行工程教育专业认证，以使我国工程教育质量达到国际标准［2］。机械装备设计是工科机类专业的一门专业课程，是在机械设计基础、机械CAD/CAM、机械制造基础等专业课程基础上，培养学生具备设计、仿真、优化、控制等知识对机械工程领域装备进行功能需求分析、方案设计、结构与控制设计的综合性专业课程。依据就业市场对学生在机械装备设计方面的实际需求，对机械装备设计课程内容进行调整与优化，对培养具备解决复杂工程装备设计问题能力的创新性人才具有重要意义［3-4］。

传统机械装备设计教学内容以机械制造装备设计原理为主，包括：切削加工机床、工业机器人、物流输送装备、工装夹具和模具等制造装备的组成、理论与设计方法。实际生产中的机械装备除基础制造装备外，还包括工农业生产各行业中应用的装备，如交通运输装备、医药食品包装装备、农业种植与收获装备等。扩展“机械装备”内涵范围，拓宽学生的专业视野，培养学生对不同行业机械装备的设计能力，对增加学生在不同行业领域的就业机会具有重要意义［5］。

随着模块化、数字化、网络化、协同化与智能化设计制造技术的发展，各行业机械装备从传统自动化向模块化、柔性化和智能化方向发展，基于视觉技术、传感检测技术和智能决策控制技术的各种高精度、高效率新型生产装备不断涌现。现有机械装备设计课程中的设计计算与自动控制技术已难以适应现代企业机械装备快速、高效开发需求。在机械装备设计课程教学中进一步融入多学科新技术，从教学内容组织、教学方法与考核评价等方面进行改革，有助于满足社会和企业对学生机械装备设计能力的新需求［6-8］。

教育部于2020年5月28日颁布了《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求充分发挥好每门课程的育人作用，深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当［9］。在机械装备设计课程案例教学内容中融入思政元素，贯穿于案例讲授与研讨，可增强教学内容的知识性、人文性与引领性，在专业知识教学同时达到育人的效果。

1 课程建设

1.1 建设目标

在知识层面，使学生了解各行业典型机械装备技术现状与发展趋势，掌握各种机械装备的理论知识与设计方法。在能力层面，培养学生具备综合应用所学机械设计相关专业知识对不用应用场合下机械装备进行功能需求分析与设计的能力，提升学生解决实际工程设计问题的能力。在素质层面，引导学生树立科学精神与工匠精神，培养学生严谨、创新与协作的专业素养。

1.2 课程体系

构建课程框架体系如图1所示，以机械设计、工程力学、机器视觉、数字设计、智能优化、工业机器人、自动控制与智能制造等专业课程知识为支撑，内容包括机械装备发展现状与趋势，不同行业领域机械装备的类型、技术原理与应用特点等。通过解析典型机械装备实例的关键机构部件、感知技术与控制系统原理，使学生理解和掌握机械装备的设计进程、内涵与方法。

课程在概述部分介绍国内外重大成套装备、基础加工制造装备和核心部件的技术发展，使学生了解我国机械装备的现状与水平。按机械加工制造装备的发展历程讲解普通切削机床、自动机床、数控机床、加工中心、并联机床及智能机床的技术原理和应用特点。在对生产作业时间影响最大的物料输送装备方面，针对不同物料特性介绍连续供料装备、间歇供料装备及单件或散粒物料定量供送装备的类型、特点与关键技术原理。在产品包装装备方面，面向不同包装物料特性与包装材料特性，讲解包装材料成型机构原理、被包装物料定量或计数充填机构与原理，裹包与封口机构原理等关键共性技术。针对农业采收装备，介绍基于机器人技术的采收装备发展历史与现状，机械臂、末端执行器、视觉识别系统、柔性抓取系统及路径规划控制系统等采摘机器人关键技术原理，及采摘机器人在实际生产中的应用情况。

1.3 融入思政元素的教学案例

习总书记在2018年9月召开的全国教育大会上提出教育要在坚定理想信念、厚植爱国主义情怀、加强品德修养、增长知识见识、培养奋斗精神和增强综合素质等6个方面下功夫［10］。在机械装备设计教学中建立理论知识点与立德树人思政教育的关联性，落实素质教育在理论教学中的自然过渡融合。在课程概述部分，将我国机械装备技术特点与美国、德国、日本等发达国家进行对比分析，使学生了解国内外机械装备的自动化和智能化发展趋势，认识到我国机械装备与国外机械装备尚存在巨大技术差距现状，激发学生提升自身机械装备知识与设计能力的责任感和使命感，胸怀为我国机械装备创新发展努力奋斗的远大志向。

在不同类型机械装备教学内容组织中，基于案例教学法、知识关联法与教师引导法在课堂案例教学中融入6个方面的思政元素，如表1所示。在加工制造装备方面，以车铣复合加工中心为例，讲解国内外机床床身结构、高速主轴、高速进给直线电机、物料装卸等主要功能模块特点，激发学生的爱国主义情怀，激励学生努力奋斗缩小与国外的技术差距；以DELTA并联送料机器人为例，讲解串联与并联机构的优缺点，并联机构在南仁东先生团队建造射电望远镜FAST上的应用，培养学生不惧艰险勇于奋斗的精神；以无人机智能装配生产线自动检测协调控制实现各工序协同作业为例，引导学生增强个人综合素质，培养团结合作的团队精神。在物料供输装备方面，以螺钉自动安装装备为例，讲解振动有序供送与自动拧紧螺丝机构原理，鼓励学生辩证思考生产实际问题，勇于探索和创新；以AGV自动导引输送车为例，讲解AGV定位原理，引导学生珍惜学习机会，找准个人发展定位，提高专业综合素质。自动包装生产装备方面，以制袋充填封口包装设备为例讲解我国包装装备在控制原理、性能、质量方面与国外先进技术的差距，引导学生树立以质量为先、精益求精的工匠精神；以硬胶囊生产装备为例，通过回顾毒胶囊事件倡导学生树立诚实守信，增强法律意识、环保意识与安全意识。在农业采收装备方面，介绍我国古代农机具的成就，激发学生坚定理想信念，努力提高解决工程设计问题的能力；对比我国采收机器人与国外技术的差距，激发学生的学习主动性与拼搏创新精神［11-12］。

2 课程教学方法

2.1 教学方法

在课堂教学环节，首先概述各类机械装备的作业功能、性能要求及国内外发展现状，再对具体案例进行功能需求分析、结构与控制系统方案分析及关键技术原理与方法讨论。借助图片、技术资料、装备工作视频等对案例进行讲解与讨论，使学生主动参与课堂活动，加强师生间的互动交流，充分发挥教师的主导性与学生的学习主体性，提高学生的学习兴趣与信心。针对装备实际应用问题，引导学生进行独立性与创新性思考，使学生能快速理解和掌握机械装备设计过程、理论与方法，提高学生分析和解决实际设计问题的能力。思政案例讲解中，充分利用网络与媒体资源来丰富和生动教学内容，激发学生的思想共鸣，鼓励学生树立正确的人生观、价值观和世界观［13-14］。