基于OBE理念的《機械基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革研究

杜秀菊 梁佳娣　孫河洋　劉勝永 閆鈺潔

摘 要：文章以成果為導(dǎo)向，以“設(shè)計加工減速器”為教學(xué)改革案例，學(xué)生分組對軸或齒輪進行減速器零部件三維繪制、3D實物打印以及最后的組裝，最終通過學(xué)生在人群中位置變化，實現(xiàn)增值評價。讓學(xué)生加工設(shè)計能力得到鍛煉，對精益求精的大國工匠精神以及職業(yè)道德精神也有更深刻的理解。

關(guān)鍵詞：OBE 中等職業(yè)院校 減速器 教學(xué)改革 3D打印

我國頒布《中國制造2025》對制造行業(yè)培養(yǎng)素質(zhì)人才提出更高的要求[1]。為在2025年落實中國制造的宏偉目標(biāo)，國家和企業(yè)急需大量具有大國工匠精神和嫻熟技藝的復(fù)合型人才。2022 年出臺的《職業(yè)技術(shù)教育白皮書》指出，在職業(yè)教育高度發(fā)展的新時期，課程教學(xué)應(yīng)立足于多種方式選擇、多學(xué)科參與、多層次的內(nèi)容設(shè)計的角度出發(fā)來進行實踐探索[2]。中等職業(yè)院校的加工制造專業(yè)作為培養(yǎng)該復(fù)合人才的重要來源，更應(yīng)該在教學(xué)中引入制造業(yè)的新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)，完善中等職業(yè)院校課程內(nèi)容設(shè)置。OBE（Outcome Based Education）是美國William G.Spady在上世紀(jì)末提出的，將教學(xué)后所取得的最終學(xué)習(xí)成果，作為課程設(shè)計與實施的依據(jù)，核心是以學(xué)生為中心的成果育人[3]，以此為依據(jù)確定規(guī)劃具體的預(yù)期學(xué)習(xí)成果，根據(jù)預(yù)期學(xué)習(xí)成果設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，正向?qū)嵤┙虒W(xué)活動，采用教學(xué)評價來驗證教學(xué)效果并進行反思改進。

1 現(xiàn)存的問題

在中等職業(yè)院校的《機械基礎(chǔ)》課程實際教學(xué)中“重知識，輕技能”“重分?jǐn)?shù)、輕能力”的現(xiàn)象時有發(fā)生。傳統(tǒng)教學(xué)體系注重教學(xué)經(jīng)費投入、教學(xué)條件和師資隊伍建設(shè)，強調(diào)教學(xué)管理和教學(xué)實施過程，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)成果[4]，具體表現(xiàn)在：

1.1 學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情低迷

目前《機械基礎(chǔ)》課程的教材大多以紙質(zhì)類圖書為主，缺少直觀形象的教材，對中等職業(yè)院校的學(xué)生而言，書本內(nèi)容枯燥且無趣，缺乏直觀感受。這樣就容易降低學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，甚至產(chǎn)生厭學(xué)的學(xué)習(xí)情緒。

1.2 實踐課程過少，學(xué)習(xí)體驗感不足

學(xué)生目前上過的實踐課只有鉗工實訓(xùn)，剩下的內(nèi)容大多是在教室聽教師講授理論知識。理論知識在課堂上占用大量時間，學(xué)生實踐機會缺乏，嚴(yán)重影響職業(yè)能力的培養(yǎng)。

1.3 評價形式簡單，評價主體單一

在《機械基礎(chǔ)》教學(xué)中多以學(xué)生平時成績和期末成績進行組合評價。這種方式評價內(nèi)容過于簡單，評價主體大多為任課老師，合理性和嚴(yán)謹(jǐn)性未能在此種評價方式中得以體現(xiàn)。

2 職業(yè)崗位與能力分析

2.1 職業(yè)崗位分析

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，用人單位對于中職院校機械加工類專業(yè)畢業(yè)生提供的工作崗位主要是設(shè)備銷售員、設(shè)備裝配員、質(zhì)量檢驗員和機械設(shè)計工程師等。

2.2 職業(yè)能力分析

進一步對用人單位人事進行訪談，了解企業(yè)對崗位在知識、能力與素質(zhì)方面的需求。訪談過程中，對關(guān)鍵詞信息進行提取和頻次記錄，整理崗位能力素質(zhì)調(diào)查表，如表1所示。

3 教學(xué)目標(biāo)分析

本研究基于OBE 教育理念以《機械基礎(chǔ)》課程中“設(shè)計加工減速器”為例，對教學(xué)目標(biāo)進行設(shè)計，內(nèi)含課程目標(biāo)、教學(xué)目標(biāo)以及預(yù)期成果等。教師在傳授學(xué)生基本機械知識的同時培養(yǎng)學(xué)生工作中的職業(yè)精神和工匠精神，基于 OBE 理念的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計如表2所示。

4 教學(xué)設(shè)計

基于 OBE理念的《機械基礎(chǔ)》教學(xué)活動設(shè)計分為課前、課中、課后三大環(huán)節(jié)，主要為：課前利用互聯(lián)網(wǎng)資源進行自主學(xué)習(xí)、課中在智慧教室進行理論講授，技能動手課以實訓(xùn)室實操為主、課后以線上與線下學(xué)習(xí)相結(jié)合為主，做到理實結(jié)合。

5 教學(xué)實施

5.1 課前環(huán)節(jié)

課前準(zhǔn)備：小組抽簽決定本組對軸或齒輪進行加工設(shè)計，小組長檢查各組同學(xué)出勤情況及電腦運行情況；其他同學(xué)根據(jù)實驗室規(guī)則和7S管理標(biāo)準(zhǔn)在實驗室進行操作。

課前導(dǎo)入：學(xué)生觀看、討論大國工匠紀(jì)錄片和經(jīng)濟談判視頻激發(fā)學(xué)生愛國情懷，小組討論加工設(shè)計減速器的制作流程并總結(jié)加工設(shè)計減速器的流程圖。教師激發(fā)學(xué)生對3D打印興趣，通過舉例講述3D打印零件一般的建模方式，引出制作流程重點。

5.2 課中環(huán)節(jié)

減速器、軸齒輪零件建模方式：課前教師在學(xué)習(xí)通上發(fā)布關(guān)于軸和齒輪的建模方法與要點的微視頻；減速器軸的建模可以從草圖和拉伸、映像以及圓柱體命令進行建模。

Cura 15.0 3D切片軟件操作流程：NX12.0建模軟件中導(dǎo)出的STL文件，導(dǎo)入Cura15.0軟件中；查看數(shù)字模型尺寸，調(diào)整模型比例和位置大小；移動到平臺中央，切片操作；將gcode保存到文件。之后執(zhí)行3D打印機基本操作。

質(zhì)量分析：小組成員對打印出來的產(chǎn)品進行包括質(zhì)量、外觀、成本等方面的思考分析，針對殘次、裝配不上的產(chǎn)品，分析原因解決問題。學(xué)生也可以邀請其他組成員進行點評。

5.3 課后環(huán)節(jié)

各組完成打印任務(wù)，學(xué)生開展經(jīng)驗交流分享會。主要從：在此任務(wù)中學(xué)到了什么，和之前學(xué)習(xí)的不同之處；在本次任務(wù)中印象最深的棘手問題是什么，如何解決的；對減速器有什么不一樣的了解；從打印到裝配減速器我從這個過程中明白了什么道理等方面進行。教師對難點問題再次講解、強化。

6 教學(xué)評價

增值評價理論定義為學(xué)生實際成績數(shù)值減去教師期望值。本研究采用的是增值評價操作定義來界定學(xué)生是否進步，準(zhǔn)確來說是以學(xué)生在人群中的位置來比較進步與否。根據(jù)正態(tài)分布原理若隨機變量的一個期望值為μ、方差為σ2的正態(tài)分布N（μ，σ2）。標(biāo)準(zhǔn)差σ決定了分布的幅度[5]，公式如（1）所示。

（1）

當(dāng)μ=0，σ=1時的正態(tài)分布是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。z分?jǐn)?shù)的組成分布有以下特點：z分?jǐn)?shù)的平均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1。當(dāng)正態(tài)分布時，平均數(shù)點的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)為0，比平均數(shù)大的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)為正，比平均數(shù)小的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)為負(fù)值[6]，正態(tài)分布圖如圖1所示。

1.0原始分?jǐn)?shù)為被抽查學(xué)生原始分?jǐn)?shù)值，是根據(jù)學(xué)生間、師生間、學(xué)生自我評價表進行選取的。根據(jù)學(xué)生成績和全班成績平均值，代入公式計算得出1.0全班標(biāo)準(zhǔn)差分?jǐn)?shù)。以XX同學(xué)為例，該同學(xué)成績的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)是其原始成績減去全班平均成績除以全班標(biāo)準(zhǔn)差得出的，在圖2中表現(xiàn)為1.0該生標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)等于1.0原始成績減去1.0全班平均成績之差除以1.0全班標(biāo)準(zhǔn)差，以此公式進行2.0、3.0的迭代。其中第一次增值評價為2.0該生標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)減去1.0該生標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)（紅色顯示為負(fù)值表示無進步）。

7 教學(xué)成果展示

基于OBE理念對《機械基礎(chǔ)》課程中“設(shè)計加工減速器”環(huán)節(jié)進行教學(xué)改革實踐。學(xué)生實現(xiàn)了設(shè)計加工減速器從二維到三維、平面到立體、圖紙到實物的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變有利于培養(yǎng)學(xué)生動手實操、創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計、立體空間思維等能力，教學(xué)成果展示如表3所示。

本文采用小組合作的方式對“設(shè)計加工減速器”進行學(xué)習(xí)，有較好的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識的同時，也提升了學(xué)生的工匠精神和職業(yè)道德精神，但只選取“設(shè)計加工減速器”任務(wù)中的軸和齒輪為例進行研究，下一步還需要深入探究。在后期課程實施和評價方面還需要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)典型工作任務(wù)的新工藝、新技術(shù)、新要求等方面進行完善。此外，基于本研究的教學(xué)模式是否適用于本課程的其他章節(jié)知識、是否適用于其他課程和課程群的建設(shè)，有待根據(jù)具體情況進行延伸和創(chuàng)新。

基金項目：1.項目名稱：《基于《汽車維修工程》的課程思政體系研究》，項目編號：2021ZJJG013；2.項目名稱：《河北省中等職業(yè)院校學(xué)生工匠精神培育路徑研究》，項目編號：CXZZZX2023044；3.項目名稱：《新時代背景下賽教融合應(yīng)用型研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探究》，項目編號：XYJG202436。

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