工程教育專業認證背景下現代設計理論及方法課程教學改革探究
——以華北水利水電大學機械設計制造及其自動化專業為例

席 睿，韓林山，劉楷安，馬軍旭

(華北水利水電大學 機械學院，鄭州 450011)

工程教育專業認證體系以質量保證和質量改進為基本指導思想和出發點，注重學校或專業的多樣性和鮮明特色，以學生為本，重視學生產出成就，建立了包括學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍、支持條件在內的七要素通用標準，以促進院校和專業的發展，規范教學質量管理和過程監控[1-2]。

機械設計制造及其自動化專業的現代設計理論及方法課程是一門核心課程，旨在培養學生利用一些新興的設計理念和方法進行工程設計，使所設計的產品具有先進性、可靠性、經濟性和及時性。以機械設計及其自動化專業工程認證為契機，課程教學遵循專業認證持續改進的理念，圍繞授課體系優化、教學方式多樣化等方面進行了改革與建設。

1 課程教學目標設計和體系調整

1.1 制訂課程目標

現代設計理論及方法課程修訂后的課程目標包括以下幾點：(1)理解現代設計理論及方法的基本概念并對當前主要的幾種現代設計方法(優化設計、可靠性設計、機電產品造型設計、人機工程學、虛擬設計、并行設計、綠色設計)的基本概念、研究內容和設計特點有所了解，能夠在機械工程領域的設計與研發中進行合理選擇，使用恰當的設計方法，具有創新意識和環保意識；(2)對優化設計方法和可靠性設計方法的設計理念有一定了解，能夠正確理解設計中所涉及的數學參數的意義，能夠推演計算出優化設計、可靠性設計過程中所需的參數；(3)能夠熟練掌握幾種常用優化方法的原理和求解步驟，在此基礎上分析不同優化方法的特點，以適用于不同類型優化問題的求解，并使用計算機完成幾種優化方法的編程、調試和求解；(4)能夠根據工程要求按照可靠性思想對復雜系統進行逐級劃分，建立正確的可靠性模型(串聯、并聯、表決等)，并分別按需計算出各個系統的可靠性預計值和分配值，按照機械零件可靠性設計方法進行設計，以滿足預定安全要求。課程目標與畢業要求的對應關系如表1所示。

表1 課程目標與畢業要求的對應關系Tab.1 Correspondence of curriculum objective and graduate requirements

1.2 調整課程大綱

調整現代設計理論及方法課程的教學大綱后，建立了課程體系與畢業要求指標點的關聯度，對教學內容中的每一個知識點都注明了學時、教學要求、教學方式、支撐目標和畢業要求指標點。

1.3 改革教學方式

為提高課程教學效果，滿足成果導向要求，在教學過程中要采用線上與線下相結合、課堂教學與學生自主學習相結合、理論與實踐相結合的混合式教學模式。可依托學校的教學平臺建立線上課堂，根據大綱要求和授課進度安排豐富的課程資源，方便學生進行課前預習和課后復習，加強師生互動，實現課程質量的動態監控，解決了傳統教學中學時少、內容多的問題。

1.4 加強實驗環節

改革后的教學大綱增加了實驗學時，并對實驗指導書進行修訂，要求學生聯系工程實例對所學算法進行應用。每一個實驗都包括多個環節，保障學生確實達成了指標點的要求。

2 課程教學評估與分析

2.1 制訂課程考核方式

在實施專業認證后，對每個考核環節都進行了細化，給出了每個環節的評價標準和分值，并將每個考核環節與畢業要求指標點進行了對應，這樣可量化每個指標點的達成度，便于評價學習效果，方便找出不足，查缺補漏。

目前的現代設計理論與方法課程考核方式包括課程成績定量和定性評價兩種方法，課程定量成績由作業、實驗和期末考試成績組成。課程目標與相應考核形式如表2所示。

表2 課程目標與相應考核形式Tab.2 Curriculum objective and corresponding examination form

期末考試按百分制進行考核，其余各考核環節按百分制或等級制進行考核。等級制與百分制成績按照以下分數進行轉換：優秀計90～100分，良好計80～89分，中等計70～79分，及格計60～69分，小于60分計不及格，缺席計0分。教學大綱中針對各考核環節的評分標準給出了評分細則，以作業為例，作業占0.2權重(20分)。要先根據學生平時測驗的完成情況和正確率進行分級打分，然后根據作業內容與各指標點的對應進行拆分，最后換算成和課程目標相匹配的分值，由此定量觀察出哪類作業的得分對應哪個指標點的達成度，如表3所示。

表3 課程目標觀測點分值與考核形式Tab.3 Curriculum objective observation point score and examination form

2.2 教學目標評價方法

課程結束后用定量和定性兩種方法對課程教學目標進行評價，相互印證課程目標的達成情況。

A.定量評價方法。統計考核及格的學生在教學目標中的全部考核環節得分情況，包括作業、實驗、期末考試等環節中的觀測點得分。將課程教學目標與教學環節的平均得分和課程教學目標所占權重相對應，按公式(1)計算課程的教學目標達成度評價值。

(1)

式(1)中，Al表示課程教學目標l的達成度評價值；Wl表示課程教學目標l的權重；Cl表示課程教學目標l的學生平均得分；C0表示課程教學目標l的設計分值。

然后，考慮大綱中教學目標與畢業要求指標點之間的支撐關系，按公式(2)計算出課程支撐畢業要求指標點的達成度評價值。

(2)

式(2)中，Si表示課程對畢業要求指標點i的評價值；Vil表示課程教學目標l支撐畢業要求指標點i的權重值；Al表示課程教學目標l的達成度評價值；n表示課程教學目標總數。

B.定性評價方法。根據課程教學大綱，針對課程目標編制調查問卷，在課程結束時向學生發放問卷，讓學生針對課程目標對應的知識、能力和素質進行自我評價，評價結果分為五個層次，即優秀(5分)、良好(4分)、較好(3分)、一般(2分)、較差(1分)，然后統計分析每項課程目標調查的得分，根據式(3)計算出課程目標達成度評價值。

(3)

式(3)中，N為學生總數。

3 課程目標達成度分析

針對現代設計理論及方法課程建立了過程考核和質量評價機制，通過賦值考核方式對課程目標的支撐權重來計算各個課程目標的達成度，以分析學生整體、個體對課程的理解掌握程度，并以此反向分析講授內容、上課方式、考核方式等環節是否存在問題，尤其要重點分析得分較高選項和得分較低選項，不斷提出課程持續改進的措施，反饋到下一級學生的課程講授中去，推動不同年級課程教學質量的整體提高，使工程能力培養落到實處。以2016級和2017級學生的達成度評價為例，如圖1所示。

圖1 課程目標定量達成情況柱狀圖Fig.1 Histogram of curriculum objective qualification achievement situation

2017級，課程目標1考查的是學生對現代設計理論及方法的基本概念的了解情況和在機械工程領域的設計與研發中合理選擇并使用恰當技術手段和現代工程軟件的能力，達成情況為0.838，高于2016級分值，原因可能是在講課中加強了知識串講和線上資源共享，有利于學生對知識整體進行把握，期待以后繼續改進。課程目標2考查的是學生對優化設計方法和可靠性設計方法的設計理念的了解程度，達成度為0.835，略高于2016級的0.789，這說明目前在教學中增強對易錯點的講解能夠使學生對數學計算的把控變得更加準確。課程目標3考查的是學生對幾種常用優化方法的原理和求解步驟的應用情況，平均達成度為0.832，能夠滿足教學要求，這部分難度較大，一直是教學中的重點，比2016級的0.753有了一個明顯提高。課程目標4主要考查的是學生根據工程要求按照可靠性思想對復雜系統進行逐級劃分的能力和建立可靠性模型并對系統進行可靠性預計和分配的能力，平均達成度為0.832，高于2016級的0.782，目標已達成，效果良好。課程目標3和4的達成度提高來源于2016級改進措施中對優化算法步驟和可靠性實例的線上資源使用，使學生可以反復觀看，查缺補漏。

整體來看，2017級的4個目標都已達成，數據上比2016級更好，說明學生對知識點的整體掌握情況更好，線上資源的引入使得學生可以反復觀看答疑視頻和講授視頻，有助于學習效果的提高。

4 結語

依據工程教育專業認證的要求對現代設計理論及方法課程進行了建設和改革，取得了令人滿意的教學成果，積累了一定的經驗，對學生綜合能力的提升起到了積極作用。