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以制造业发展为导向基于OBE理念的应用型本科人才培养模式探索论文

发布时间:2021-01-11 09:43:08 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:随着制造业的发展,对制造企业的技术人员提出了越来越高的要求,如何培养能够承担现代制造企业的转型升级、系统维护和运行管理等应用型高素质人才,是应用型本科院校人才培养面临的新课题。本文以机械设计制造及其自动化专业应用型本科人才培养为例,开展了基于OBE理念的应用型本科人才培养模式的探索研究,以培养能够适应制造业发展需要的应用型人才为目标,设计了教学改革总体方案,提出了基于OBE的多项教学改革举措,并在教学过程中推进实施,体现了学习成果导向、以学生为中心和持续改进的教学改革思想,起到了以制造业新发展对人才的需求为导向、转变教师的思想观念、提高学生的学习主动性的作用,为进一步深化教学改革打下了良好基础。

关键词:制造业发展;OBE理念;应用型人才;培养模式

本文引用格式:刘吉轩,等.以制造业发展为导向基于OBE理念的应用型本科人才培养模式探索[J].教育现代化,2019,6(71):12-16,27.

随着我国大力推动创新驱动发展,以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展,对工程科技人才提出了更高要求,迫切需要加快工程教育改革创新,包括需要加快应用型创新人才培养模式的改革[1]。根据制造企业发展对人才的需求,结合应用型本科院校的特点,以制造业发展为导向,探索基于OBE(Outcome-based Education的简写)理念的应用型本科人才培养模式,无疑具有十分重要的意义。

基于“OBE”的教育模式最早是由美国教育家Spady率先提出,其核心是学习成果导向,重点强调教育范式由“内容为本”向“学生为本”的根本转变、教育活动由“教师为中心”向“学生为中心”的转移,至今,在创新人才的培养实践中发挥了广泛而重要作用。由于OBE教育模式具有显著的科学性、实用性和有效性,国际工程教育认证协会全面接受了OBE的理念,并将其贯穿于工程教育认证标准的始终[3,4]。本文是以制造业发展对应用型人才需求为导向,基于OBE理念,以本校机械设计制造及其自动化专业为例,开展了应用型本科人才培养模式的探索研究,是对应用型人才培养传统模式的改革。

一 制造业发展对学生能力的新需求

自动化将导致工业形态发生改变,特别是企业工作者的角色和地位将发生较大改变,这就要求现代制造企业的技术人员拥有新的知识和技能,并能够与机器人进行协作[5]。

在现代机械制造系统中,随着数字化研发设计管理工具的普及,技术人员需要具备现代制造的基本素质,传统的工艺类岗位也面临着数字化改造,CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAE(计算机辅助模拟仿真分析)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)、MES(生产过程执行管理系统)、ERP(企业资源计划)等工具的运用已经成为技术人员的基本能力要求。一些传统岗位在生产中的作用将逐渐弱化,甚至消失,例如:晒图员岗位逐渐退出历史舞台,而数字化建模、精益专员、逆向造型、3D打印、精密测量与检验岗位越来越重要。随着国家对传统企业进行数控化、信息化和智能化改造,高端数控机床、工业机器人、增材制造等智能化制造装备将会普及应用,需要大量的系统调试、运行维护、系统管理等方面的应用型本科专业人才。可以预见,随着自动化装备的大量运用,对机械设计制造及其自动化专业应用型人才有着巨大需求。

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二 教学改革总体方案

以制造业需求为导向,对机械设计制造及其自动化专业本科人才培养模式进行改革,主要是以毕业生预期达到的学习成果和能力水平为目标,根据“逆向工程”原理反向设计人才培养的教学流程,建立学习成果达成度的多维评价体系,进行实践教学模式改革和完善,开展相应的教学内容和方法改革,在持续改进过程中保障学习成果的目标达成。改革的总体思路如图1所示。

三 基于OBE理念的教学改革举措

(一)以学习成果产出导向的教学流程设计


以制造业对应用型人才需求为导向,确定机制专业人才培养目标,依据培养目标确定对学生的能力要求,按照能力要求决定培养的指标点/知识点,依据指标点/知识点确定课程体系、教学要求和教学内容。以学习成果产出为导向的教学流程如图2所示。

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在实施过程中,要对学生的学习成果和能力达成度进行评价,即与毕业要求进行比较,若没有达到毕业要求,则要进行各个教学环节的持续改进,其终极目标是达到毕业要求为止,这就形成了校内循环机制。随着社会对应用型人才的需求变化,对应用型机制专业本科生的培养目标和毕业要求应做出相应的动态调整,并且要求通过各个教学环节予以达成,再对目标达成度给予评价,分析其与对人才需求的符合程度,这就形成了校外循环机制。

(二)基于OBE理念对培养方案进行修订完善

基于OBE理念,根据培养目标达成要求,厘析培养标准/观测指标、课程体系、教学大纲、教学方法/手段设计之间的关系,并进行改革完善。如图3为基于OBE理念的整个教学系统设计关系图。


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图3表明,在应用型机制专业本科人才培养方案确定之后,首先依据培养方案确定毕业要求,再依据毕业要求确定培养标准/观测指标,依据培养指标制定课程体系,针对课程体系制定教学大纲,依据教学大纲设计教学方法/手段。所设计的教学方法/手段实质上就是保证达成培养目标的具体保障措施,而采取什么样的教学方法和手段是受培养方案所约束,所以教学方法和手段与培养方案之间是相互作用的。考虑到制造业发展对机制专业应用型本科毕业生的新需求,本校机制专业培养方案在2016年修订时,注重了以下几点:(1)保证一定的通识类素质教育和专业基础知识的学分;(2)加强实践性教学,课程设计和实验实训类课程以及实习实践环节的学分达到总学分的三分之一以上;(3)加强了二维/三维CAD及其应用实践、数控技术及其应用、3D打印技术及其应用等必修课程,也增加了机器人应用基础、先进制造技术基础、智能制造技术导论等选修课程,体现了以智能制造为导向基于OBE的机制专业应用型本科人才培养新理念。为了进一步体现智能制造特点,本校已经着手启动新一轮培养方案的修订工作,将进一步增强CAM、CAE、CAPP、MES等方面的内容和应用工具学习的课程,以利于学生能够更好适应在现代制造企业就业的需求。

(三)构建三位一体多维评价的学习产出考核体系

根据机械设计制造及其自动化专业的特点,以现代制造系统的构建调试、运行维护、管理服务为导向,以机电装备(产品)的设计、制造、运行、管理为载体,构思机制专业应用型本科人才培养的三位一体学习成果产出多维评价体系(图4所示),其中包括理论基础考核、实践技能考核和职场训练考核等。理论基础考核主要是通过问题导向、注重培养分析和解决工程问题的能力为准则,考核学生对理论基础知识的达成度;实践技能考核主要是通过项目或任务驱动的课程设计与实验实训方式,考核学生实践能力的达成度;以试卷解答问题、讨论回答问题、定量分析问题等多种形式考核学生掌握相关专业知识的程度;实验实训考核是通过学生实验操作技能、实验结果总结分析、综合实验实训能力的考核,评价学生的实验实训成果达成度;校外实习考核依据培养目标进行评价,每项实习模块及工程项目模拟训练都是对毕业要求达成的支撑,而面向达成度的过程考核可分解为对学生整个实习过程中的全程跟踪与形成性评估。对机制专业的实习模块分配“实现”方式(例如:讲座、演示、现场参观、工艺过程实习、成品检验、设计等),以及合理的“权重”(每个指标点对应项的总权数等于1),根据实习过程的综合表现,考察学生对实习内容的认识度,考察学生对基本工程问题的分析解决综合能力,考查学生对生产过程的组织与管理了解程度等。

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(四)基于OBE理念的教学内容和教学方法改革

为了保障培养目标和学习成果的有效达成,在教学内容和教学方法方面进行了改革,主要从“教学内容适时更新,保障知识学有所需”、“重视教学方法创新,提高课堂教学效果”、“调动学生自主学习,发挥教师主导作用”三个方面着力(如图5所示)。


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1.教学内容适时更新,保障知识学有所需

基于OBE理念的教学模式注重学习产出,智能制造背景下,数字化、智能化、网络化的特点日益凸显,这就无疑对机制专业的教学内容提出了新的要求,对原有的教学内容进行适时更新,保障所学知识学有所需,是机制专业升级改造和课程内容改革的必然趋势。

在机制专业教学的预期“学习产出”,最终要落实到课程教学内容上,逆向设计同样存在于教学设计中,要求教师首先清晰的了解课程对专业培养目标的作用及贡献,确定课程层面的“学习产出”以及同一模块课程之间的联系;然后明确界定学生在本课程中应该知道什么、理解什么,以及运用所学知识能够做些什么,达到怎样的“学习结果”,学习结果要求能观测、能展示;最后将“学习结果”分解为可以操作的细化的课程教学内容,即需要学生分别掌握、理解具体的知识点及应用,制定详细、具体的课程大纲。并明确制定学习结果的评估方法和评分标准,确保教学内容的可持续改进,保障“知识—能力—素养”一体化学习结果在具体教学内容和环节中的实现。

2.重视教学方法创新,提高实际教学效果

大学生能力的培养需要阶梯式、多环节协同作用才能达成,其中教学方法/手段是关键环节。要求教师需根据机制专业应用型本科生“学习结果”的类型,设计并运用多样化的教学模式/方法,提供教学实践条件,从而行之有效地帮助学生实现知识的掌握和能力迁移。教学模式主要涉及到基于问题的教学模式(PBL)、基于探究的教学模式(EBL)、混合教学模式(BL)、合作学习教学模式(TBL)。实践教学采用基于问题的课程设计、基于项目的综合实验实训等形式,根据由浅显到深入、由具体到抽象、由简单到复杂的原则,构思教学方法和课程之间的关系,形成多形式、多层次、渐进式的教学模式。教师在方法上注意引入工程实际问题和案例,促使教学内容趋向“工程化”。通过问题、案例或项目将工程实际与理论学习密切结合起来,将讲、学、练三者相结合,使学生能进行“实战性”的实践综合训练,在训练过程中,工程意识和工程理念能逐步地渗入到学生的思维中去,进而培养学生独立的工程意识。有意识地采用项目分解、小组协作等方法,从立项论证、总体方案设计、实验研究与数据分析、项目总结等方面,全方位、多角度指导学生,有利于培养学生分析和解决问题的能力。

3.调动学生自主学习,发挥教师主导作用

基于OBE教育模式的核心理念是培养学生的自主学习能力,以学生为主体,采用启发式、诱导式教学,激发学生的学习兴趣和热情。这种颠覆传统的教学方式有利于学生更好地掌握专业知识、教师更好的履行职责,这种教学模式下培养出的机制专业毕业生可以更好地满足现实社会与行业发展要求。具体方案是(a)采取走出去请进来的方式,走出去在现代化的制造企业参观学习,请制造专家来校做讲座,调动学生对专业的更多了解,调动学生自主学习的兴趣;(b)要求精练理论课教学内容、细化知识点,并具体到需要学生掌握、理解、了解的内容,同时激发学生的求知欲望,提高学生探索未知事物的兴趣;(c)发挥教师主导作用,通过布置文献阅读与综述作业,让学生通过动手动脑的方式获取知识,了解课程与专业的关系以及相关交叉学科的发展现状及前沿,拓宽专业知识面和学习兴趣。

(五)基于OBE理念开展实践教学模式改革

为了能够有效地提高应用型本科人才实践教学质量,达到预期的学习成果,实现培养目标,拟采取以下方案对实践教学模式进行改革完善。具体讲,主要从机制专业的课程设计与综合实验实训、校外实习实践、学科竞赛项目等三个方面,开展基于OBE的实践教学模式改革。图6是以实现机制专业应用型本科人才培养目标为宗旨开展的实践教学模式改革框图。

四 基于OBE理念教学改革实践

我校智能制造背景下基于OBE理念开展了教学改革实践,主要是针对机制专业应用型本科人才培养的特点,对机制专业核心主干课程的教学内容进行了必要的改革,其中包括“二维/三维CAD设计及其应用”、“机械设计基础课程设计”、“机械制造技术基础课程设计”、“数控技术及其应用”、“传感器与检测技术”、“3D打印技术及其应用”等课程的教学内容进行了革新,以利于培养目标和学习产出的达成。

(一)课程设计与综合实验实训的教学模式改革实践

基于OBE理念,针对“机械设计基础课程设计”、“传感器与检测技术实训”和“数控技术实训”三门实践性课程进行教学模式改革。“机械设计基础课程设计”教学模式的改革思路是:基于工程实际中需要解决的机械传动问题,提高学生的机械传动系统设计能力,以克服传统的机械设计基础课程设计教学模式的程式化、难于提高学生学习兴趣的问题;“传感器与检测技术实训”教学模式改革内容主要是基于实际的机械工程测试技术问题,让学生通过综合实训,掌握机械工程测试系统的组成、检测元器件的选用、系统的构建和信号采集与分析技术;“数控技术实训”教学模式改革的主要内容是通过实战训练让学生真正掌握CAM技术,并且通过数控加工过程掌握数字化制造的方法和技术。

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(二)校外实习实践模式改革实践

经过多年来的努力,机制专业已与多家大型制造企业合作建立了多元化实习基地,对学生工程实践能力培养起到了很好作用。与大型现代化的制造企业合作,建立了专业认知实习基地、生产实习基地、以及“3+1”模式的毕业见习实习基地,使学生的专业认知、实践能力和职业素养得到有效提升,为高素质应用型人才培养创造了可行的校企合作实习实践教学模式,即:校外实习项目与培养目标紧密结合,实习内容满足教学要求,实习效果考评方法符合学习产出考核体系。实习任务确定之后,要对每部分的实习内容进行细化分解,要求实习内容的设计明确反映对毕业要求的支撑。以变速箱制造为例,实习内容从设计和制造技术原理入手,到生产工艺、加工设备、质量检验等各部分内容都要进行细化分解,并落实到相应的实习环节。实习采用3-4人的团队协作方式,以此增强与他人的合作、沟通、协调能力,通过实习的各个环节,使学生的工程实践能力达到培养目标要求。为实现实习效果的达成,为每个实习环节分配“实现”方式(例如:讲座、现场实习、参观等)、以及合理的“权重”,根据实习过程的综合表现考察学生的实习成绩。通过这种实习模式的改革,可以较好地克服以往实习存在的实习内容缺乏针对性、学生实习态度流于形式化的一些问题,有利于提高实习效果。

(三)基于学科竞赛项目的应用创新能力培养模式改革实践

多年来本专业已经探索了以赛促学面向不同层次循序渐进自主实践的创新创业能力培养新模式,从大一到大四年级开展了“手工艺制作及机械创意设计大赛----工程训练综合能力大赛 全国大学生机械创新设计大赛 全国大学生创业计划大赛”,并且对这种以赛促学的创新能力培养模式进行了规范化、科学化,采取CDIO模式开展学科竞赛项目,提高学生的工程实践能力,让学生在学科竞赛实践中提高工程意识、个人能力、团队协作能力,实现知识、能力和素质的全面发展,支撑本专业应用型高素质本科人才培养目标的达成。

五 教学改革之成效

通过构思基于OBE理念的应用型本科人才培养模式改革的总体思路,提出多项改革举措,建立以学习产出导向的教学设计流程,通过对培养方案的修订和完善,建立三位一体的学习成果多维评价体系,开展教学内容和教学方法改革,并建立相适应的实践教学模式改革,使机制专业应用型本科人才培养体系和模式更加适应于制造业发展对人才的需要。通过教学改革探索,体现了学习成果导向、以学生为中心和持续改进的教学改革思想,起到了以制造业新发展对人才的需求为导向、转变教师的思想观念、提高学生的学习主动性的作用,展现了机制专业三分之一的毕业生以订单式进入某先进大型汽车制造企业就业,也有部分毕业生进入家电产品制造、中铁制造等现代化制造企业就业的新景象,取得一定的教学改革成效,为进一步深化教学改革打下了良好基础。

参考文献

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