面向创新型人才培养的一流课程建设与探索
钱韦吉 莫丽
摘 要：文章在详细分析“机械设计基础”课程传统教学模式中存在的问题的基础上，以西南石油大学“机械设计基础”课程为例提出建设路径，即引入赛教融合与OBE（成果导向教育）理念，以创新型人才培养为目标，开展课程建设与研究，制定既能满足课程通用性，又能兼顾各专业特色，突出创新型人才培养的教学大纲，将各类技能或学科竞赛充分融入课程教学过程中，并在此基础上构建多层次的实验教学体系与多元化的课程评价体系。课程建设试点情况表明，学生的设计创新能力、学习主动性、团队协作能力均得到了显著提升。
关键词：创新能力；
赛教融合；
一流课程；
“机械设计基础”课程
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2023）08-0058-04
一、引言
随着全球产业链分工的不断变化，我国作为“世界工厂”，正在从传统的劳动密集型产业链向科技创新型产业链全面升级，各类新技术、新产业蓬勃发展，对创新型科技人才的需求显著增大。培养具有创新创业能力的新型工程人才，已经成为高校课程建设与教育教学改革的重要课题[1-2]。
在普通高校中，“机械设计基础”是一门面向近机类
专业学生开设的专业基础课程，具有学生覆盖面广、专业跨度大、层次多等特点[3]。“机械设计基础”课程的理论性和实践性较强，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析能力和解决生产实践问题能力，在学生的培养体系中发挥承上启下的关键作用[4]。西南石油大学机电工程学院的“机械设计基础”课程在2021年被认定为四川省本科线下一流课程。教研组以培养创新型人才为目标，通过引入赛教融合与OBE（成果导向教育）理念，积极推进课程教学内容、模式和方法的改革与探索。创新源于实践，只有在教学过程中实现课程内容与实践的相互融合，才能最大限度地提高学生的创新能力与综合素质。各类学科竞赛可以为学生提供大量高质量的实践锻炼机会，赛教融合的教学手段可以有效地培养学生的创新能力、工程实践能力及团队交流与协作能力[5-6]。同时，通过实施OBE理念，以学生的预期学习产出（创新能力，毕业要求）为出发点，对整个课程的教学内容、教学设计、教学实施与评价要求进行反向设计，可以有效地培养与提高学生的创新创业能力[7]。
二、高校“机械设计基础”课程教学现状与存在的问题
（一）教学现状
目前，西南石油大学“机械设计基础”课程的授课对象覆盖机械类专业及多个近机类专业的学生，然而，任课教师在教学目标、教学设计上仍沿用统一的课程要求，并没有针对不同专业的培养目标进行相关优化。课程的实践教学内容较为单一，且实践教学学时相对较少，难以培养学生的工程实践能力与设计创新能力。例如，机械系统的结构设计是“机械设计基础”课程的重要教学内容，也是教学难点，但受传统教学手段的限制，机械类专业及各近机类专业的学生对此方面内容的掌握比较困难。
（二）教学中存在的问题
在教学目标方面，“机械设计基础”课程的教学目标
多为知识目标与能力目标，素质目标相对较少，且在教学实施与考核过程中，也侧重对知识目标与能力目标的达成与考核，不利于提高学生的思想品质与综合素质。
在教学内容方面，“机械设计基础”是专业基础课，具有教学内容多、总学时少的特点，一般侧重理论知识的讲解和学习，安排的实践练习相对较少。因此，学生在知识认知方面存在表面性、肤浅性，以及创新性培养不足等问题。目前，常用的“机械设计基础”课程的基础教材内容较为陈旧，设计案例单一，存在与机械行业工作岗位需求脱节的问题。
在实践环节方面，“机械设计基础”课程实验与实践
环节相对简单，且学时较少，主要完成机构认知实验、常用零部件认知实验、机构运动简图的测绘、带传动、减速器拆装等传统机械设计实验项目。大部分实验项目均为演示性与验证性实验，无法实现对“机械设计基础”课程基本原理与知识的综合性、创新性应用与练习，与工程实际的联系相对较少，且各实验项目之间缺少相关性。
在考核方式方面，大多数普通高校的“机械设计基
础”课程的考核方式均以“平时成绩+期末考试”为主，这种考核方式注重对基本概念与知识点的考核，缺乏对学生运用所学知识解决实际工程问题能力的考核，不利于培养学生的职业素养与创新能力。
三、面向创新型人才培养的一流课程建设的思路与措施
（一）“机械设计基础”课程建设与改革的思路
针对“机械设计基础”课程的教学现状与存在的问
题，西南石油大学提出了基于赛教融合与OBE理念的新教学模式的探索研究思路（图1）。首先，教研组基于OBE理念，根据学校各专业的预期学习产出（毕业要求），对
“机械设计基础”课程现有的教学大纲进行调整、优化。其次，依据学生需要掌握的设计任务，按不同的设计情境对“机械设计基础”课程的教学内容进行重组，将各类学科竞赛充分融入到教学过程中，突出对学生的动手能力与创新能力的培养，并在此基础上构建多层次的机械设计基础实验教学体系。最后，结合“机械设计基础”课程设计及各类学科竞赛，建立多元化的课程评价体系。
（二）“机械设计基础”课程教学模式改革措施
1.对教学大纲进行优化设计
现行的“机械设计基础”课程教学大纲的教学内容与教学目标主要集中在常用机构与通用零部件的一般设计方法及理论上，很少涉及学生的创新能力与团队协作能力的培养与考核等内容。同时，“机械设计基础”课程一般面向各近机类专业（如过程装备与控制工程专业、石油工程专业等）学生开设，具有专业覆盖面广的特点。因此，教研组以OBE理念为基础，结合各专业的培养特点与教学目标，对“机械设计基础”课程教学大纲进行优化设计，并在此基础上将校内外各類竞赛项目合理地融入到课程的教学过程中，制定既能满足课程通用性，又能兼顾各专业特色的教学大纲。具体优化内容如下。
（1）教研组基于OBE理念，对机械相关行业、企业的工作岗位要求进行广泛调研，同时，依据“机械设计基础”课程覆盖的各专业的培养目标对课程教学目标进行调整。以过程装备与控制工程专业为例，在满足“机械设计基础”课程基本目标的基础上，增加了“能够综合应用所学基本原理与专业技能提出过程装备等相关专业的复杂工程问题的解决方案，设计满足高效、节能、环保等特定工程需求的装备，具备一定的机械设计创新能力”的教学目标。
（2）打破以陈述性知识讲授为主要特征的教学模式，对课程学习内容进行全面调整，将课程分为多个学习情境，且每个学习情境都是一个相对独立的设计任务。例如，针对杆机构设计、凸轮机构设计、齿轮传动设计、带传动设计等学习内容，学习情境由简到繁进行安排。在每个学习情境内，将“机械设计基础”课程原有的机械原理与机械设计两部分内容打散，根据设计任务重组教学内容，减少重复性内容，降低学习难度，并在此基础上将学科竞赛融入到每个学习情境中。
（3）根据近机类专业各自的培养目标，对教学重点进行优化。以石油工程专业为例，根据石油工程的培养目标（具备一般石油机械的基本设计能力），对教学重点进行优化。例如，结合工程实际（抽油机、振动筛等），加强对石油机械中广泛应用的杆机构的相关理论与设计方法的教学。
（4）优化课程思政教学目标与教学内容，实现价值塑造、知识传授和能力培养紧密融合的培养目标。教研组以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，结合中国产业升级的战略目标，紧跟时事，深度挖掘“机械设计基础”课程中所蕴含的思政元素，对教学内容进行梳理和设计，将思政元素灵活地融入到课程的各教学环节中，培养学生协作、创新、敬业、严谨、负责的工匠精神和职业道德，引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观和职业观，传承中华传统美德，坚定文化自信，自觉践行社会主义核心价值观。
2.建立较为全面的赛教融合实施机制
通过组织多样化的校内技能/学科竞赛，优化“机械设计基础”课程的教学方式与学时分配，将学科竞赛有效融入到课程的学习过程中，锻炼学生的工程实践能力、团队合作能力与设计创新能力。具体改革内容如下。
（1）开发对应的第二课堂活动，保证每个学生在课程学习过程中都能参加一项校内技能/学科竞赛。校内技能/学科竞赛按照不同的机械设计情境，以非标准答案的设计大作业的形式开展。学生可以根据自己的学习情况与兴趣爱好自由组队，由任课教师担任设计指导教师。学生完成设计大作业以后，以小组为单位进行设计答辩。校内技能/学科竞赛评委对每个学生的设计总结、贡献度、成员评价，以及教师评价等内容进行设计过程评分。该评分将作为“机械设计基础”课程的过程考核评价结
果，占总成绩的20%。
（2）组织校内竞赛成绩优秀的学生参加更高级别的校外技能/学科竞赛活动。根据学生在校内竞赛中的表现情况，每个教学班选出设计结果优秀、团队合作良好、积极性高的一两个小组参加各类省级或国家级机械类技能/学科竞赛活动，如全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、全国周培源大学生力学竞赛等。
（3）构建具有项目特色的学生竞赛训练营模式。在省级或国家级竞赛训练过程中，邀请具有丰富工程实践经验与科研经验的教师担任竞赛指导教师，以开放性设计实验项目的形式指导学生选题与完成设计内容。在训练过程中，充分发挥优秀学生的“传、帮、带”作用。在竞赛训练分组时，由一名已经取得较好竞赛成绩的高年级学生担任组长，带领其他学生进行训练。这种分组模式既能保证小组成员的不断更新，又能保持竞赛小组的相对稳定，有利于互帮互学。
（4）引导学生参与指导教师的各类科研项目，并根据自己的兴趣与擅长的技能进行竞赛内容的选题、设计与制作，以此培养学生的自主学习能力和团队合作能力，进而提高学生的机械设计理论水平和实践动手能力。
赛教融合的教学模式能充分锻炼学生的工程设计能力与团队合作能力，促进对学生创新能力的培养。同时，在竞赛过程中，学生亲身体验“优胜劣汰”的竞争机制，以及竞赛获奖带来的成就感与荣誉感，有利于充分调动学生学习的主观能动性，增强竞争意识，进而达到提升“机械设计基础”课程教学效果与学生综合素质的目的。
3.构建多层次的实验教学体系
“机械设计基础”是一门理论与实践相互融合的课
程，因此，教研组通过优化现有的实验教学项目和新增创新性实验教学项目，将课程实验项目划分为3个不同的实验层次，即基础实验、高级实验和创新性实验，构建了一套多层次的实验教学体系（表1），既满足了“机械设计基础”课程的基本要求，又给学有所长、对机械设计学习感兴趣的学生提供了拓展提高的平台。
（1）基础实验主要是“机械设计基础”课程学习过程中必须掌握的基础性、原理性的认知实验和验证实验，是所有学习该课程的学生必须完成的实验。学生通过基础实验对最基础的机械设计案例与设计方法进行认知和实践，培养最基本的工程观念及实践能力。
（2）高级实验主要是综合性机械设计实验，其主要内容为机构创新实验，是对“机械设计基础”课程内容的全面综合应用。该类实验以机构创意组合及参数分析实验平台为基础，要求学生以小组为单位，按不同的设计要
求，设计和搭建出满足不同功能的机构，并在此基础上对搭建完成的机构进行各类性能参数测试与分析，综合评价设计方案。机构创新实验所需的实验时间较长，实验难度较大，一般为学生自愿报名参与，可以与过程性评价中的非标准答案设计大作业协同开展。机构创新实验可以较为充分地锻炼学生的分析问题能力、解决问题能力、评估解决方案的综合能力，培养学生的创新设计能力与工程实践能力。
（3）创新性实验主要是基于机械类技能/学科竞赛活动的开放性设计实验项目，该类实验主要服务于各类技能/学科竞赛小组的训练工作。在各竞赛小组的训练过程中，机械设计基础实验室依据自身的实验设备、资源，结合指导教师提供的各类科研与工程项目资源，为各竞赛小组的训练提供实验环境与资源支撑。通過以技能/学科竞赛为基础的各类实验项目的训练，学生的机械设计创新能力、工程实践能力及学习主观能动性均得到显著提高。
在构建多层次机械设计基础实验教学体系的过程中，除上述3个层次的实验教学设计外，教研组还搭建了“机械设计基础”课程虚拟实验平台，为实验教学工作提供更多的资源支撑。
4.建立多元化的成绩评价体系
赛教融合与OBE理念均以学生能力培养为中心，要求学生对课程内容的掌握不能局限于课本上的知识点，其重点在于培养学生运用所学知识解决工程实际问题的能力。因此，衡量学生成绩的优劣，不能以一次考试成绩作为评定依据，应在对学生进行全面考核的基础上，建立多元化的成绩评价体系。考核评价内容应包括以下几方面。平时评价主要是结合课堂提问、学生小作业、课题讨论表现等进行评价，占总成绩的20%；
过程考核评价是根据学生参加校内技能/学科竞赛的情况进行评价，占总成绩的20%；
实验考核评价是根据学生完成课程实验的情况给出成绩，占总成绩的10%；
期末测试以传统的考试方式考查学生的学习成果，占总成绩的50%，其中包含
15%的非标准答案试题。以“机械设计基础”课程的过程考核评价为例，分析评价内容与权重（表2）。
四、实施效果与存在的问题
教研组于2021年春季学期至2022年春季学期，在西南石油大学过程装备与控制工程专业及石油工程专业中选择2个教学试点班级，在“机械设计基础”课程的教学过程中，实施了基于赛教融合和OBE理念的教学模式，取得了一定的教学成果。
第一，教师通过在教学过程中进一步梳理课程知识点，以及设计情境式教学内容，学生对课程的学习目的与最终成果有更加清晰明确的认识，进一步消除了学生对课程学习的迷茫感，有效提升了学生学习的积极性。问卷调查结果表明，学生课堂问答参与率显著提高，对“机械设计基础”课程课前预习与课后学习的积极性提升了27%。
第二，通过积极参与多样化的校内外技能/学科竞
赛，试点班级的学生取得了较好的竞赛成绩，先后获得7项全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛奖、3项全国大学生机械创新设计大赛奖、2项中国智能制造挑战赛奖。在竞赛过程中，学生的团队协作能力、解决工程实际问题能力及机械设计创新能力均得到了提高。
第三，多元化的成绩评价体系，拓宽了学生提高学习成绩的方式与渠道，有效激发了学生学习的主观能动性，大大减少了考前突击复习的现象。试点班级学生的“机械设计基础”课程平均成绩较普通班级学生提升明显，不及格率显著下降。问卷调查结果显示，两个试点班级学生对“机械设计基础”课程的满意度分别为91.5%与93%。
在实施基于赛教融合和OBE理念的教学模式的过程中，也存在一些问题。例如，个别学生对技能/学科竞赛的参与热情不高，想方设法逃避参与竞赛；
部分竞赛内容与课程教学内容结合不紧密；
由于学生学习与动手能力存在差异，同一竞赛小组中，存在学生贡献度差异过大等问题。上述问题可以通过进一步优化课程目标及课程内容、竞赛环境与竞赛资源，以及竞赛训练方法和机制来改进和解决。
五、结束语
文章以OBE理念为基础，通过赛教融合的方式，对“机械设計基础”课程进行新型教学模式的探索与研究，
进行了基于OBE理念的教学大纲优化、建立较为全面的赛教融合实施机制、构建多层次的实验教学体系，以及建立多元化的成绩评价体系等教学改革尝试。教研组在课程教学过程中的实施情况与取得的成绩验证了基于赛教融合和OBE理念的新型教学模式是切实可行的，有利于培养新时代的创新型人才，为成果导向型教学理论的应用与实践提供了一定的方法和思路。
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编辑∕陈晶
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