基于OBE 的綜合工程訓練課程探索與實踐

張 輝， 黃風立， 李積武， 王慶泉

（嘉興學院機電工程學院，浙江嘉興314001）

0 引 言

在高校人才培養的教育鏈中，實踐教學一直扮演不可替代的重要角色，實踐教學擔負著應用型、創新型人才培養的主要任務［1］。嘉興學院是一所地方本科院校，為地方產業發展培養了大量應用型人才，但與面向嘉興乃至杭州灣區應用型人才需求的能力和素質具體要求相比，依然存在動手能力與創新能力不足的問題［2］。為了滿足地方產業急需的機電類應用型、創新型人才要求，提高學生機電融合工程實踐創新能力，學校新修訂機械類專業培養方案中新增了機電融合的綜合工程訓練實踐課程，主要學習機械設計加工和控制系統設計制作等工程技術［3-4］。

OBE理念是成果導向進行教學設計和教學實施，是從解決復雜工程問題的畢業要求出發，按照反向設計原則設計課程，反向推導每門課程為達成畢業要求需要滿足的知識、能力和素質要求，將課程的設置放在人才培養的預期成果之下，對課程成果進行評價［5-7］。為了提高學習綜合工程訓練課程的教學質量，進行基于OBE的綜合工程訓練課程探索和實踐。

1 OBE的綜合工程訓練課程教學目的和目標

基于OBE的綜合工程訓練課程的目的是系統性設計課程內容、實踐方法和成果評價方法，建立“創意—機械結構設計加工—控制系統設計制作—產品”的全鏈式一體化培養方案［8］，以機電融合的理論知識為基礎，以掌握機電融合工程技術為手段，以開發機電產品為課程成果，結合創新教育系統設計“分層次、分階段、分模塊”的課程實踐教學內容，開展“簡單零部件到復雜機電產品”的難度遞進訓練，開展“集中到分散”的時間段延伸訓練，開展“結構設計加工到控制系統設計制作”的模塊化拓展訓練，根據課程成果采用審核性成果評價方式給出學生成績。

基于OBE的綜合工程訓練課程目標是激發學生學習機電融合工程技術的興趣，通過訓練數控加工、3D打印、激光雕刻、精密測量、電路板制作等工程技術［9］，使學生具有“想到做到”和“敢想敢做”的機電產品創新開發能力，達到機電工程師的素質。

2 基于OBE的綜合工程訓練課程內容

基于OBE的綜合工程訓練課程在工程訓練坊進行課程教學，課程內容主要分為機械設計加工技術、控制系統設計制作技術、機電產品創新訓練和創新作品設計制作等4個部分。

（1）機械設計加工技術。以機械設計、機械原理、二維CAD和三維CAD等知識為基礎，學習數控車床、數控銑床、加工中心、3D打印技術、激光切割技術、精密測量技術等加工工藝和加工方法［10］。學生利用課余時間在數控加工模擬機床上自學數控編程和數控機床模擬加工操作，然后在數控加工坊由實習教師集中指導學習數控加工工藝編制、數控編程與數控加工操作。3D打印技術主要學習3D打印機的操作與打印方法，打印方法主要是根據零件的技術要求調整打印參數從而保證打印零件的強度和外形質量，在機械創新坊由實習教師集中指導進行3D打印訓練。激光切割技術主要學習激光切割機的操作與加工方法，加工方法是根據零件的技術要求調整加工參數從而保證零件的加工質量，在數控加工坊由實習教師集中指導進行激光切割訓練。機械加工的零件用于裝配，精度要求高，在數控加工坊由指導教師集中指導學習游標卡尺、螺旋測微儀、三坐標測量機等操作與形位公差的測量方法。

（2）控制系統設計制作。以電路設計、單片機原理等知識為基礎，學習基于單片機的電路板制作技術，主要包括PCB繪制、制板、焊接和編制程序等基本技術［11］。學生進入電子創新坊由實習教師集中指導基于單片機的電路板制作和編程訓練，通過制作一種基于單片機的電路板學習電路板設計制作流程，先提出設計思路和應用系統框架，然后進行硬件和軟件分工，再進行電路元器件選型焊接電路板，同時進行軟件設計，根據軟件流程編寫應用程序。

（3）機電產品創新訓練。以二維CAD和三維CAD 軟件（如ATUTOcad、UG、PROE、SOLIDWORKS）和電路設計軟件（如Altium Designer、Power PCB）等操作技能為基礎，學習機電產品創新訓練知識［12］。學生在創客坊由創新創業導師通過創新作品展示剖析集中指導學習機械產品創新文化、創新理論和創新設計方法，繪制結構原理圖表達自己的創意。

（4）創新作品設計制作。在第二課堂內，學生自由分組開展“討論-設計-再討論”進行產品創意［13］，根據創意設計創新作品的機械結構，預約數控機床加工零件并裝配，再根據機械結構和規劃動作設計電路板，然后進入電子創新坊制作電路板，把機械機構與控制電路板裝配調試實現作品預設功能，最后制作PPT答辯，PPT主要內容是創新作品的預期功能與結構、樣機機構、樣機的功能和創新點。

3 OBE的綜合工程訓練課程實踐

3.1 教學平臺

3.1.1 完善的硬件基礎

工程訓練坊配備了綜合工程訓練的必要硬件條件：數控加工模擬機床21臺、數控車床18臺、數控銑床2臺、加工中心4臺、3D打印機14臺、激光切割機3臺、三坐標測量機1臺、游標卡尺24個、螺旋測微儀24個、電路板刻制機1臺、電路板裁板機1臺、焊接工作臺21臺、示波器21臺、信號發生器21臺等。數控車床、數控加工模擬機床、3D打印機、游標卡尺、螺旋測微儀、焊接工作臺、示波器、信號發生器按1或2人／臺配置，數控銑床、加工中心、激光切割機、三坐標測量機、電路板刻制機、電路板裁板機按分批配置。工程訓練坊提供了多種耗材供學生進行創新作品制作，如：PVC 塑料棒、45＃鋼棒、PVC 塑料塊、鋁塊、45＃鋼塊、鋁板、亞克力板、螺栓、螺母、電路基板、多種電子元器件、導線等。

工程訓練坊包括數控模擬加工坊、數控加工坊、電子創新坊、機械創新坊和創客坊，已安裝門禁系統和監控系統，自由預約，全天開放。

3.1.2 合理的指導團隊

基于OBE的綜合工程訓練教學團隊由2名創新創業導師和5名實習教師組成，2名創新創業導師主要在創客坊進行機電產品創新訓練教學，5名實習教師具有豐富的產品設計加工經驗，5名實習教師定點在工程訓練坊隨時指導學生進行機械設計加工和電路板設計制作，教學團隊把創新教育與綜合工程訓練有機融合后分工協作，共同完成綜合工程訓練的教學工作。

3.2 教學計劃

基于OBE的綜合工程訓練課程教學計劃按照“分層次、分階段、分模塊”有機融合進行，各模塊都有過程成果，每個過程成果都由學生自主設計，是個性化成果，個性化成果必須包含基本知識點，把創新教育滲透到綜合工程訓練課程的教學計劃，如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的綜合工程訓練課程教學計劃

3.2.1 “分層次”綜合工程訓練

基于OBE的綜合工程訓練課程“分層次”實踐，分為初級和高級兩個層次。初級層次是基本能力訓練，主要是集中學習數控加工技術、3D打印技術、激光切割技術、精密測量技術、電路制作技術、機電產品創新訓練，在除機電產品創新訓練模塊的其他模塊，每個學生根據興趣自由設計加工一件作品作為過程成果，并進行考核；高級層次是創意作品設計制作，學生自由分組根據興趣自由創意并完成創新作品設計制作，制作PPT并進行考核。

3.2.2 “分階段”綜合工程訓練

基于OBE的綜合工程訓練課程“分階段”實踐，分為第一和第二課堂兩個階段。第一課堂是集中實踐階段，3周集中時間段內在創新創業導師和實習教師集中指導下進行基本能力訓練。第二課堂是分散訓練主要貫穿于接下來的整個學年，主要完成創新作品設計制作模塊。

3.2.3 “分模塊”綜合工程訓練

基于OBE的綜合工程訓練課程“分模塊”實踐，分為數控加工技術、3D打印技術、激光切割技術、激光切割技術、精密測量技術、電路制作技術、機電產品創新訓練、創新作品設計制作等7個模塊，按照教學計劃流程學習及考核。

3.3 成果評價

結合創新教育建立基于OBE的綜合工程訓練課程考核標準［14-15］，制定各個模塊的考核內容，鼓勵個性化發展，設計個性化成果。機電產品創新訓練模塊不設過程成果不考核，數控加工技術、3D打印技術、激光切割技術、激光切割技術、精密測量技術、電路制作技術等5個模塊過程成果對照考核內容進行審核性操作考核，創新作品設計制作模塊的過程成果對照預期目標進行審核性成果考核給出此模塊成績，6個模塊考核內容及成績權重如表1所示，綜合6個模塊成績最終給出本課程成績。

表1 模塊考核內容及成績權重

4 OBE理念的綜合工程訓練課程實踐效果

對2017級機械類學生開展了基于OBE理念的綜合工程訓練課程教學試點，90%學生制作完成作品，制作了多個機電一體化的創新作品，在2018～2019學年2017級機械類學生獲得實用新型專利18項，申請發明專利9項。2017級機械類學生參加2018年舉行的嘉興學院大學生綜合工程訓練能力競賽，選拔25名成績優秀同學分成5組參加浙江省大學生綜合工程訓練能力競賽，獲得3項省級二等獎、1項省級三等獎。

5 結 語

基于OBE理念的綜合工程訓練課程通過制作個性化作品激發了學生學習機電融合工程技術的興趣，使學生熟悉熟練掌握機電融合的工程技術，具有了開發機電產品的基本能力，達到機電工程師的基本素質。實踐證明，基于OBE理念的綜合工程訓練的課程成果與預期目標達成度較高，獲得了良好的教學效果。