OBE-CDIO理念下機電專業實踐類課程構建

摘 要：針對當前機電專業實踐類課程教學存在的學生主動性不高、創新思維和工程意識不強等問題，探索基于OBE-CDIO教育理念的自動生產線課程改革，構建課程“頂層設計—實踐執行—反饋評估—持續改進”的閉環機制。以能力培養為核心，依托DACUM方法定位教學目標；以目標為導向，逆向設計項目化教學內容；以學生為中心，采用分組分崗式的“1+4+3”教學實施體系正向實施CDIO教學過程；以學習成果為導向，建立“過程評價+結果評價+增值提升”的多元化考核體系，促進教學過程持續改進。該教學模式在課程實施中取得了良好的效果，有效促進教學目標達成。

關鍵詞：OBE-CDIO 自動生產線技術 DACUM 分組分崗 閉環機制

1 引言

高職機電一體化技術專業以服務裝備制造產業為導向，培養順應產業升級、適應技術革新的自動化、智能化類高素質技術技能人才，在智能化和數字化背景下機電一體化技術專業畢業生將擁有更寬廣的就業前景，也為高校專業人才培養質量提出了更高的要求。“自動生產線技術”課程作為機電一體化技術專業核心課程，理應順應新形勢下機電專業畢業生就業市場需求以及人才培養規格要求，持續開展課程教學診斷與改進工作以滿足制造業企業轉型升級對機電復合型人才的需求。

成果導向教育OBE（Outcome based education）以“學生中心、成果導向、持續改進”為理念，課堂教學在目標的指導下開展教學，持續改進以達目標[1-2]。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）即“構思-設計-實現-運作”工程教育模式，以現代工業產品從構思研發到運行的整個生命周期為載體培養和提升學生的工程實踐能力和綜合素養。以學習產出為導向的OBE理念是人才培養目標和決策向導，以項目為載體的CDIO理念是人才培養過程和實現手段，二者相輔相成[3]。

2 課程現狀與典型問題

“自動生產線技術”課程是機電一體化技術專業第4學期開設的核心技術課程，共計60課時。培養學生運用傳感器技術、PLC技術、運動控制技術、工業網絡技術等多項技能解決實際問題的能力，具有較強的綜合性和實踐性。近年來，課程經過模塊化、信息化等一系列改革和探索，教學質量有所提高，但仍存在以下問題：①學生綜合運用多項技能去解決問題的能力不足。②學生自主性學習投入較低，創新思維和工程意識得不到有效培養，因此很難適應裝備制造業技術革新需求。③實訓設備數量有限，學生主動性不高、動手能力鍛煉不足，課程參與度和目標達成率有待提高。基于上述問題，文章在OEB-CDIO理念下重構課程整體框架，精準對接產業、行業企業崗位需求，將課程建設的決策向導與實施手段交互融合，探索課程價值塑造、知識傳授和能力培養緊密融合的路徑和方法。從而有效解決學生學習主動性不高、工程實踐能力和創新意識不足等問題。

3 OBE-CDIO理念下的課程構建與實施

3.1 構建思路

課程構建思路為：①運用OBE理念，以能力培養為核心，依托DACUM（Developing A Curriculum一種職業教育的課程開發模式）方法進行崗位能力分析[4]，定位課程教學目標。②以教學目標為導向“逆向設計”教學內容，實現課程內容與目標矩陣相匹配。③運用CDIO模式以項目為載體開展“正向實施”，以信息化教學手段和教學資源支撐CDIO教學實施過程。④對不同階段的學習產出結果進行多樣化評價反饋和持續改進。構成“頂層設計—實踐執行—反饋評估—持續改進”的循環往復、螺旋上升的閉環機制，及時復盤教學實踐過程中出現的問題，進行多層次協調、多因素耦合的持續改進，有效促進教學目標達成。

3.2 以能力為核心，定位課程教學目標

基于OBE理念的逆向設計原則，“自動生產線技術”課程目標應樹立新發展理念，順應裝備制造產業升級，在充分開展產業、行業、崗位需求調研的基礎上，以用人單位對機電專業人才需求的變化趨勢為導向，依據國家職業技術技能標準、專業教學標準以及課程標準，確定智能裝配生產操作員和智能制造工程技術員兩大職業并分解成三種技術崗位：項目工程師、應用工程師和現場工程師。運用DACUM方法進行崗位能力分析，DACUM分析與課程目標模塊圖如圖1所示。

項目工程師負責任務分析與全面監控，應用工程師負責控制系統設計與通訊實現，現場工程師負責系統安裝、調試與性能測試。融合技能競賽和職業技能等級證書的相關要求，確定學生最終要達到的學習成果。圍繞預期成果定位課程教學目標，以“自動生產線安裝、調試、編程、維護”為核心技術技能，以“細致嚴謹調系統、團隊協作共成長、開拓創新功技改”為思政主線，并將課程總體目標轉換分解成知識、技能、素質三維度教學目標，從而培養能夠勝任智能裝備生產操作員及智能制造工程技術員等崗位工作的高素質高技能人才。

3.3 以目標為導向，“逆向設計”教學內容

依托產教融合真實項目，以廣東三向智能科技股份有限公司提供的SX-815Q型自動化生產線設備為學習載體，模擬一種具有上料、分揀、包裝、入庫功能的完整的智能工廠自動生產全過程[5]。教學內容對標機電一體化職業技能大賽，融入1+X技能點，按照項目引領、任務驅動的模式將自動化生產線技術所需的知識和技能分解到不同項目和任務中。遵循學生認知規律，由簡單到復雜、單站到全線，構成6個子項目，基于“單站結構認知—單站裝配與測試—單站編程與調試—全線聯調”的工作過程組織教學內容，將6個子項目分解成18個學習任務。培養學生機械裝配與調整、電氣設計與連接、人機界面與數據采集、工業網絡通訊、自動生產線控制程序設計與以及故障排查等專業技能。課程內容與圖1中的學習目標匹配矩陣如表1所示。

3.4 以學生為中心，“正向實施”CDIO教學過程

基于CDIO工程教育模式，采用分組分崗的任務驅動式教學方法，將教學設計分為構思、設計、實施和運作四個環節，如圖2所示。創新設計以學生為中心的“線上線下+理實一體+虛實結合”的1+4+3教學實施體系，“1”是以“SX-815Q”自動化生產線安裝與調試為學習主線，“4”是指依托“在線開放課程平臺+自動生產線教學設備+宇龍機電仿真平臺+技能大賽創新小組”四種學習平臺，“3”是指達到知識傳授、技能達成、價值引領三個目標。下面以表1中的項目1為例，介紹CDIO四個環節教學過程。

3.4.1 構思：項目分析

構思階段主要完成分組分崗、項目分析和項目計劃書。首先，由教師發布項目需求：構建一個物料包裝生產線顆粒上料單元，實現物料瓶的輸送和顆粒填裝控制。學生完成分組，每個項目組設1名項目工程師負責任務分析和進度控制、2-3名應用工程師負責程序設計與組態監控、2-3名現場工程師負責系統機械、電氣安裝、調試和性能測試。然后，由項目工程師負責組織項目組成員進行項目需求理解、分析并量化項目需求，最后整理出項目計劃書，由教師審核通過后方可進入下一環節。任務之間緊密聯系且互相依賴，需要團隊成員溝通協作，培養學生團隊合作意識。針對不同工作站的任務，要求學生互換角色，實現知識、技能共享和共同進步。本環節的產出成果為項目計劃書。

3.4.2 設計：方案設計

設計階段主要包括四部分任務：①項目工程師組織項目成員進行機械本體、傳感器、執行機構、PLC等元器件的選型和系統詳細方案設計。②現場工程師完成氣動回路圖和電氣接線圖的繪制。③應用工程師分析控制流程和組態監控策略。④項目工程師組織進行失效模式與影響分析即FMEA（ Failure Mode and Effect Analysis）分析[6]，作為后續系統調試的依據。各小組進行方案匯報、討論方案的可行性，教師引導學生積極思考、鼓勵創新，及時反饋各組完成情況；學生結合教師講解和點評，反復改進設計方案直至符合要求方可進入下一環節。本環節的產出成果為元器件清單表、氣動回路圖、電氣接線圖、程序流程圖、組態界面、FMEA分析表等。

3.4.3 實施：項目實踐

實施環節是整個教學實施過程的中心環節，學生根據上一環節的設計方案，首先由現場工程師進行系統機械和電氣安裝與調試，然后由應用工程師進行程序設計和反復調試。學生仿真成功后可在真實設備上進行組裝和調試，虛實結合的教學環境為學生個性化設計及創新思維訓練提供平臺，仿真環境也能緩解硬件資源不足的問題。教師時刻觀察學生的工作過程，關注學生心理情境，針對不同小組的不同問題進行精準指導，實現差異化教學。強調細心嚴謹、安全規范操作是工程技術人員必備的素養，各小組任務經教師檢查通過后方可進入下一環節，本環節的產出成果為仿真運行效果和實物運行效果。

3.4.4 運作：項目驗收與總結

在運作環節，由現場工程師按照“功能測試指導手冊”完成任務的功能測試，并記錄“實際結果”和“結論”。所有步驟結論均為“通過”方可判定功能符合要求，如果“不通過”則需根據FMEA表中的信息進行故障排除直至全部通過。學生在項目完成后進行匯報展示、提交總結報告。教師對學生是否達到能力培養目標進行評價考核和教學反思，高度重視學生對教師“教”的反饋意見與建議，提高教與學管理成效，從而對教學過程進行持續改進。

3.5 以學習成果為導向，建立多元化考核體系

以教學評價及時復盤教學實踐過程中出現的問題，從而對OBE能力目標和CDIO四個實踐環節進行持續改進和優化。建立“過程評價+結果評價+增值提升”多元化考核體系，過程評價是針對學生線上線下學習態度、知識理解、技能操作、職業素養等方面的過程性考核；結果評價通過線上理論測試和線下實操考試的形式進行評價，檢驗知識、能力和素質目標達成度；增值提升評價包括課內增長情況和課外增容情況兩個方面，課內增長情況即與前一學習項目同比增長情況，課外增容情況即職業技能證書考核、技能大賽訓練、創新項目實踐等學習成果轉化。根據考核內容設置不同的評價方式，包括在線開放課程智能評價+線下任務工單評價表等，評價主體由小組自評與互評、教師點評及企業導師評價組成。

4 學習成效

OBE-CDIO理念下的教學改革保證了學生均能受到充分而均衡的鍛煉，學習興趣普遍提高，自信心提升快，職業榮譽感有所增強。崗課賽證互促，職業技能有所強化，學生職業技能在循環往復、螺旋上升的訓練模式中不斷提升。培育工匠精神，職業素養所有增強，將工匠精神融入教學全過程，助力德技并修、人人成長。多人順利通過優秀企業的選拔進行頂崗實習，并能夠很快勝任崗位工作，職業素養得到企業高度認可。

基金項目：江蘇省機電職業教育行業指導委員會教育科研課題“基于OBE-CDIO理念的《自動生產線技術》智慧課堂教學實踐研究”（編號：JSJD202206），主持人王琰。

參考文獻：

[1]肖鵬，葛淵崢，郝雪.OBE+CIPP課堂評估模式探究[J].高等工程教育研究，2021（6）： 176-181.

[2]劉敬，劉衍聰.OBE-CDIO 理念下工業設計專業課程實踐教學體系構建[J].圖學學報，2019[2]：416-421.

[3]溫國強，關志偉，常文爽，等.CBE-CDIO 理念下機電類專業留學生實踐類課程構建—以“自動化生產線設計與調試”課程為例[J].實驗技術與管理，2021，38（3）：214-218.

[4]基于CBE與CDIO交互設計教學模式探索[J].實驗室研究與探索，2022（2）：228-232.

[5]孟靜靜，郝睿，王惠卿，等.基于PLC與工業機器人的自動生產線智能包裝系統設計[J].制造技術與機床，2021（11）：63-67.

[6]曾華鵬，邢媛，湯莉，等.基于能力本位與CDIO的應用型本科實踐類課程改革：以“工業控制網絡集成”課程為例[J].高等工程教育研究，2020（1）：182–188.