基于成果导向的互换性与测量技术教学改革与实践

张秀华 方斌 许崇海

摘  要：成果导向教育是指教学设计和教学实施的目标是所有学生通过教育过程最后所取得的学习成果。互换性与测量技术是机械设计制造及其自动化专业的必修课程，是支撑毕业要求的课程体系中必不可少的专业基础课。采用成果导向教学理念进行了课程的反向设计，重构了课程教学目标，改革了教学内容和教学方法，实施了多元化的评价方法，激发了学生在教学中的自主性、能动性和创造性。学生的学习愿望、学习动机、学习热情和学生的分析、评价、创造能力有了明显提高。

关键词：OBE理念;课程设计;教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）02-0141-04

Abstract： Outcome-based education means clearly focusing and organizing everything in an educational system around what is essential for all students to be able to do successfully at the end of their learning experiences. Interchangeability and measurement technology is the compulsory course of Mechanical Design-Manufacture and Automation， which is the inevitable subject foundation requisite to support the graduation requirement of curriculum. It is implemented of reverse design of the course outline， reconstruction of the teaching objectives， reformation of the teaching content and method and diversified evaluation with outcome-based education. The autonomy， activity and creativity of students are stimulated in the teaching process. It is significantly improved that the students possess the willingness， motivation and enthusiasm of learning and the ability of analysis， estimate and creativity.

Keywords： outcome-based education; course design; teaching reform

美国教育家Spady在1981年提出的成果导向教育（Outcome-Based Education，简称OBE）指全部学生接受教育过程后取得的学习成果是教学设计、教学过程的目标，OBE理念在英国、美国、加拿大等西方发达国家已成为教育改革的重要方向。20世纪90年代，美国的大学教师、专业社会团体和工商界人士在美国工程教育认证协会的组织下制定了新的工程认证标准。该标准全面采纳了OBE理念，标志着美国的工程教育认证从输入导向（input-based）转向了成果导向（outcome-based），由注重學生学习了什么转向注重学生获得了什么。OBE 教育的认证标准在2003年获得《华盛顿协议》成员的一致认可，成为《华盛顿协议》的框架性要求。我国发布的《工程教育认证标准（2015版）》全面采用了OBE理念，使我国专业认证从形式和内容上开始转向成果导向，在工程专业教学中强化OBE教育理念。实施OBE教育理念是实现由输入导向的传统教学模式转向成果导向的教学模式的标志，OBE教育理念能有效激发学生的自身潜能，使学生的创新能力和自主学习能力提高。2016年，我国成为《华盛顿协议》的正式会员，标志着我国高等工程教育体系与国际工程教育联盟正式接轨。教育部在2018年制订了《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，该标准制订时遵循突出学生中心、突出产出导向和突出持续改进的“三个突出”原则。OBE理念强调以学生为中心，用学生所获得的学习成果评价教学效果，反向指导专业的课程设计、教学方法、评价方法等教学过程，由学校和教师针对不足之处提出改进方案，实现持续改进。OBE已经成为引导我国开展工程教育改革和专业课程教学改革的重要教育理念，对于培养具有创新思维、团结协作、能解决复杂工程问题的新型人才，具有重要意义。

2017年9月，我校机械设计制造及其自动化专业向中国工程教育认证协会提交了工程教育专业认证申请书，2019年6月顺利通过认证。互换性与测量技术是该专业的必修课程，其教学内容与机械产品的设计过程和制造过程密切相关，是支撑毕业要求的课程体系中必不可少的专业基础课。在认证过程中，依据OBE教学理念，为了改变传统教学方式中存在的课堂教学主体定位不明确、学生学习主动性不足、课程教学目标针对性不强、学习成果要求不明确、教学方式单一、教学内容陈旧、师生缺少交流互动、理论教学为主、课程考核方式单一等现象，对互换性与测量技术在课程教学目标、对毕业要求指标点的支撑、教学内容、教学方法和评价方式等环节进行了改革和改进，注重在教学过程中培养学生的创新思维、团队协作、解决复杂工程问题的能力，提高了学生的学习兴趣，取得了良好效果。

一、确定课程教学目标

传统的教学模式中，培養方案制定采用的是正向设计，即由“课程体系-毕业要求-培养目标-社会需求”的设计路径，教学内容和社会需求有时存在脱节的现象;而基于OBE的教学模式中，培养方案制定采用的是反向设计，即由“社会需求-培养目标-毕业要求-课程体系”的设计路径，社会需求不仅是教学的起点，而且也是教学的终点，可有效解决教学内容和社会需求脱节的问题。

通过调研行业企业对机械类毕业生所具备的知识、素质和能力的要求，确定该课程在专业课程体系中需要支撑的毕业要求指标点为：1. 基于机械工程领域的相关背景，了解与机械工程相关的技术标准、知识产权、产业政策、法律法规，理解不同社会文化对工程活动的影响;2. 了解与机械产品设计、制造过程相关的技术标准，能够用图纸、表格、论文、报告或实物等形式，呈现复杂机械系统的设计结果和解决方案;3. 能够基于工程科学原理和方法针对机械工程领域的复杂工程问题，比较和选择研究路线，设计实验方案。

课程教学大纲是开展教学的重要依据，是评价教师教学质量、确定教学内容和教学方法、帮助学生完成学业和评定学生学习成果达成的重要标准。课程教学目标是学生在完成学习过程后能达成的该课程的最终学习成果，明确课程教学对学生达到毕业要求的贡献是什么以及如何贡献，是确定教学内容、考核方式和教学方法的依据，课程设计与教学要清楚地聚焦在课程教学目标上。为了充分支撑上述指标点，确保课程目标适应指标点的要求，经深入讨论，依据OBE理念制定了如下四个课程教学目标。

课程目标1：掌握几何量公差、标准化以及计量学的基本知识，建立互换性、标准化、测量技术的基本概念，掌握其基本原理、原则和方法，正确把握几何精度与可制造性和经济性之间的关系，为后续课程及工程实践提供必要的理论知识和解决方法。

课程目标2：掌握有关标准的基本术语、定义，熟悉有关标准的基本内容和特点，了解机械产品几何量精度设计和几何量参数测试的前沿和趋势。

课程目标3：掌握通用机械零部件和产品几何精度参数的选用及图样标注，初步具备设计、计算和确定简单机械零部件和产品等几何量精度的工程实际问题。

课程目标4：掌握零件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度检测的实验方法，初步具备机械产品精度测量中实验方案设计和实验操作的能力。

课程目标对相关毕业要求和指标点支撑关系如表1所示，每个毕业要求指标点有1个或2个课程目标支撑。为了体现以学生为中心，在课程教学中，教师应紧紧围绕课程目标确定教学内容和开展教学方法设计，全体学生的学习成果评价应该紧紧围绕课程目标来进行，保证全体学生学习成果的达成，充分体现了OBE内涵的“反向设计、正向施工”理念。

二、改革教学内容和教学方法

OBE理念强调知识的整合，使课程的教学目标和学生应该具备的知识、能力和素质等要求相呼应，最终使学生达成学习成果。按照课程的教学目标要求，该课程需要掌握的理论知识多，有大量的概念、名词术语及标准等，涉及的知识面宽，形位公差、公差原则和圆柱齿轮公差等内容又较为抽象，导致课程难教、难学、难应用。本门课程共设置32个课时，其中理论课时24个，实验课时8个，学时较少，因此需要根据课程目标合理调整教学内容，按照精度项目的内涵、精度设计的基本原理、精度项目检测原理和方法的逻辑关系，实现各知识点之间从分散的不相关部分到形成有机统一整体，使课程学习内容满足学生需要具备的知识和能力的要求，保证课程教学目标的达成。

任课教师在第一堂课依据本专业培养方案，结合毕业要求，首先向学生讲授所授课程的课程目标及课程地位和课程支撑的毕业要求指标点等，这不仅让学生明确了该课程学习后需要达成的学习成果，而且加深了学生对毕业要求的理解，帮助学生明确学习任务和要求。为了让学生学懂、弄通、活用，本课程理论教学主要内容分为两部分。第一部分内容是尺寸公差配合与检测、几何公差与检测、表面粗糙度与检测和尺寸链;第二部分是圆柱齿轮、常用标准件等典型零件的精度设计与检测。第二部分教学内容以第一部分的理论基础知识为基础，结合零件的实际使用环境和要求，确定零件的公差项目和精度等级，并制定合理的检测方案，让学生把理论知识和工程应用结合起来。其中尺寸公差配合与检测、几何公差与检测、表面粗糙度与检测和尺寸链计算为本课程的重点内容，这部分内容结合国家标准进行讲授;公差标注由于在工程制图课程中已经进行了讲授，此处只需结合公差内涵进行简单讲授。

该课程还是一门实践性强、与工程实际结合紧密的课程，实验、实训环节对于培养学生的工程意识、工程能力和创新能力起着重要的作用。为了强化实验实践环节，安排8个学时课内实验教学，长度测量实验、形位误差的测量实验和表面粗糙度的测量实验为验证性实验，目的是让学生掌握常用测量仪器工作原理、使用方法及应用场合;箱体类、支架类和齿轮测量等典型零件测量为综合设计性实验，结合工厂生产实际和零件图纸学生自主制定测量方案并完成零件的测量，判断其合格性。

同时，在理论内容讲授之后设置了综合实践环节，让学生结合工程实际通过分析零件（满足功能要求等）-设计精度（选择项目及公差）-检测零件（判断零件合格性等）等步骤独立完成一个典型零件的设计，把学过的知识点串联起来，实现由知识到素质和能力的跃迁，让学生从有解决已有确定答案问题的能力拓展到有解决开放问题的能力，达到学以致用的目的。

OBE理念强调以学生为中心的教学，即教学设计主要取决于学什么、教学过程主要取决于怎么学、教学评价主要取决于学得怎么样。在课程教学中，OBE理念要求聚焦学生学习效果，关注学生学习的参与度和积极性，关注学生的学习过程。为了保证学生的学习成果，需要改变传统“填鸭式”为主教学方式，改变学生只有被动接受、不能调动自身的主观能动性的现象，改变教学中以教师为中心的现状，本课程教学通过采用翻转课堂教学、提问式教学、项目式教学等教学模式充分发挥学生在教学过程中的主动性、能动性和创造性，提高学生的学习愿望和学习热情，强化学习动机。

翻转课堂可以实現课堂学习任务与课下学习任务的翻转和课堂上以教师教为中心向以学生学为中心的翻转。课前将微视频、国家标准、相关标准制定原则等作为预习知识，让学生在课前进行认真预习，学生自主学习并提出学习过程中难点、疑点;课堂讨论难点、重点和疑点，教师在课堂上的任务就是，灵活地组织体验性活动、设计性活动、模拟性活动、探索性活动、评价性活动等多种形式的学习活动，教师和学生进行讨论并一起解决遇到的难点和疑点问题。学生在这个过程中完成学习任务，并在与教师和同学的互动中加深对课堂内容的理解，促进学生内化知识。教师利用现有的、专门开发的在线测试系统等网络教学手段，制作测试题目让学生在规定时间内完成，掌握学生的学习情况，网上测评和答疑可以不受时间、地点的限制，指导学生，保证教学质量，达成课程教学目标。

研究型教学是在教学中充分发挥学生的主体作用，通过提问的方法激发学生的学习动机和潜能，使学生主动地参与和体验知识、技能，达到知识、技能由未知到已知或由不掌握到掌握，从而使学习变得既愉快又轻松。研究型教学强调学习过程的实践性和创新性，注重在研究和实践过程中获得知识和发展知识，引导和鼓励学生在继承积极探索和发现前人尚未解决和尚未很好解决的问题，用新思路、新方法去解决新问题，培养学生获取有效知识信息以及创造新知识的意识和能力。在讲授第一堂课的时候，可以结合一张零件图，提出“为什么要学这门课？”的问题，学了这门课后可以解决零件图上的哪些问题。在尺寸链的学习时，从提出“在尺寸链概念和线性尺寸链中，如何计算平面尺寸链和空间尺寸链？”问题开始，引导学生在课外自己查找文献，找到圆满解决问题的方法。培养学生有效地获取知识信息，对现有知识进行思考、判断、灵活运用以及创造新知识的意识和能力。

实验课教学是培养学生的工程实践能力和创新能力的重要方式，以任务为驱动，以项目为导向，采用开放实验室方式使学生能方便地进入实验室，参与创新型和研究型实验，提高学生学习的主动性和创造性。教师在实验过程中通过对典型零件的测量，使学生熟练地掌握对长度、形位误差和表面粗糙度等进行测量的通用测量工具的正确使用方法，实现准确的测量与检测。典型零件测量和综合实践环节是以团队形式完成，首先由学生根据图纸和实验室现有测量设备制定测量方案、选定测量仪器，经公开答辩通过后，再开展测量活动。通过团队合作学习模式，使学习能力较强的学生变得更强，使学习能力较弱的学生得到提升，提高学生的创造性思维、分析和综合信息、策划和组织等方面的能力。

三、完善课程考核与评价方式

成果导向教学要求全部学生在毕业时能够具备工作中取得“成功”所需要的知识和能力，其评价体系也不同于传统知识掌握测评等方式，学习成果评价应聚焦学生的“能力指标”。学生的学习成果应该清楚表述并且可直接或间接衡量，一般将其转换成绩效指标，通过多元化评价方式确保学生达成预期的学习目标。

本课程采用学生自评、学生互评、小组评价和教师团队评价等多元化评价方式，从不同角度对学生的学习成果开展客观、合理、有效的评价。课程成绩由过程性评价、终结性评价和综合能力评价等部分组成，过程性评价包括平时作业、课堂表现、小组讨论、实验表现等;终结性评价主要是期末考试和实验报告成绩;综合能力评价主要考查典型零件功能分析、零件精度分析和公差项目选择、检测方案制定等知识应用和创新能力。评价环节、评价内容、评价分数分配和评价主体等如表2所示。

本课程依据OBE理念，建立了教学督导专家、任课教师和学生参与的闭环课程教学质量持续改进机制。教学督导专家采取每学期至少随机抽查一次听课的方式，及时发现教学过程实施中存在的问题，对任课教师的教学过程作出评价，并及时反馈，制定改进措施，后续加以监督、指导，不断提高教学水平;任课教师在课程考核结束后，进行课程教学质量评价，从学生平时表现、试题分析、成绩分布、教学效果分析等多个方面反馈学习效果、考核方式的合理性、课程目标的达成情况等，查找教学的不足，进行教学反思、持续改进和跟踪，逐步提升教学质量;课程结束后，采用问卷、座谈等方式鼓励学生积极对课程教学、考核方式、自我课程目标达成情况等进行评价，反馈教学效果，有利于教师改善课程教学设计。

在每个教学周期内，采用专家听课、任课教师自查和学生反馈等方式，查找教学过程和考核环节中存在的不足，制定改进措施，并在下一个教学周期中解决存在的问题，改善和提高教学质量，实现教学过程的持续改进，形成教学质量评价的闭环监控机制，提升教学质量，保证教学目标的达成（图1）。

五、结束语

OBE教学理念主要强调以学习成果为导向，依据内外部对能力的需求进行课程反向设计和实施以学生为中心的教学。对于地方院校而言，应用型研究型人才的培养是重要教学目标，因此，OBE 教学理念有利于促进教学目标的实现。本文基于OBE理念进行了课程的反向设计、改革了教学内容和教学方法，实施了多元化评价方法，建立了完善的课程教学质量持续改进机制。经过课程改革后，学生的自主性、能动性和创造性获得了明显提高，学生的分析、评价、创造能力获得了显著提升，保证了课程教学目标的达成。

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