基于OBE工程教育理念的第二課堂教學改革
——以機械工程專業為例

顏曉娟，張千鋒，何永玲，袁雪鵬，戚峰蘋

(北部灣大學，廣西 欽州 535011)

為了在本科教育中培養滿足行業基本質量標準要求，并可以與國際接軌的中國工程師，高等教育機構需要通過由專門的職業/學會對高校中工程教育專業的工程教育認證[1-2]。在工程教育認證中，產出導向(Outcome Based Education，OBE)、以學生為中心，和持續改進是該認證的核心理念。這些理念代表了工程教育改革和專業建設與教學改革的方向，對保障和提高人才培養質量至關重要[3]。

第二課堂科技創新活動是機械類專業必修的一個重要的綜合性實踐教學活動，它是研究集機、電及控制于一體的原理與方法的一項綜合性實踐教學環節，該實踐教學活動是緊隨《理論力學》、《材料力學》、《機械原理》、《互換性與技術測量》、《機械設計》、《C語言與單片機技術》等專業基礎課及專業核心課程之后的綜合性實踐教學環節，是機類等理工科專業綜合創新設計類課程的延伸。

基于OBE工程教育理念對第二課堂科技創新活動綜合性實踐環節能力的培養，主要通過學生融入由學生主導、教師引導的專業相關的專業協會，以及結合機械工程專業所開設的課程設計展開，充分考慮全部學生基礎知識的學習及學生個性的發展。結合近年實踐教學開展經驗，以學生為中心，闡述我校為提高學生工程能力而建立的“第二課堂+課程設計+個性發展”的改革模式，并為其他高校第二課堂實踐教學活動的改革提供參考，其學生工程能力-第二課堂關系模型見圖1。

圖1 學生工程能力-第二課堂關系模型

1 第二課堂教學實施

第二課堂科技創新活動，其主要目的就是鍛煉學生綜合能力的實踐教學活動。其學習內容主要包括以下部分，一是對現有機電類傳動與控制系統的外化學習，包括機電類傳動與控制系統的分析及其相關專業知識的學習；二是針對該課程教學及其在實踐實施中的任務的具體內化，利用所學機電類課程的專業知識，設計機電類傳動與控制的整體方案等。

但很可惜的是，傳統的第二課堂科技創新活動，學生只是簡單參與相關實踐教學活動，只需要按照指導教師事先安排好的任務，并按部就班地完成課程實踐教學活動任務即可，根本無法調動學生對相關實踐教學活動的參與興趣，自然而然就直接導致學生對專業機電類基礎理論知識的工程實踐及應用缺乏更深入以至更深度的理解，那么也就無從談機械工程專業培養目標對學生的畢業要求所需要的工程能力的培養，無法體現出OBE所要求的解決復雜工程問題的能力，也即設計復雜機、電、控系統的能力。因此，在目前工程教育改革趨勢下，第二課堂實踐教學活動的改革勢在必行。

1.1 設計靈活的第二課堂實踐教學活動主題

基于OBE教學理念的第二課堂科技創新活動，其鍛煉學生綜合能力的實踐教學活動主題必需是多樣化的，可以充分結合課程、生活及生產實際中所碰到的問題，根據對問題的分析，組織指導教師組進行深入的討論，經過凝練、派生，再設計成為培養當前大學生工程創新能力的驅動項目[4]，或是以近年來大學生機械創新設計大賽主題來展開學生實踐教學活動，這種基于項目及解決當前實際問題的學習是一種研究性學習的教學模式，在較大的程度上有利于培養學生的學習自主性與工作的責任心，增強學生創新精神與實踐能力，提高學生的綜合素質。這樣，就能充分調動學生參與實踐教學活動，及其課程內容的設計及實施的積極性，同時也不會太過于拘離而限制了學生思維的擴展，以賽促學，以賽促教，從而達到培養學生從構思(conceive)、設計(design)、實施(implement)、運行(operate)的全生命過程，規定其在一個學期的時間內完成該課程的設計任務。

為能更進一步的達到培養學生工程實踐能力的要求，且不脫離學生自身的學科專業，又能融合現今社會及學科專業發展融合的需求，要求實踐教學活動主題必須取自于生活及生產實際，能綜合運用所學知識，以機械制造或機電一體化產品設計為主，提倡采用現代先進理論和先進制造技術，如機、電、控一體化技術等；實踐教學活動主題要覆蓋機械工程專業主要核心課程的內容；實踐教學活動主題應能充分結合生產及生活實際，注重關注民生、美好家園，同時也是學生在日常生活及生產實際中比較熟悉的問題；實踐教學活動主題的設計結果可以是“機械制作類”和“機電結合類”兩種基本類型；實踐教學活動主題在一定程度上應具有一定的靈活性和創新性，有利于學生創造力的發揮。

1.2 融入課程、融入專業協會，發揮學生個性

基于OBE工程教育理念對第二課堂科技創新活動綜合性實踐環節能力的培養，要求改革后的第二課堂實踐教學活動主題，融合機械工程專業人才培養方案。與此同時，主要通過學生融入二級學院下設的由學生主導、教師引導的學科專業相關的協會，如機電設計與創新協會、機器人協會、先進制造創研協會、工程訓練協會等專業協會，并結合機械工程專業所開設的機械創新設計課程設計，以實施驅動項目的課程設計形式展開，實行學長推動的“傳幫帶”機制。學生作為主體，尊重學生的差異，各學科專業相關的專業協會，雖其側重點不盡相同，對學生要求的側重點也大不相同，但這可以極大限度的滿足學生個性的發展及學生在機、電、控制、制造、工程訓練等學習方面的需求，同時也可極大的引起學生對未知知識探索的興趣及主動性，使得所有學生都能夠找到自己的方向，也能更加有利于培養并發展學生的個性。

1.3 以學生為中心的自由組隊

改革后的第二課堂，學生們可以以個人為單位，也可以3～5人自由組合為一個小組，實行教師引導、專業學長的“傳幫帶”制度。每個小組或個人均可以從前續設計靈活的實踐教學活動主題中進行自由選擇，且無論是在獨立還是在組隊合作的環境下，學生都應該具有一定的批判性和創造性思維，在設計主題確定后，設計方案需由組內學生獨立提出，并盡可能的能在組內提出至少2～3種機械系統的設計方案，并適時地開展課題小組會議，將小組成員各自的研究心得提交課題小組會討論，并經組內反復論證，再提請指導教師審批，并在學校教務文件提供給培養大學生的實踐教學經費及參與相應專業學科競賽經費成本可控的基礎上，經組內從技術、成本、能耗、環境等多方面地分析、探討及比較后，最終確定一種最佳的機或機電一體化的系統設計方案，達到能充分發揮學生的主觀能動性與創造性，使學生在項目分析、探討、比較及優選中感到到一次身臨其境的真實的設計訓練，進而提升其機或機電一體化的傳動系統方案設計的能力，且小組成員之間實行分工協作，并開展實際工程的分析、設計和制作，協同完成第二課堂設計主題。

學生在作品的設計、制作過程中，能按照企業過程標準實際完成一個產品由構思、分析、設計、實現到交付的完整過程，從主題的提出到學生的選題、小組的構思、分析、論證、設計與制作，直至最終提交的成果，小組在設計與制作的過程中做到共同討論、思考與研究，從小組成員設計思路的提出、到組內設計方案的分析與討論，以及作品在設計與制作過程中的爭論，學生都能發揮出自己在小組成果成形前的優勢與長處，在實踐過程中能做到分工協作，這不僅鍛煉了學生職業道德的養成，且在很大程度上培養了在校大學生的自主創新意識和創新能力，也能在一定程度上讓學生體會到團隊協作的重要性。這也符合OBE培養大綱中工程畢業生個人能力和人際團隊能力培養的要求。

2 考核及評價方式的改進

建構并持續改進“結果導向”的人才培養體系，是專業認證標準的核心內涵[5]！評估學習產出是OBE教育模式中十分重要的環節，對第二課堂實踐教學活動項目的評價并不是僅以機或機電一體化系統的完成情況作為單一標準，而是對學生在項目實踐的過程中對所設計與制作的成果的功能實現情況、制作與設計的水平與完整性，以及結構工藝及其合理性、性能價格比、新穎性、創新性、實用性、意義或前景、答辯與質疑等多方面對成果綜合評價。同時，在實現機或機電一體化系統功能相同或相似的情況下，機或機電一體化系統越簡單、實現起來越高效越經濟越好。

那么，對項目開展中各項指標進行評價時，如何做到更加有效且客觀、合理，并有利于后續成果設計工作能持續改進的開展，對第二課堂綜合性實踐教學活動的改革有非常重要的作用。再者，第二課堂融入機械設計創新設計等專業課程設計中，在培養學生工程能力的同時，還能給學生提供個性發展的平臺，其成績的評價分為五部分：選題成績評價、平時成績評價、設計成績評價、制作成績評價及答辯成績評價，其各部分成績評價的具體分值所占比例及詳細的考核依據如下所述。

(1) 選題成績評價占總成績的25%。主要考查小組在選題上對設計機電一體化系統傳動方案的能力。每個小組均需結合在選題中查閱的參考文獻或實際調研情況，并形成WORD或PPT等演示文稿，對自己小組的設計任務進行現場演說，再結合組內所選定的任務設計2-3種機、電、控類的系統方案。根據機、電、控系統方案的合理性、新穎性、實用性、意義或前景等進行綜合考核。

(2)平時成績評價占總成績的10%。主要依據從選題、構思、分析、論證、設計到最后提交制作成果的全過程中的參與情況和個人態度進行評定，這是實踐教學活動能順利展開的基本保證。

(3)設計成績評價占總成績的25%。主要考察工程知識的應用能力、使用現代工具的能力及設計/開發解決方案的能力，具有綜合運用“機械原理”、“機械設計”等課程的設計原理與方法的能力，根據設計作品的創新性、結構合理性、工藝性、先進理論和技術的應用、設計圖紙質量等進行綜合考核。

(4)制作成績評價占總成績的15%。根據設計作品的功能實現、制作水平與完整性以及作品性價比等進行綜合考核。

(5)現場答辯成績評價占總成績的25%。根據作品設計階段的工作及成果以現場解說的形式作匯報，主要介紹作品的選題依據、創新性、實用性及完成情況，并對設計作品進行視頻及現場演示，并回答指導教師組提問，采用教師組評分與組間自評分相結合，據此形成評價現場答辯成績。

通過此類評價方式的推進及考核依據的落實，對畢業生的工程能力、創新能力及團隊協作等各項能力都能起到較好的培養效果。對學生的評價從以基于純理論知識的評價為主，轉向為以基于過程及成果的評價為主，使學生從注重理論知識的學習及關注考試轉向注重學用結合。

3 第二課堂培養能力分析

基于以上對第二課堂科技創新活動的教學實施，充分體現以學生為中心的“過程體驗，能力為先”，工程教育理念就是要以企業和社會環境下的構思、設計、實施和運行系統的全過程為載體，培養學生的工程能力。

第二課堂科技創新活動所培養的基于OBE工程教育認證的知識能力及其對應的畢業要求見圖2。

圖2 第二課堂科技創新活動培養能力及畢業要求

第二課堂科技創新活動所培養的基于OBE工程教育認證的知識能力及其對應的畢業要求除工程知識(畢業要求1)、問題分析(畢業要求2)、設計/開發解決方案(畢業要求3)、使用現代工具(畢業要求5)、個人和團隊(畢業要求9)、溝通(畢業要求10)等主要能力外，對工程與社會(畢業要求6)、環境和可持續發展(畢業要求7)、項目管理(畢業要求11)等其他畢業能力要求也起到了一定的培養作用。

4 教師的教學能力要求

基于OBE的工程教育是一項系統工程，專業教師人人有責，而OBE要求達到知識和能力的雙重效果，教與學都要相應改變。第二課堂科技創新活動作為一項綜合性的實踐教學活動，基于OBE工程教育理念的考核方式對指導教師的教學投入提出了很高的要求。指導教師在教學實施過程中，需要提前了解學生前續知識情況，如在現代工程實踐中極常用的《機械設計手冊》等現代工具的使用，工程實踐設計工作必須使用到的AUTOCAD/UG/ANSYS等專業軟件的學習，以及在機械設計過程中各種方法的分析與比較等，并對課程的這些前期情況進行綜合分析，再做出合理的安排。

此外，專業指導教師作為第二課堂實踐教學活動的指導者與執行者，需要投入大量的時間與精力，研究與分析課程教學大綱，對課程教學進行整體設計，對課程學習單元進行導學設計，并據實對教學目標進行分解，對教學方法進行合理的選擇，對教學資源進行合理的組織，對教學活動進行合理的安排，對學生的學習評價進行合理的規劃，這些都要求指導教師具有較為寬廣的知識面，較為扎實的機、電、控制等專業理論知識，較強的工程實踐動手能力及專業軟件的應用能力。指導教師對實踐教學活動中可能出現的各種情況要做好必要的預案，在課程實施的過程中能夠做到對學生的正確引導，使得學生能從中學會分析、思考與比較。這樣，才能適應當前基于OBE的工程教育理念下第二課堂科技創新活動的改革和學生發展的要求，建立學生中心的有效引導模式，展開實施與分析，達到培養學生創新性的解決實際生產生活中所存在的復雜工程問題的能力。

5 結束語

經過僅通過機械創新設計大賽對學生工程能力進行培養，到通過基于OBE的工程教育理念開展第二課堂科技創新實踐教學活動及培養學生的工程能力，可以發現，基于OBE的工程教育理念改革后的“第二課堂+課程設計+個性發展”的實踐教學活動，可以進一步培養、鍛煉和提高大學生設計與制作機或機電一體化系統能力、應用基礎理論知識能力、分析/解決問題能力、團隊協同效率，為大學生工程實踐興趣和個性化發展提供平臺并取得良好效果。然而，由于基于OBE的工程教育中各教學環節相互影響和制約，如：教師教學能力及學生個性發展對課程內容設計的影響和制約，課程內容對教學方法設計與課程評價方式的相互影響和制約。因此，如何有目的有計劃地根據教學中各個環節的特點，設計并進行深度的探索和實踐，以達到專業培養目標對畢業生畢業能力及工程能力的要求是我們教育工作者需要不斷思考和探索的重要內容。