基于OBE理念的机械设计基础模块Ⅱ教学改革与实践

摘要：《机械设计基础模块Ⅱ》是我校机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业基础课。本文基于OBE教学理念，探索该课程的教学改革与实践，主要进行了课程教学内容的整合与优化、教学方法改革、考核评价方法改革、课程思政建设，以保证课程质量的持续改进。实践证明，基于OBE理念的机械设计课程教学改革取得了良好的教学效果。

关键词：OBE教学理念；机械设计基础模块；教学改革

1.引言

《机械设计基础模块Ⅱ》是面向我校机械设计制造及其自动化专业的一门非常重要的专业基础课。2016年，通过市场和岗位调研，对机制专业的人才培养方案进行修订，以此为契机，确定了我校机制专业机械设计基础模块课程主要承担培养学生机械设计基础能力和项目创新能力。在此基础上，课程团队基于创新项目设计，对课程进行了基于OBE理念的混合式课程教学改革与实践。本课程共计96学时，将《材料力学》与《机械设计》中与机械设计相关的设计内容进行整合优化，并将《机械产品表达》《工程材料及热处理》等前后续课程串成体系。《机械设计基础模块Ⅱ》课程内容与实际机械工程应用紧密相关，该课程主要培养学生具备设计机械传动装置和简单机械的能力，具有设计一般机械传动和连接装置的实践能力，从而运用所学知识去解决现代机械工程中的实际问题的能力。然而目前的教学逐渐向以学生为中心过渡，但以学生为中心体现不足，学生学习积极性不高，部分学生会产生“讲一堆理论公式，不知道怎么用，考前应付考试”的心态[1]。因此，对该课程进行教学改革，以提高课程教学质量、切实培养学生的机械设计能力和创新能力迫在眉睫。

成果导向教育（OBE）理念是一种以学生学习成果为导向的教育理念，强调学生在学习过程中所获得的能力和知识，而不是仅仅关注学生的学习时间和学习内容[2-3]。OBE 理念已被广泛应用于工程教育领域，并取得了良好的教学效果。本文将OBE理念引入《机械设计基础模块Ⅱ》课程教学中，对课程教学进行改革与实践，以提高教学质量，培养适应社会需求的机械工程专业人才。

2.OBE 理念的内涵与特点

2.1 OBE 理念的内涵

OBE理念是以学生为中心，以学习成果为导向，以持续改进为保障的教育理念。其核心在于将教育目标从“教了什么”转向“学生学会了什么”，强调学习成果的实际达成度。在《机械设计基础模块Ⅱ》的教学实践中，这一理念体现为：教师不再仅以讲授理论公式和设计流程为终点，而是通过设定明确的能力目标——如“能独立完成带传动装置的选型与校核”“具备轴系结构设计与装配图表达能力”——引导学生在真实工程情境中完成知识建构。学生在课程结束时所展现出的综合设计能力、工程判断力与创新思维，成为衡量教学质量的核心依据。OBE理念要求教学设计逆向进行：先定义毕业要求支撑的指标点，再分解为课程目标，最终落实到每一教学单元的学习成果描述中，确保教学活动始终围绕学生“能做什么”展开。

2.2 OBE 理念的特点

（1）以学生为中心

在课堂中，学生不再是被动接受知识的“听众”。例如，在“齿轮传动设计”模块，教师提前发布某轻型输送机的减速器设计任务，学生以小组形式开展需求分析、参数计算与结构设计，教师则作为引导者提供阶段性反馈。学习过程体现个性化路径，不同基础的学生可通过补充资源、分层任务实现差异化发展。

（2）以学习成果为导向

课程设置三级成果目标：基础级（掌握设计公式与标准查用）、应用级（完成典型传动装置设计）、创新级（优化结构并进行工程表达）。每一教学环节均对应具体可衡量的产出，如提交的设计说明书、三维装配模型、答辩汇报等，形成闭环评价体系。

（3）持续改进

通过学生课程目标达成度分析、用人单位反馈及毕业生跟踪数据，每学期动态调整教学内容与考核权重。例如，针对“连接件设计”模块达成度偏低的问题，增加虚拟仿真拆装实验与失效案例分析，显著提升学习成效。

3.课程现状分析

3.1 OBE教育理念不够深入

尽管课程教学改革明确提出以成果为导向的教育（OBE）理念，但在实际教学实施中，其内涵尚未真正渗透到教学设计与课堂组织的全过程。以《机械设计基础模块Ⅱ》为例，课前通过超星平台推送预习视频与任务单，学生完成线上学习后，教师在课堂伊始组织5分钟随堂测验，借助平台数据分析学生知识盲点。然而，这一数据往往仅作为讲授内容调整的参考，未能驱动教学策略的根本转变。课堂中，教师仍倾向于系统性地讲解齿轮受力分析、轴系结构设计等知识点，PPT演示配合板书推导占据约70%的课时。尽管设置“减速器箱体结构优化”小组讨论环节，但问题开放度不足，讨论流程缺乏引导支架，学生多停留在公式套用层面，难以深入工程权衡与创新决策。任务驱动虽被引入，如布置“带传动参数匹配设计”任务，但任务与课程最终成果目标的映射关系未向学生明示，导致学生仅关注任务完成形式，忽视能力达成的自我评估。教学过程中，师生互动多表现为教师提问、学生应答的线性模式，学生在问题提出、方案质疑、协作修正等高阶思维活动中的主体性未被充分激活，OBE所倡导的“反向设计、正向实施”逻辑链条在课堂层面出现断裂。

3.2 课程内容略显滞后，与专业课程体系联系不够紧密

《机械设计基础模块Ⅱ》的教学内容仍以经典机械理论为核心，涵盖连杆强度校核、螺栓连接设计、V带传动选型等传统知识点，教材中大量案例源于20世纪工业设备，如老式车床进给机构、通用减速器等，与当前智能制造、轻量化设计、机电一体化系统等工程前沿脱节。学生在学习“滚动轴承寿命计算”时，所用参数与工况设定高度理想化，缺乏对实际工况波动、润滑失效、安装误差等非理想因素的考量，导致知识应用能力薄弱。课程中未引入数字化设计工具（如SolidWorks Simulation、ANSYS结构分析模块）的实践训练，学生完成的设计方案多停留于二维图纸表达，缺乏三维建模、有限元验证与动态仿真等现代设计流程体验。更突出的问题在于课程孤立性：该课程作为机械原理与机械制造工艺之间的桥梁，却未与“机电系统设计”“先进制造技术”等后续课程形成内容衔接。例如，在“轴系结构设计”教学中，未关联“数控机床主轴系统”案例，学生无法理解所学知识在专业综合项目中的应用场景，知识碎片化现象严重，形成“学而不知所用”的认知困境。

3.3 以学生为中心的教学体现不足，教学方法不能有效融合

尽管课程已采用混合式教学模式，线上依托超星平台实现知识传递，线下课堂引入任务驱动、案例教学、小组协作等多种方法，但教学方法的整合缺乏系统设计。例如，在“蜗轮蜗杆传动设计”单元中，教师先播放线上视频，课中讲解几何参数匹配原则，随后发布“升降平台传动系统选型”任务，组织小组讨论。然而，讲授环节与任务环节之间缺乏认知过渡，学生尚未理解自锁条件与效率矛盾，便被要求完成方案决策，导致任务执行流于形式。信息化手段的应用亦趋于程式化：教师频繁使用“抢答”“选人”功能以提升课堂活跃度，但问题多为封闭性知识回顾，如“蜗杆头数如何影响传动比？”，未能激发批判性思维。小组讨论时，教师巡视频次低，缺乏对讨论方向的适时引导与认知纠偏，部分小组出现“个别主导、多数旁观”的现象。教学节奏上，讲授与活动切换生硬，任务完成后未设置成果展示与反思环节，学生难以建立学习行为与能力成长之间的关联。整体教学仍呈现“方法多元但结构松散、技术先进但互动浅层”的特征，未能实现以学生认知发展为主线的教学流程重构。

4.课程改革与实践

4.1 OBE理念深入课堂，明确成果目标

1.确定课程学习目标

根据机械工程专业人才培养方案和机械设计课程的教学大纲，确定机械设计课程的学习目标。学习目标应明确、具体、可衡量，能够反映学生在学习过程中所获得的能力和知识。

2.细化课程学习成果

根据课程学习目标，细化机械设计课程的学习成果。学习成果应包括知识、技能和态度三个方面，具体内容如下：

（1）知识方面：掌握机械设计的基本理论、方法和技能，了解机械设计的发展趋势和前沿技术。

（2）技能方面：具备机械设计的实践能力，能够独立完成机械零件的设计、计算和绘图等工作。

（3）态度方面：培养学生的创新意识、团队合作精神和工程职业道德。

4.2优化课程内容，与其他专业课程建立紧密联系

1.更新教学内容

更新教学内容需融入数字化建模、智能优化算法与低碳设计理念，引入典型工程案例，如智能农机传动系统设计，强化学生对前沿技术的综合应用能力。

2.增加工程实践内容

为了培养学生的工程实践能力，在机械设计课程的教学内容中系统融入工程实践环节。通过引入真实工程案例，如某型农业机械传动装置的失效分析与优化设计，引导学生开展故障诊断、参数校核与改进设计；设置创新项目设计任务，要求学生完成从需求调研、方案比选到三维建模与仿真验证的全流程实践；结合实验室资源开展齿轮疲劳强度测试、轴系结构装配等实验教学，强化理论与工程应用的深度融合。

3.整合教学内容

教学内容依据机械设计全流程系统整合，贯穿需求分析、方案构思、结构设计至性能验证各阶段。学生在项目驱动下完成从工况调研、功能分解到传动布局的完整设计链，结合减速器设计实例，逐步推进载荷计算、零件选型与三维建模，最终通过仿真软件校核强度与寿命。各环节嵌入国家标准与工程规范，强化设计过程的逻辑性与工程合规性，实现知识递进与能力融合的有机统一。

4.3改革教学方法

1.采用以学生为中心的教学方法

采用以学生为中心的教学方法。在“齿轮传动系统设计”项目中，学生分组承担减速器方案设计任务，通过查阅国家标准、选用材料、进行强度校核与三维建模，全程参与设计迭代；教师以案例教学引入风电增速箱典型失效案例，引导学生分析点蚀、断齿成因，提出优化润滑与载荷分布的改进方案；在问题导向教学中，设置“如何提升农业机械传动效率”为核心问题，学生通过文献调研、参数仿真与方案比选，完成从问题识别到技术论证的完整思维训练。课堂中，学生在教师引导下开展方案答辩、仿真结果互评与设计优化讨论，凸显其主体地位，教师则通过关键节点指导、技术路径点评实现有效主导，切实提升学生的工程思维、自主学习能力与创新实践素养。

2.运用多样化的教学手段

通过融合多媒体教学、网络教学与虚拟仿真技术，构建沉浸式教学环境。教师借助三维动画动态演示齿轮啮合过程，学生在虚拟装配平台中实时调整传动参数，观察应力分布云图变化；在线互动系统支持课前预习、课中反馈与课后拓展，实现个性化学习路径。仿真软件还原典型工况下减速器运行状态，学生直观分析点蚀、断齿等失效形式，强化工程认知。

3.开展小组合作学习

为培养学生的团队合作精神，开展小组合作学习。每组由3-5名学生组成，围绕“减速器集成设计”项目展开协同攻关。组内成员依据机械设计流程进行角色分工，设项目经理、结构设计员、强度校核员与文档编制员，定期召开技术协调会，通过方案评审、进度汇报与问题研讨推进任务。在三维建模与仿真阶段，成员间实时共享参数数据，针对啮合间隙、轴承布局等关键技术点开展多轮迭代优化。教师通过观察讨论参与度、协作效率与成果一致性进行动态评估，强化责任意识与沟通协同能力，实现团队效能与个体能力的同步提升。

4.4改革课程评价机制，重点体现学生评价

（1）建立多元化的评价方式

为全面、客观地评价学生在知识掌握、能力发展与素质养成等方面的综合表现，构建涵盖终结性与形成性相结合的多元化评价体系。除传统期末考试外，将创新项目设计、实验报告撰写、课堂互动表现、三维建模成果与答辩展示等纳入考核范畴。例如，在“减速器集成设计”项目中，学生提交的装配图纸、仿真分析报告及优化迭代记录均作为评分依据，教师依据OBE理念反向设计评分标准，按工程规范性、创新性、团队协作等维度赋分，确保评价覆盖课程目标的各个核心能力要素。

（2）加强过程性评价

通过嵌入教学全流程的动态监测机制强化过程性评价。教师在课堂中借助智慧教学平台实时采集学生回答问题的逻辑严谨性与思维深度，在小组讨论中观察其沟通表达与批判性思维表现；作业批改不仅关注结果正确性，更注重设计思路的合理性与迭代改进意识。例如，在齿轮参数优化任务中，系统记录学生多次仿真实验的调整轨迹，教师据此评估其问题分析能力与工程判断力，及时给予个性化反馈，引导其向高阶思维发展。

（3）引入企业评价

为增强人才培养与产业需求的契合度，邀请企业工程师参与关键环节的评审。在项目终期答辩中，企业专家从产品可制造性、成本控制与可靠性等实际工程视角，对学生设计方案进行质询与评分。某次评审中，企业代表针对轴承选型提出工况适应性质疑，促使学生重新校核寿命计算，显著提升了其工程实践意识与应变能力，实现了评价标准从“学术导向”向“产业导向”的有效延伸。

5.基于 OBE 理念的机械设计课程教学实践

5.1教学实施过程

（1）课程导入

课程首讲以“机械系统的功能演化与工程价值”为主题，教师通过三维动画展示行星齿轮减速器在工业机器人中的精密传动过程，并结合某国产高端装备因设计缺陷导致故障的真实案例，引发学生对机械设计严谨性的深度思考。随后，系统阐释课程对应毕业要求中的3项核心能力指标：复杂工程问题分析能力、多约束条件下的方案设计能力及团队协作与沟通能力。学习成果以可量化形式呈现，如“能独立完成轴系结构的强度校核与寿命预测”“提交符合GB/T标准的装配图纸不少于3套”。学生在任务清单引导下签署学习承诺书，明确阶段性里程碑，初步构建目标导向的学习认知框架。

（2）理论教学

理论讲授打破传统线性模式，围绕“带式输送机传动系统设计”项目展开。教师以问题链驱动课堂：如何根据载荷谱选择V带型号？为何需对小带轮包角进行验算？学生分组查阅《机械设计手册》并利用Matlab进行参数敏感性分析，在黑板推导演算中暴露知识盲区。案例教学引入某企业因联轴器选型不当引发振动事故的失效报告，学生需从应力集中、对中偏差等角度进行归因分析，形成结构化设计检查表。课堂中频繁穿插“一分钟反思”环节，促使学生即时整合知识节点，构建系统性设计思维。

（3）实践教学

实验室开放“模块化减速器创新平台”，学生以4人小组重构二级圆柱齿轮减速器，需自主完成箱体结构布局、润滑密封设计及工艺性审查。在三维CAD环境中，团队反复迭代轴向定位方案，通过ANSYS进行壳体模态分析，规避共振风险。某小组为降低噪声指标，创新性提出斜齿修形方案，经仿真验证传动平稳性提升23%。实验全程记录设计日志，关键决策点需附计算依据与标准出处，强化工程规范意识。

（4）课程评价

形成性评价贯穿全周期，智慧教学系统自动采集学生在虚拟仿真实验中的参数调整频次与试错路径，教师据此判断其问题探究深度。创新项目采用“三阶评审制”：初期查新报告评估技术可行性，中期答辩聚焦DFM（可制造性设计）原则应用，终期由校企联合专家组依据APQP流程进行质量门控。某学生在轴承配置方案中引入可靠性分配模型，获企业工程师“接近工程实际应用水平”评价，其设计文档被纳入课程案例库。

5.2教学效果分析

（1）学生学习积极性提高

在“机械设计基础模块Ⅱ”课程实施OBE导向的教学改革后，课堂生态显著转变。讲授式教学被问题驱动的互动研讨取代，教师以企业真实失效案例切入，引导学生分析联轴器选型失误引发的轴系振动问题。课堂中频繁嵌入“一分钟反思”环节，学生需在限定时间内完成知识整合与逻辑表达，教室内键盘敲击声与小组低声讨论交织，思维活跃度显著提升。课后，智慧教学平台数据显示，87%的学生在虚拟仿真模块中主动进行多轮参数调试，部分学生提交的轴系对中偏差修正方案超出教学预设深度。一名学生在设计日志中写道：“第一次意识到一个螺栓预紧力的偏差，可能引发整机共振”，反映出其工程责任意识的觉醒。学生从被动接受转向主动探究，学习动机由分数导向转化为问题解决驱动。

（2）学生工程实践能力增强

实验室开放的“模块化减速器创新平台”成为能力提升的核心载体。四人小组围绕二级圆柱齿轮减速器重构任务展开协同设计，从箱体分型面布局到润滑孔道走向，均需自主决策。某小组在三维CAD环境中历时三周完成七轮轴向定位方案迭代，通过ANSYS模态分析识别出壳体前三阶固有频率与激励频率的逼近风险，及时优化筋板布置。为降低噪声指标，团队提出斜齿修形方案，经加载仿真验证，传动平稳性提升23%，振动加速度峰值下降至国标限值的81%。设计全程要求记录决策依据，如引用《GB/T 3480-2008齿轮承载能力计算》进行齿根弯曲应力校核，强化了标准规范的应用能力。学生在真实工程约束下完成设计闭环，具备了独立承担机械子系统开发的初步能力。

（3）课程评价更加科学合理

课程构建了覆盖全周期的形成性评价体系。智慧教学系统实时采集学生在虚拟装配仿真中的操作路径，如某生对轴承游隙参数进行17次调整并对比温升曲线，系统据此生成“深度探究”行为标签。创新项目实行“三阶评审制”：初期查新报告需通过专利与文献比对论证技术新颖性；中期答辩重点审查DFM原则应用，如零件可加工性与装配可达性；终期由校企联合专家组依据APQP流程开展质量门控评审。一名学生在轴承配置中引入可靠性分配模型，综合考虑L10寿命与系统冗余度，其方案获企业工程师“接近工程实际应用水平”的评价，并被纳入课程案例库。多元、动态、证据导向的评价机制，精准刻画了学生能力成长轨迹。

6.结论

本文以 OBE 理念为指导，对我校机械设计基础模块Ⅱ课程进行了教学改革与实践。通过明确课程学习成果、优化教学内容、改进教学方法、完善课程评价体系等措施，提高了学生的学习积极性和主动性，培养了学生的工程实践能力和创新能力，取得了良好的教学效果。实践证明，基于 OBE 理念的机械设计基础模块Ⅱ课程教学改革是可行的，对于提高机械工程专业人才培养质量具有重要意义。

在今后的教学中，我们将继续深入贯彻 OBE 理念，不断探索和创新教学方法和手段，进一步提高机械设计课程的教学质量，为培养适应社会需求的机械工程专业人才做出更大的贡献

参考文献

[1]祝恒佳，张桂昌，张威.基于OBE的《机械设计基础》课程建设研究[J].教育现代化，2021，8（100）：100-103.

[2]丁伟华，岳丹飞.基于OBE理念的机械设计课程思政教学设计与评价[J].教育教学论坛，2022（38）： 160-163.

[3]谷艳霞，姚春燕，于迪尔，等.基于OBE理念的“机械设计基础”课程教学模式构建[J].航海教育研究， 2023，40（3）：68-71.

（2022年山东省本科教学改革研究项目面上项目，项目编号M2022364+智能制造产业学院育人机制研究与实践，负责人：来小丽）

（2023年校级教学改革研究项目 项目编号YCXY-X2023038，项目名称：基于OBE理念的机械设计基础模块Ⅱ混合式教学研究与实践，负责人：李君君）