新工科背景下基于OBE理念的设计工程实践课程教学研究

王卓 陈骏

关键词：新工科;OBE 理念;工业设计;工程实践;教学改革

随着互联网、5G 通讯等产业革命加速进行，高等教育也面临着新挑战，步入了新的阶段。2017 年教育部开始推进高校教育改革“新工科”计划，新工科强调高校教育革新，旨在促进学校教育与社会需求的有机结合，同时与产业发展相匹配[1-2]。互联网+、人工智能等正在成为当今社会继机械化、电气化和信息化之后的全新变革，社会需求要求高校教育与时俱进，学科交叉融合，孕育产生交叉专业，进行跨院系、跨学科、跨专业培养工程人才的教育模式。在这样的背景下，传统授课方式亟待调整、改革[3]。工业设计作为应用型专业，旨在培养学生设计核心能力。针对设计工程实践能力，以OBE 理念为导向进行教学改革，制定教学目标、重构课程内容，相关序列课程对应不同阶段能力，课程内容也做相应调整，细化为对学生不同阶段工程能力的培养。不仅使学生掌握基础设计工程实践能力，如读图、测绘、绘图能力，也要培养进阶能力，如常见产品结构 、工艺的理解、应用，最终达到综合的设计工程创新应用能力。

1 新工科背景下的OBE 教育模式

OBE（Outcome-based Education）是指基于学习产出的教育模式，强调以预期学习成果为导向来驱动教学活动[4]。围绕“定义教学目标、教学过程实践、教学学习评价、反馈提升教学”进行的教育模式。在OBE 模式中，教育不仅要让学生学会掌握理论知识，更重要的是掌握自主学习和综合运用的方法。OBE 是一种逆向模式的教育过程设计，用期望达成学习成果方向修订教学内容和方法的教育理念。

工业设计专业是以设计学为基础的交叉学科，学科、专业理论跨度大，由于多种因素所限，专业理论与实践创新的结合难度大。而“新工科”对于工业设计专业的要求正是培养具备创新创业意识、工程实践能力和跨界整合能力等复合型人才，以OBE教育模式为指导，以工业设计专业培养目标为核心，高校人才培养应紧密围绕国家战略和区域发展需要，加快建设发展新工科，不断细化完善培养目标，让学生具备以下专业核心能力：掌握完善的工业设计表达能力与扎实的设计工程基础知识，具备设计情报分析与整合、并进行产品创新设计的能力，同时能够适应社会与市场的需求，具有良好的团队合作能力，成为全面发展的应用型高级设计人才。同时，综合运用线上、线下混合式教学，理论考核与实践课题相结合、完善多元化考核体系，对教学活动和考核方式进行互动调整，形成以学生为主体的应用型设计人才教育模式[5]。

2 设计工程实践类课程教学现状与问题

机械机构设计是工业设计专业需要掌握的重要能力。就产品设计而言，机械设计侧重于“硬件功能”设计，工业设计重点在“整合与体验”设计，而在实际产品设计研发过程中，两者融合且并行，通过灵活制定设计过程，有效提升新产品的设计质量。因此，各高校工业设计专业普遍开设了机械机构创新的设计工程实践课程，但内容、方法、难易程度与机械设计专业要求均有区别，工业设计专业更重视常识与实践。通过对部分院校所设同类课程的调研对比，发现该类课程普遍存在以下的问题：1） 从整体而言，缺乏清晰的学生工程实践能力培养目标，没有针对工程实践能力培养的具体规划，课程理论与实践无法实现有序衔接，使理论和实践相脱离;2） 教学过程中，教学环节设计缺乏OBE 理论指导，教学培养目标没有明确提出工程实践能力培养规划，教学方式、手段陈旧缺乏有效互动，使学生知识理论掌握不扎实，无法达成工程实践能力以及创新设计能力的培养目标;3） 教学反馈机制、教学评价体系不完善，难以形成互相促进、完善的教学闭环。课程多以一卷定终身，闭卷理论考试为主，教学缺乏工程实践环节，学生能力提升的过程性评价缺失，無法实现对教学的引导和督促作用。

3 设计工程实践类课程教学改革方案

3.1 以提升设计工程实践能力为导向

《机械机构创新》课程以OBE 为导向确立层级化教学目标，设计教学内容，组织教学活动和教学评价体系。从而培养学生逐步提升工程意识、工程能力、创新能力，强调知识与能力的并重，完成层级化教学目标[6]，如图1。

3.2 以学生为中心的教学灵活互动

根据教学目标，教师通过项目实践课题制定灵活有效的课程内容，实践课题进行整合创新、交叉融合，能够培养学生工程实践能力。教学过程采用线上线下混合式教学。依托线上教学平台，课程充分利用在线教学功能与资源，增加学生的学习自由度，激发学习兴趣。

如图2 所示， 教学实施过程中，教师课前在线上发布课题，学生自主学习教学内容，查找收集课题相关资料，教师进行互动答疑;教师在课堂教学时，进行课前测试，对教学内容重点、难点进行细化讲解。课后师生进行讨论、答疑、指导，突出以学生为中心，从“以教为中心”转向“以学为中心”，并通过多元化的教学评价体系，获得教学反馈，从而修订教学目标。

3.3 建立完善的课程考核体系

《机械机构创新》课程的理论知识部分长久以来是以考试为主，实践课题部分训练目的性较弱，缺少过程考核。课程改革后，按照“重视作业成果、兼顾平时表现，强调实践能力、突出创新思维”的指导思想，对学生的工程实践学习过程进行综合考查、集体评审。

考核方式从教学过程、设计实践课题和作业成果三个方面考核。教学过程主要考核学生平时线上线下课堂表现、知识测验和对知识点的掌握;设计实践课题考核主要从学生参与设计调研、讨论和课堂活动的过程参与等方面展开;作业成果考核主要从设计课题作品创意、难易度、完善度和展示效果等多方面进行。这样的作业过程考核体系既考核学生的学习成果，又兼顾学生的课业学习过程，使整个课程考核体系考虑全面、权重合理。

4 基于OBE 理念的设计工程实践类课程教学改革内容

4.1 课程教学目标、内容与评价体系

新工科背景下的OBE 教育理念注重学习产出，强调通过课程学习达成设计专业核心能力培养。因此《机械机构创新》课程的教学目标要明确反映对学生各项专业能力的支撑。结合专业特点及社会对工业设计人才需求，毕业生对于能力的要求可划分为三个层次，即基础工程实践意识培养、工程实践能力培养和综合创新设计能力培养[6]。

将《机械机构创新》课程教学目标分解为针对专业能力的培养目标，掌握基础工程实践意识能力，如读图和绘图的能力、软件技能等，同时培养学生工程实践能力，例如进行机械装置的拆装、测绘、绘制标准零件、装配图纸，以及培养综合创新设计能力，如课程中的创新智能机构类产品设计，可同时制作出样机进行发布展示。通过以上针对能力培养的课程调整，构建递进式教学体系，实现循序渐进培养学生设计工程实践能力的目标。

在教学过程中，根据教学内容与目标的对应关系，教学评价体系亦采取多元化评价方式。同时，教学活动注重学生参与，学生可参与课程内容建设、课程知识学习、课程具体教学方式，以及参与课程成绩相互评价。如表1 所示为《机械机构创新》课程围绕OBE 理念设定的改革目标与内容。

4.2 以教学目标为导向进行课程教学环节设计

1） 教学模式采用线上线下混合式教学。《机械机构创新》课程采用线上线下混合式授课，以雨课堂平台为基础，通过学生移动端，教师大数据分析管理，构建课堂—网络—移动端混合式教学模式。课前线上发布课程任务、微课及所学过的课程相关知识，便于学生自主学习。线下课程，学生在课堂上进行作业发布，其他学生参与提问、评价等互动，学生转变成教学的主体，教师进行课堂引导、指导及总结。师生身份互换，激发学生自主学习兴趣。以“典型产品的运动传动”解析课题为例，学生通过调研和解析产品的运动、传动和执行，理解运动机构和运动形式的特点，通过课堂上学生发布、提问讨论、角色互换，将前序课程的基础知识和本课程所学的工程知识融会贯通，培养学生分析和解决设计工程领域的基本问题，提升综合设计创新能力。

2） 专项单元课题培养学生基础工程意识。部分课程专项单元知识点内容复杂，作业课题可分析实际产品，从实际产品分析中探究知识点，根据课题内容讲授知识点的原理、方法，将生僻、发散的机构知识点串联起来，如表2 所示，便于学生理解。以连杆机构相关知识点为例，课前发布的教学任务：调研生活中的连杆机构，要求学生分组进行调研，每组调研5 个以上产品，并进行产品分析，包括造型结构、材料工艺、机构运动、人机工效等因素分析，以报告形式提交并在课堂上进行展示发布。

3） 实践环节课题注重培养学生综合创新能力。课程综合实践环节内容是拆解可动产品，在单元课题的基础上加大广度和深度，产品选择可侧重学生群体兴趣，课题要求学生完成产品拆解、测绘机构、动画模拟、材料及结构分析等内容，并进行改良设计，提升学生对专业知识的综合运用能力。实践过程中鼓励团队合作、分工协作，通过查阅文献资料、团队讨论、师生互动等，使学生在课题项目中最大程度的发挥主观能动性。同时，鼓励学生参加大学生创新创业竞赛，以赛促学，促进成果转化，使整个教学过程以教师为主导，学生为主体，培养学生综合设计工程实践能力及创新能力。

4） 以赛促学展示教学成果提升教学质量。部分课题可以科研项目为依托，立足科教融合，鼓励专业能力强的学生参与，课外指导学生进行综合设计实践。学生可自主选择教师项目进行参与，在教师的指导下开展相关研究和开发、发表学术论文、申报产品专利，对创新设计成果进行保护，使学生了解知识产权的重要性 [7]。

部分课题内容可结合国家、省级各项创新创业大赛内容进行，如省级工业设计竞赛，全国三维数字化大赛等各类官方比赛，以赛促学、理论结合实际，对学生的理论知识，实操技能、团队合作素质等都有较大提升。为了更好地将作业课题结合大赛，教师必须在教学过程中更加注重教学的前沿性，课题的创新性和学生作业方案的可行性，改善教学手段，丰富教学内容，提高教学质量，培养学生创新设计和团队合作能力，以及在竞赛现场的临场表达能力。

4.3 以学习成果为导向建立多元化考核体系

《机械机构创新》依据课程培养目标，开展多层次、递进式实践教学，构建培养目标的多元课程考核体系。课程最终成绩评定方式分为理论教学部分和实践教学部分，成绩各占50%，具体考核内容等如表3 所示。

在课堂教学过程中，根据学生课堂参与度，线上线下测试及作业反馈，掌握学生对知识点理解程度，及时对教学环节、教学设计进行检讨修正，改善教学效果。

课程总结及综合效果评价包含了作业发布、学生自评与互评、教师集体点评、课程组教师总结，以及课题测试的成绩反馈、总结等。

综合以上因素，通过课程评价体系形成有效的教学反馈，是提高教学质量的重要手段，有利课程的全局掌控、革新，同时激发教师的积极性，提升学生的参与度。

4.4 引入智能硬件知识培养学生跨学科创新意识

随着5G 时代的到来，物联网、人工智能等技术发展，在新工科背景下，《机械机构创新》课程部分实践课题融入智能硬件，将枯燥的机构原理赋予智能化、趣味化设计，强化学生自主创新意识和设计兴趣。根据课题要求，学生进行“智能芯”原型搭建，机构原理模型设计与计算，利用三维软件进行外形与机构设计，运用3D 打印或激光雕刻制作实体验证模型。整个过程中，学生通过团队协作完成课题，利用掌握的专业知识解决设计中的各项问题，提升了学生的工程实践能力。

5 结语

新工科背景下，应用型本科院校工业设计专业培养学生的工程实践能力和创新设计能力是核心目标，使学生能够达到社会所需的应用型人才要求。以OBE 为导向，完善工业设计人才培养方案及课程体系，同时，工程实践能力教学建设要从教學目标、教学方法、教学内容和课程评价等方面的改革深入进行，从而培养适应行业发展长远需要和区域经济、社会和文化建设与发展战略需求，具有扎实的专业基础知识、突出的设计实践能力和良好的设计师职业素养，具备国际视野的应用型设计人才。