基于OBE理念的理论课与实践环节协同教改

——以过程设备设计与课程设计为例

         代 巧, 姜学艳, 孙志英  

（江苏理工学院 机械工程学院, 江苏 常州 213001）

[摘  要] 基于成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念，将过程设备设计理论课和课程设计实践环节进行协同教学改革，包含了：结合毕业要求反向设计课程目标，以学生为中心设计教学模式，以能力培养为目标设计考核方式，以学习结果评价教学质量，设计了理论与实践课程的协同持续改进。协同教改实现了OBE理念反向设计，能有效提升过程装备与控制工程专业核心课与实践环节的融合对接，有效促进学生理论知识的掌握与实践能力的提升。

[关键词] 成果导向教育；过程设备设计；课程设计；协同教改

[基金项目] 2020年度江苏理工学院教学改革与研究项目“基于工程教育理念的《过程设备设计》理论-实验-设计多元融合的一体化教学改革研究”（编号：11610112014）。

[作者简介] 代巧（1986—），女，四川资中人，博士，江苏理工学院机械工程学院，讲师，硕士生导师，研究方向为过程装备结构强度评定。

[中图分类号] G 642.0       [文献标志码] A             

成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）是由Spady率先提出，并已形成了完整的理论体系，至今被认为是追求卓越教育的正确方向^[1,2]。OBE理念的三大原则：反向设计、以学生为中心和持续改进，是工程教育专业改革的三个基本问题^[3]，它决定着专业培养目标和毕业要求的建立，而毕业要求的达成需要课程教学来支撑^[4]，因此将OBE理念引入课程教学改革，将是工程教育专业改革的关键环节。同时，OBE强调协同教学而不是孤立教学，需考虑不同课程教学之间的协同效应，来设计和实施课程教学及评价。过程设备设计是过程装备与控制工程专业的专业核心课程^[5]，包含理论教学和实验教学环节，课程设计是与课程匹配的实践性教学环节^[6]，课程理论、实验、课程设计之间本就存在衔接，基于OBE理念进行教学改革，实现理论课程与实践环节的协同教学，能更好地支撑毕业要求。本文结合作者教学实践，以过程装备与控制工程专业核心课程过程设备设计以及专业实践环节过程设备设计课程设计为案例，讨论教学团队在基于OBE理念的教学改革工作的设计与实践，重点论述如何将理论课与实践课相结合进行协同教学改革，实现OBE理念反向设计，学生为中心和持续改进在过程装备与控制工程专业课程的实践。

一、以成果为导向设计课程教学目标

课程目标是课程教学的核心，它即支撑着毕业要求的达成，又决定着教学内容、教学方法以及评价方式。过程设备设计课程内容涉及材料、力学、腐蚀与防护、过程原理、机械设计基础和工程制图等学科知识，是一门多学科交叉融合的综合专业课^[7]。过程设备设计课程设计是进行典型过程设备的设计训练，培养学生熟悉设计方案的分析论证、结构设计、设计规范以及工程制图等内容^[8]。依据江苏理工学院过程装备与控制工程专业毕业要求内涵观测点的分解，过程设备设计理论课程与实验支撑4个毕业要求内涵观测点，课程设计支撑5个毕业要求内涵观测点，以此确定描述明确、具体、可测量的课程教学目标。过程设备设计及课程设计的课程目标设置如图1所示。

过程设备设计的课程目标为：课程目标1，能够综合运用相关理论与方法，建立回转壳体应力分析模型，求解压力容器典型板壳结构的应力；能够根据给定的压力容器设计条件，依据相关标准规范，确定合理的设计参数，进行容器的结构设计、强度与刚度设计计算及校核。课程目标2，熟悉国内外压力容器规范与标准的基本内容及适用条件，能够根据设计条件正确选择和应用压力容器规范标准；能够根据设计使用条件与选材要求，正确地进行选材；能够根据相关标准和规范，进行密封装置的设计与选型、开孔与接管设计、安全附件的设计与选型以及耐压试验和泄漏试验设计，并能综合考虑安全、环境、经济等因素，优化设计方案。课程目标3，掌握压力容器常见的失效模式、失效判据与设计准则，理解压力容器常规设计与分析设计方法的基本思想及其异同；能够理解与描述压力容器先进设计理念，了解压力容器相关设计技术前沿、最新进展及其工程应用情况。课程目标4，掌握储罐、传热设备、塔设备及反应设备的结构、功能及与之相关的法律、规范和标准，能够根据工程需求，综合考虑安全与经济的统一，进行典型过程设备的结构设计与强度设计。

过程设备设计课程设计的课程目标为：课程目标1，根据设计题目和给定的设计参数，完成过程设备的总体结构设计、主要结构参数设计与选择、主要零部件结构设计与材料选择、主体结构与重要零部件强度设计计算、过程设备装配图绘制等设计内容，并能用图纸、报告等形式呈现设计成果。课程目标2，在课程设计中综合应用专业基础知识和专业知识，并能使用现代信息技术，获取课程设计所需的设计标准、论文等文献资料，提高解决工程实际问题的素质和能力。课程目标3，能够通过计算说明书、设计图纸和答辩清晰地表达过程设备的设计方案、过程和结果，并能与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。课程目标4，根据过程设备的特点，遵循安全与经济统一的基本原则，对设备选材、零部件选型、以及制造进行成本计算，能够将经济决策方法应用于过程设备的设计过程中。课程目标5，熟悉压力容器设计相关规范、标准，理解压力容器规范、标准及各零部件标准的更新替换，关注新的压力容器设计方法及过程设备涉及的新工艺和新理论，具有不断学习和适应新技术发展及在设计过程中体现创新意识的能力。

由图1可以看出，过程设备设计理论课程和实践环节，总共支撑12个毕业要求中的工程知识、设计/开发解决方案、使用现代工具、职业规范、沟通、项目管理、终身学习7个毕业要求的内涵观测点。两门课程既有单独支撑的毕业要求，也有共同支撑的毕业要求。总体思路为：学生通过过程设备设计课程掌握理论知识和经济决策的方法，具备过程设备设计的能力，形成职业规范意识；再通实践环节课程设计对理论知识进行应用，运用现代工具和经济决策方法，实现过程设备的设计，通过图纸和说明书呈现设计成果，并能通过答辩进行清晰表达设计方案、过程，形成终身学习意识。两门课程的课程目标相辅相成，实现了理论与实践的融合，为协同教学提供了基础。

图1 基于毕业要求内涵观测点的过程设备设计与课程设计课程目标

二、以学生为中心设计课程教学模式

OBE强调以学生为中心的教学模式，强调知识的创新性和实践性，因此课程教学将由传递和继承知识转变为体验和发现知识。在过程装备与控制工程专业的人才培养方案中，由于过程设备设计课时较长，所以理论课程和课程设计分别被安排在第六、七两个学期进行。在教学过程中发现，课堂讲授理论知识后进行课程实验，学生不能很好将实验和理论知识进行联系，需要再次重复讲解理论知识；经过一个假期后再进行课程设计，学生对理论知识非常模糊，对设计无从下手。为了实现课程目标，使学生能够将理论与实际建立联系，实现理论课程、专业实验、课程设计多元融合的一体化教学，对课程教学作如下改革：

（1）在理论课程教学中，存在课程理论要求偏高，偏重学科知识体系，面向应用型的程度不够等问题。因此在压力容器应力分析部分，改变传统的讲授模式，首先引入实际工程问题，然后组织学生分组讨论分析问题产生的原因，各小组代表陈述讨论结果，最后再由任课教师进行讲解答疑。以此让学生充分理解力学解析结果的物理含义和工程意义。

（2）为实现理论课程与实验课程的连接，在理论知识讲授完成后，留出1学时时间，让学生认识实验设备，理解实验目的，并要求学生设计出合理的实验方案。学生通过实验方案的设计，能够进一步加深理论知识的理解，同时实验目的、意义更明确，实验过程更清晰，更适合学生实践能力的培养。

（3）为解决课程设计与理论课程脱节的问题，在理论课开始讲授中低压容器设计时，以项目化的方式下发课程设计任务书，学生理解设计任务后，一边学习理论课程，一边完成相应的课程设计内容，实现理论与实践相结合。一方面能够促使学生加深对理论知识的认识，理解设计准则、设计方法、设计要求的由来，另一方面使学生能在实践的过程中较好地掌握设计方法、熟悉各类标准、制定设计文件，达到边学边用，提高学生设计能力。

因此通过教学改革，理论课程在单一的讲授方式基础上增加了小组讨论、实验设计、项目化教学等教学方式，实验课程和课程设计则贯穿了理论教学过程，实现课程理论、实验、课程设计协同教学，不仅有利于学生掌握压力容器设计所必须的理论知识，更有利于培养学生运用理论知识解决实际工程问题的能力，从而提高学生的实践能力、设计能力。

三、以能力培养为目标设计课程考核评价方式

基于OBE理念，学习知识的根本目的不是占有知识，而是发展能力。因此课程考核不再是考查学生对知识的记忆，而是考查学生掌握知识和应用知识的水平和能力。依据本课程所需达成的教学目标，采用发展性的评价方式，注重学习的过程评价和评价方式的多样性，实行以能力为中心、以过程为重点的理论与实践相融合的考核。根据课程教学模式，过程设备设计的理论课程、实验、课程设计考核方式如图2所示。

过程设备设计课程考核由过程性考核和理论课程考试组成，将过程性考核比例增大至50%，将原有的课后作业替换成项目化教学设计计算的考核，设计计算与课程设计考核相融；同时课程实验在原有实验操作和实验报告的基础上增加实验方案设计考核；在原有的课堂练习基础上增加了小组讨论考核，该考核与课程设计的答辩考核相融。课程设计在原有计算说明书、图纸、答辩的基础上，增加了与理论课程考核相融的设计计算。因此在过程设备设计、课程实验及课程设计的协同教学过程中，更加注重过程性考核，学生可以通过课题研讨、方案设计和口头报告等具有挑战性的任务，来展示他们的能力。

图2 以能力为目标的综合性考核方式

四、“以学论教”持续改进课程教学质量

持续改进是OBE教育理念的三大原则之一，是保证和提高教学质量的关键。课程教学持续改进实施的依据是教学评价，而OBE理念遵循的是“以学论教”原则，是以学生学习结果来评价教学质量，再以评价结果为依据，适时修改、调整和弹性回应学生的学习要求。因此实施持续改进时，首先依据课程目标对学生学习结果进行评价，再对各课程目标的达成情况进行分析，最后针对各课程目标的教学内容、教学方式及考核方式提出持续改进意见。

过程设备设计及课程设计的学习结果评价采用定量和定性两种方式进行，由于理论课程和实践环节采用综合性考核方式，因此对学习结果进行评价时，必然获得协同的学习评价结果。根据学习结果评价进行课程目标达成情况分析时，定量分析是根据各环节考核结果，对过程设备设计理论课程、实验、课程设计进行课程目标达成度计算；定性分析是通过学生完成课程目标达成情况调查问卷，分析学生自我评价情况。由于课程目标、教学模式及考核方式具有相融性，两门课程的课程目标达成情况需同时分析。首先根据定量分析结果，综合分析各课程目标达成情况之间的关系，再结合定性分析结果给出针对各课程目标的改进意见，从而持续改进理论课程的教学内容、教学方法及考核方式，以及实践环节的课题选择、设计环节及考核方式，不断提高教学质量。

五、结语

    基于OBE教育理念，践行成果导向、以学生为中心及持续改进三大原则，对过程设备设计理论课程、课程实验及课程设计，从课程目标、教学模式、考核方式及教学评价等方面进行了初步探索，以实现由理论到实践，由实践促理论的协同教学，有效提升过程装备与控制工程专业核心课与实践环节的融合对接，有效促进学生理论知识的掌握与实践能力的提升，助力于学生达成专业培养的毕业要求。

[参考文献]

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[3]李志义. 中国工程教育专业认证的“最后一公里”[J]. 高教发展与评估, 2020, 36(03): 1-13+109.

[4]李志义. 成果导向的教学设计[J]. 中国大学教学, 2015(03): 32-39.

[5]赵杰, 吕涛, 张卫义等. 基于工程应用能力培养的过程设备设计课程改革与实践[J]. 化工高等教育, 2015, 32(04): 34-37+91.

[6]刘天霞, 白志浩, 杜春等. CDIO理念下过程设备设计与课程设计的教改实践[J]. 广州化工, 2018, 46(02): 141-142+144.

[7]段振亚, 翟红岩, 蓝竹军等.基于专业认证的过程设备设计课程教学实践与探讨[J]. 化工高等教育, 2019, 36(02): 72-75.

[8]贾慧灵. 《过程设备设计》课程设计教学改革的探索[J]. 教育教学论坛, 2013(49): 45-46.

Collaborative Teaching Reform on Theory Course and Practice Based on OBE Concept

——Taking Process Equipment Design and Course Design as An Example

DAI Qiao, JIANG Xue-yan, SUN Zhi-ying

(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou, Jiangsu 213001, China)

Abstract: Based on the Outcome-Based Education concept, the collaborative teaching reform on process equipment design and course design was conducted, which includes reverse design course objectives based on graduation requirements, design teaching mode centered on students, design course assessment and evaluation method based on ability cultivation, evaluate teaching quality based on learning results, continuous improvement of theory and practice courses. The teaching reform realized the reverse design of OBE concept, which could effectively improve the integration and docking of core courses and practice of Process Equipment and Control Engineering major, and effectively promote students' mastery of theoretical knowledge and improvement of practical ability.

Keywords: Outcome-Based Education; process equipment design; course design; collaborative teaching reform