基于OBE理念的“互换性与测量技术”课程教学改革.pdf

专题：OBE理念探索2023年8 月刊Column基于OBE理念的“互换性与测量技术”教学改革课程李仕春，华灯鑫，赵恒，王错，千勃兴（西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安7 1 0 0 48)【摘要】针对工程教育专业认证需求，以“互换性与测量技术”课程为例，提出并构建了基于成果导向教育理念的课程教学评价及改进机制，整合“目标一内容一实施一考核”四位一体的教学模式，强化职业规范、加工成本、检测方案等约束下的机械精度设计的复杂工程问题，实现课程教学效果的全过程评价与逐年的持续改进。基于OBE理念的课程改革可有效激发学生学习的主动性，持续保持课程教学模式的先进性，并改善课程教学效果。【关键词】课程教学改革；OBE理念；教学评价及改进机制；互换性与测量技术；精度设计【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】2 0 9 5-50 6 5（2 0 2 3）0 8-0 0 0 1-0 6收稿日期：2 0 2 0-1 2-2 4作者简介：李仕春（1 9 7 9 一），男，山东青岛人，博士，副教授，研究方向为仪器测试与集成技术、仪器类专业高等教育；华灯鑫（1 9 6 4一），男，浙江杭州人，博士，教授，研究方向为激光雷达遥感技术、高等教育；赵恒（1 9 7 9 一），男，陕西榆林人，博士，副教授，研究方向为光学检测技术；王错（1 9 8 7 一），女，湖北黄冈人，博士，讲师，研究方向为精密传感技术；千勃兴（1 9 8 7 一），男，陕西户县人，博士，讲师，研究方向为三维全场变形测量技术。基金项目：2 0 2 0 年教育部“新工科”研究与实践项目“凝炼一个心，凸显三个量，融合五个域一一测控专业“新工科改造升级路径探索与实践”（项目编号：E-DZYQ20201428）；2 0 2 1 年陕西省高等教育教学改革研究项目（重点攻关）“打造“一体两翼”特色课程链，强化精益求精”仪器行业特质”（项目编号：2 1 BG020）；2 0 2 2 年西安理工大学研究生教育教学改革研究项目“自动控制理论课程思政与仪器思维育人模式探索”（项目编号：3 1 0/2 52 0 42 2 3 1）；2 0 2 0年西安理工大学课程思政专题教学改革研究项目（重点）“融思政元素，强工程观念、革教学案例一“互换性与测量技术课程思政教学探索与实践”（项目编号：xsz2003）。0引言为推动我国高等教育的国际互认，我国开展了工程教育专业认证工作，其核心是推进成果导向教育（Outcome-based Education，O BE）理念的现代高等工科教育建设，以满足我国工业发展进程中创新型国际化人才的急迫需求。成果导向教育，也称为目标导向教育或需求导向教育，于1981年由Spady等人提出，已成为国际上华盛顿协议本科工程教育专业认证的标准核心 2-3，其实质是以学生所得为考核目标，实现教师中心向学生中心转变，构筑“培养目标一毕业要求一课程体系”之间互相支撑的有机育人体系，实现教学效果的动态考查与持续改进。“互换性与测量技术”属于仪器类和机械类专业的核心基础课，是联结“机械设计”“制造工艺”等课程的纽带 4，具有承上启下的桥梁作用，在工程教育专业认证1 2 项毕业要求的支撑体1工业和信息化教育Industry and Information Technology Education系中具有重要地位。互换性技术主要解决机械设计中的精度设计问题，包含公差设计与误差检测两部分，培养学生结合职业规范、技术标准、经济成本、加工工艺、检测水平等因素，综合分析零部件的精度设计、正确理解设计图纸的精度要求、合理设计产品质量检测方案和分析处理测量数据的能力。西安理工大学测控技术与仪器专业和机械设计制造及其自动化专业分别于2 0 1 5和2 0 1 7 年通过了我国工程教育专业认证，“互换性与测量技术”课程作为其核心专业基础课程，构建了基于OBE理念的课程教学评价及改进机制，积极探索优化课程教学模式并持续改进，不断提升课程教学效果，取得了较好的人才培养效果。2023年8 月刊目前，随着各专业新知识的不断涌现，传统“互换性与测量技术”课程的教学时间被不断压缩，课程知识点也持续地增删 5，课程体系的系统性和整体性遭到破坏，知识碎片化不利于课程教学，出现了重知识轻联系、重理论轻观念、重考试轻评价等现象。重知识轻联系，即授课时侧重讲授独立的知识点，而忽视知识点之间及跨课程知识点之间的联系；重理论轻观念，即课程教学侧重基础理论讲授，而忽视专业课程中价值观塑造的育人功能；重考试轻评价，即成绩评定和教学评价过分依赖试卷，而忽视学生的直观感受及过程性评价。2孝教学改革的指导思想和路线1课程特点与存在问题“互换性与测量技术”课程的研究对象是产品几何参数的精度设计问题，解决精度设计问题是从事产品设计、制造、测量等工程技术人员的必备能力，是我国装备制造业水平升级的重要环节。“互换性与测量技术”课程具有如下特点：覆盖专业多：涉及西安理工大学测控技术与仪器、机械设计制造及其自动化、工业工程、车辆工程、智能制造工程5个本科专业。背景知识广：精度设计是机械设计中重要环节（系统设计、参数设计、精度设计和工艺设计）之一，涉及机械制图、机械原理、机械设计、制造工艺等系列课程的多方面背景知识。定义符号多：机械领域工程语言（三视图）的词法和语法，涉及机械和测量领域50 余项国家和行业标准，包含百余项专业术语和符号，需要学生能够利用符号进行专业的技术表达。实践联系紧：需要学生具备一定程度的工程实践背景，如前序的工程训练，初步了解产品制造工艺的基本原理。例如，学生学习配合制选择时，需要了解普通孔轴的车削加工和检测所需要的刀具和检具；学习齿轮的几何误差影响因素时，需要了解滚齿加工的基本原理及齿轮坏装卡工艺等。2针对“互换性与测量技术”课程教学中存在的知识碎片化问题，依据其覆盖专业多、背景知识广、定义符号多和实践联系紧的特点，结合工程教育专业认证的要求，开展基于OBE理念的教学模式改革研究，“互换性与测量技术”课程改革指导思想和路线如图1 所示。实现教学理念由教师中心向学生中心转变，课程体系实现思政元素与专业知识、公差设计与检测方案、通用体系与特殊规范的融合重构，教学过程规划了需求导向目标、思政引领体系、项目驱动设计、多方协同实践、主客观过程评价5个层次环节，注重对学生家国情怀、知识产权、工程哲学、职业规范、精益求精、创新意识、终身学习的价值塑造。家国情怀终身学习思政课程目标元素专业知识理念公差转变通用检测设计方案教学设计知识产权工程哲学图1“互换性与测量技术”课程改革指导思想和路线精益求精授课体系体系特殊规范创新意识专题：OBE理念探索2023年8 月刊Column3教学改革的具体措施“互换性与测量技术”课程教学组织及实施的核心是构建基于OBE理念的教学评价及改进机制（如图2 所示），系统整合“目标一内容一实施一考核”四位一体的教学模式，强化职业规范、加工成本、检测方案等约束下的机械精度设计的复杂工程问题，贯通价值塑造、能力培养、知识传授的“互换性与测量技术”课程全方位育人格局，实现课程教学效果的全过程评价与逐年的持续改进。3.1对标毕业要求，优化课程目标OBE理念的教学组织模式采用的是反向设计，组织教学的出发点是需要学生学什么，达到预期学习成果（即专业培养目标或毕业要求）。需要教师能够把握各行业对人才的需求和动态发展趋势，及时捕捉行业产业新技术动态和人才需求动向，紧跟时代步伐，强化教师铸魂育人的意识和能力，塑造师生协同的终身学习观念。因此，授课教师不仅需要知道课程需要教授哪些知识、培养何种能力和塑造什么价值，而且需要理解所授专业的培养目标和毕业要求，尤其是那些教学教学教学监控过程方案质量核定持续改进设计修订达成指标点1指标点2毕业要求指标点3指标点.指标点.指标点n个毕业要求达成度评价与本门课程密切相关的课程间的联系，同时也能够评价或评估课程对应的知识点、能力点和素质点（即可评价的毕业要求指标点）的达成程度。综合西安理工大学5个本科专业毕业要求支撑体系规划，结合“互换性与测量技术”课程的特点及机械行业需求，优化设计课程目标与毕业要求之间的支撑关系如表1 所示，课程目标是通过讲授机械互换性的公差体系、尺寸公差及其配合、几何公差体系、表面粗糙度轮廓、几何量检测原理及方法、特殊零部件标准规范、尺寸链设计等基础知识，培养学生作为测量工程师和机械工程师的精度设计及分析能力，即综合考虑职业规范、经济成本、加工能力和检测水平等因素，依据国家行业标准进行规范设计与分析的能力，引导学生对家国情怀、知识产权、工程哲学、职业规范、精益求精、创新意识、终身学习的价值塑造。可评估的具体课程教学目标如下：目标1 学习互换性技术及其发展历程、标准化及我国地位及精度设计思想等，塑造学生精益求精的工匠精神、以标准为核心的工程观念、平衡矛盾的工程哲学及家国情怀；目标2 能够应用尺寸公差、几何公差及表面粗糙度轮廓的工程规范体系，学习常规检测仪器原理，规范设计并合理标注机械零部件的公差参数；目标3 能够综合考虑加工工艺与测教学日历督培养中导听课期座炎大纲课件审查检查监控机制评估教学体系自然科学类教学设计课程目标教学环节通识教育类教学大纲评价课程目标达成度评价学生图2 基于OBE理念的教学评价及改进机制试卷审核谈评价方案合理性课程考核合理性修订评估工程理论类课堂设计评价方案实践训练类出勤讨论作业测验实验试卷分析体现问卷知识、能力、素质调查资贝料检查指导评价教学活动条件教师课堂教学课前准备教学过程实施实践训练记录分析课程考核3工业和信息化教育Industry and Information Technology Education表1 课程目标与毕业要求之间支撑关系课程目标毕业要求指标13设计/开发解决方案5使用现代工具6工程与社会8职业规范量水平，优化设计机械零部件精度指标，并设计合理的测量方案进行合格性检测；目标4能够理解轴承、螺纹、齿轮等特殊机械零部件的标准规范体系，合理设计其机械互换性参数及其合格性评价方案；目标5具有考虑职业规范、经济成本、加工工艺、检测水平等多因素，综合分析复杂机械零部件的精度设计及检测方案的能力。3.2融合项目与思政优化知识体系依据符合时代特征和行业特质的培养目标，多角度深人挖掘“互换性与测量技术”课程中的思政元素及工程项目中的精度设计问题，以课程思政和项目主线为核心重构课程教学体系。在体现行业特色及专业优势的专业课程中融入思政元素，讲授崇高思想武装的专业知识，塑造根植理想信念的职业道德，开展激发学生共鸣的隐性思政教育。项目主线教学核心在于通过项目将碎片化的知识点贯穿整个课程教学，并在项目实施与案例设计中凸显复杂前沿工程问题与非技术因素间的制约关系，以技术要素诱导职业道德、交流沟通、团队合作、组织领导、创新意识等非技术能力的养成，促进学生综合素养的全面提升。课程思政本质在于学生人文素养的提升，即通过课程教学将科学价值理念内化为学生的信念、外化为做人做事的行为 。例如，互换性技术发展历程中，北宋毕昇发明的活字印刷，就是我国古代互换性思想体现，此例子有助于培养学生的家国情怀。在“互换性与测量技术”课程的精度设计中，蕴藏着工程设计中透过现象看本质、抓主要矛盾等哲学方法论，有助于培养学生工程哲学思想。机械零部件的精度设计，即工程42023年8 月刊师结合具体零部件结构展开精度设计分析，需要抓住主要矛盾的对立因素，如加工工艺水平与经230.70.31.00.340.70.750.3济成本、使用要求与加工成本、公差方案与检测水平等，平衡矛盾的双方以优化精度设计方案。为确保零部件的互换性而要遵循的国家标准、行业规范、企业标准等，其本质就是设定额外约束，有利于组织大规模产业化生产，提高产品生产效率和适用性。项目本质上就是提出一种技术实现的两难情境，没有特定的解决方法。项目主线教学强调学生的主体地位和教师的主导作用，教师主要扮演引导者和激励者的角色，需要教师设计融合思政元素与工程技术观的教学互动，并鼓励学生积极参与项目讨论。“互换性与测量技术”课程教学中，开展以简单且典型的齿轮减速器或者齿轮油泵项目为对象，设计核心探讨式问题，深入讨论分析不同知识点之间的联系，如技术标准中优先数系的封闭性与优先数的代表性，孔基本偏差与轴基本偏差潜在的“同名配合，性质相当”的原则，孔轴体外作用尺寸与螺纹作用中径的一致性，孔轴配合公差计算与尺寸链封闭环计算的联系等。同时，与课堂教学并行，设计开放性大作业，以小组形式推进项目实施，针对学习反馈及时调整教学策略，调动学生的参与积极性，运用引导式、启发式、互动式的授课方式，通过项目主线式教学，培养学生的团队协作及沟通交流能力，充分发挥学生的兴趣和主观能动性，以技术要素诱导职业道德、交流沟通、团队合作、组织领导、创新意识等非技术能力的养成，提高学习效率，培养学生批判性思维与创新意识。3.3线上线下结合的案例式教学实施充分发挥传统教学体系完整性和多媒体教学信息量大的优势，基于生产实践与学术前沿，将教师的科研和工程项目融人教学，开展形式多样、线上线下结合、典型案例示范的混合式教学。设计适合研讨的开放性题目，调动学生的学习兴趣与积极性，并将翻转课堂教学与考核方案结合起来，多角度全方位评价学生的学习效果，形成教师指导下以学生为中心自主学习、自由讨专题：OBE理念探索2023年8 月刊Column论、积极探索的师生互动学习模式，积极引导学生树立正确工程观念、精益求精的工匠精神和家国情怀。在仪器类专业的育人目标中，凸显“智能+质量”的行业特质，明确仪器作为工业感官的行业定位，强化仪器设备的精度设计与分析理论，体现制造信息智能搜集和质量控制优势。课程教学中，以机械中的轴类、卡盘类、箱体类、叉架类零件为对象，分别选取驱动轴、从动齿轮、箱体等典型零件，组织实施典型案例教学。以滚动轴承、紧固螺钉、圆柱齿轮为例开展标准件及常用件的教学。结合西安理工大学专业特色，基于三坐标测量机和齿轮测量中心等综合检测设备，讲解螺纹与齿轮的单项及综合指标的检测方案，对比分析单项精度指标与综合精度指标的差异，并开展设计性和综合性实验教学，选择不同类型的典型零件，将尺寸测量、几何精度测量进行整合，选择不同的零件坐标系方案，设计不同测量方案，并比较分析测量方案的优劣，比较测量结果的一致程度。采用三坐标测量机对复杂的箱体类零件的精度进行全方位综合检测评价，设计不同测量顺序并进行比较分析及合格性判断。例如，设计依据螺纹代号，要求学生查表确定螺纹中径的合格判据，并进行实际检测的综合性实验，让学生自己动脑思考，运用什么样的量具和仪器测量螺纹中径，才能够既经济合理，又快速准确地完成任务。加深学生对精度设计与测量相互联系与制约的理解，提升分析复杂精度设计及测量问题的能力。3.4主客观相结合的过程性评价与持续改进在课程教学目标考核与达成度评价中，建立完善的教学过程质量评价机制，弱化教师教学指标考核，强化学生学习效果考核 7-8 ，立足于学生精神成长与能力提升，强化从精神层面体现课程教学的育人价值，基于校内外结合、课内外结合、线上线下结合、师生结合的“多元、多维、多样、多级”的学生综合能力评价方式，建立学习过程自我评价与教师评价主客观相结合的评价机制。通过规范课程评价方案的合理性和课程考核合理性，确保课程考核的稳定性与一致性。学生学习成果评价是教学过程的阶段性终点，同时也是教学改进的起点，课程达成度评价结果用于逐年的持续改进。过程性评价是利用量化指标，考查学生的平时学习状况，涉及课前预习、课堂考勤、课堂学习、课后作业、阶段测验、实习实验等环节的跟踪与监测，实施中加强学生学习过程管理，鼓励学生主动参与学习过程评价。试卷考核是过程性评价的重要环节，通过教学大纲设计课程目标的总体考核方式和试卷题目的分布比例，以确保评价方案的合理性与纵向一致性；试卷设计中，则需要依据教学大纲的考核方案，结合“互换性与测量技术”课程目标，精心设计考题，减少识记性知识内容，加大工程分析题、设计题等开放性题目比例，考查学生的工程观念和创新意识，以及灵活运用基本理论认识问题、分析问题和解决问题的能力，确保试卷设计足以支撑核心课程目标的达成度评价。分组项目实施教学设计中，开展尺寸公差、几何公差及表面粗糙度轮廓的选择与标注，可采用全过程综合考查思路，教师结合学生工程制图测绘实践项目的工程图纸进行项目评价，考查学生综合分析国家标准、行业规范、法律因素、职业道德等因素分析项目方案的能力；学生依据小组成员参与程度，开展互相评价，调动学生的积极性和主动性，考查学生交流沟通、团队协作、工程与社会分析等能力；课程考试结束后，基于西安理工大学云课堂平台开展学生学习效果自我评价的调查问卷，有效地反映学生的思想状况、知识水平及学习效果。综合上述多种评价方式，评价课程目标达成效果，并进行对比分析，找到教学过程中的薄弱环节，持续改进教学效果。4丝结语基于国际上广泛认可的OBE理念，结合工程教育专业认证要求和“互换性与测量技术”课（下接第1 0 页）5工业和信息化教育Industry and Information Technology Education课程研究型教学模式探索 J.电气电子教学学报，2021,43（2）：8 9-9 5.7沈虹，王晓寰，张莹.基于OBE理念的电力电子技术课程教学改革 教育教学论坛，2 0 1 8（1 6）：1 1 8-1 1 9.8王子赞，王艳，纪志成“新工科”背景下“电力电子技术”课程数字化新形态教材建设研究 .科教导刊（中旬刊），2 0 2 0（7）：1 0 6-1 0 7.2023年8 月刊9周悦，胡媛，霍海波，等.基于知识能力素养培养的“电路原理”课程考核改革与实践 .江苏理工学院学报，2 0 1 8（2）：1 9 7-1 9 8.10】王琪，钮燕燕，罗印升，等.电气类专业课程教学模式的探索：以“电力电子技术”课程教学为例 .江苏理工学院学报，2 0 2 1，2 7（2）：1 0 2-1 1 0.（上接第5页）程特点，构建了基于OBE理念的“互换性与测量技术”课程教学评价及改进机制，通过对标毕业要求优化课程目标、融合项目与思政优化知识体系、线上线下结合的案例式教学实施、主客观结合的全过程评价等措施，整合“目标一内容一实施一考核”四位一体的教学模式，强化职业规范、加工成本、检测方案等约束下的机械零部件精度设计，实现学生家国情怀、知识产权、工程哲学、职业规范、精益求精、创新意识、终身学习的价值塑造，持续保持课程教学模式的先进性并改善课程教学效果。【参考文献】1】李志义.中国工程教育专业认证的“最后一公里”高教发展与评估，2 0 2 0，3 6（3）：1-1 3.2朱姝姝，杨兰芳，刘闯.基于OBE的电气专业“信号与线性系统”课程设计研究 .工业和信息化教育，2020（1）：3 2-3 6.3王烨，杜云，杨霞，等.基于OBE背景下的“自动检测技术”的课程体系优化 .高教学刊，2 0 1 9(17):78-80.4王鹏，苗磊，余亮.基于OBE理念的互换性与技术测量课程教学改革 J.辽宁科技学院学报，2 0 2 0，2 2(2):47-48.5王建彬，王介石，江本赤.工程教育认证OBE理念在互换性课程教学中的实践与探索：以安徽工程大学为例 .宜春学院学报，2 0 1 9，41（1 2）：1 1 7-1 1 9.6曾豪，张元圆，高君华.立德树人视域下课程思政建设的路径优化分析 J.工业和信息化教育，2 0 2 0(8):38-41.71黎书文，潘克强.基于OBE的课程目标达成度评价方法研究及应用：以“机械原理”课程为例 J.工业和信息化教育，2 0 2 0（5）：7 4-7 8.8赵丽琴，庞学慧，崔宝珍，等.形成性评价在互换性与技术测量课程中的应用 J.高教学刊，2 0 1 9（1）：108-110.10