基于OBE 理念的民族地區高校畢業設計教學實踐與改進

石永康，劉云輝，孫耀寧，祁文軍

(新疆大學 智能制造現代產業學院(機械工程學院)，烏魯木齊 830017)

大學本科的畢業設計不僅是一個重要的綜合性實踐性教學環節[1-2]，也是一個總結和檢查學生4 年在校教育所取得的學習成果的過程。畢業設計(論文)的質量不僅可以反映學生運用專業知識和技能、分析解決實際問題的能力，還可以反映該專業的整體教學質量和教學水平，所以畢業設計這一本科最重要的課程對學生及全體指導老師都是一個考驗。

2013 年6月，我國被接納為《華盛頓協議》預備成員國，并于2016 年成為18 個正式成員國之一[3-4]。OBE理念(Outcome Based Education)是《華盛頓協議》的三大核心理念之一，即成果導向教育，是一種以學生的學習成果(Learning outcomes)為導向的教育理念，認為教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果，即“反向設計”，用成果導向教育理念引導工程教育改革已被證明是正確的方向[5]。施曉秋[6]學者從工程教育專業認證OBE 理念出發，圍繞課程教標定位、教學策略與方案設計、教學條件與資源建設、教學策略與方案實施、教學產出數據的獲得和教學質量與效果評價6 大環節，以及閉合運行的課程教學質量持續改進機制，闡述了如何進行有效的課程教學設計與實施。范圣法等[7]基于OBE理念，首先合理制定專業人才培養目標，并對其完成度進行合理的評價。其次，合理制定并分解畢業要求，構建支撐畢業能力達成的課程體系，制定了合理的本科教學培養體系。魏唯等[8]基于構建聯盟教育理論，聚焦“產出、教學、評價”內部間關系，進行課程OBE達成方案一體化設計，并對課程達成的合理性和有效性進行評價，實踐表明，基于產出的課程質量保障機制能取得較好的閉環改進效果。

本文旨在根據4 年以來的畢業設計(以下簡稱“畢設”)教學實踐及畢設完成情況檢驗OBE 理念的實際作用，以及對目前教學設計上的不足提出反思和具體改進措施。

一 畢業設計課程目標制定

學習成果既是OBE 理念的終點，也是其起點。學習成果等同于畢業要求，取決于培養目標，而培養目標取決于內部需求和外部需求。內部需求即教育教學規律、學校的辦學思想、人才培養定位和教學主體需求等。外部需求即國家、社會、行業和用人單位的需求。綜合這2 種需求對專業的培養目標進行清晰定位：新疆大學機械工程專業旨在培養具有強烈愛國愛疆情懷、掌握扎實的基礎理論和機械工程專業知識，實踐能力突出、富有創新精神及領軍素養的創新人才，畢業生具備在機械制造領域的系統思維與創新理念，能在機械工程及相關領域從事產品開發、技術研發、科學研究、生產組織和管理等方面工作，在區域經濟建設與發展中起到骨干乃至引領作用。

依據機械工程專業認證的通用標準，總結歸納出本專業的培養目標后，再將其具體分解為5項，具體見表1，再據此制定本專業的畢業要求，共計12點，兩者之間有清晰的映射關系，并進一步結合專業特色將畢業要求分解為二級指標點，共計36條，以此作為本專業培養目標的支撐。在此基礎上進行課程體系的構建，包括通識教育課程、專業必修課程、專業選修課程和實踐性課程4 個部分，共計181 個學分，兩者之間同樣有清晰的矩陣映射關系，期望學生掌握的理論知識及具備的能力需要有明確的理論性課程及實踐性課程來支撐。

表1 5 項培養目標

畢業設計課程屬于課程體系中的實踐性課程，與該課程相關的畢業要求如下。

1)畢業要求2——問題分析。

2)畢業要求3——設計/開發解決方案。

3)畢業要求4——研究。

4)畢業要求8——職業規范。

5)畢業要求10——溝通。

將上述5 點畢業要求進行分解，得出與畢業設計相關的二級分解指標點如下。

1)畢業要求2 的二級分解指標點2.3：能對復雜工程問題的影響因素和關鍵環節(要素)等進行分析鑒別。能證實解決方案的合理性，并獲得有效結論。

2)畢業要求3 的二級分解指標點3.4：能夠用工程圖紙、設計報告、軟件和模型等形式，呈現方案設計/開發結果。

3)畢業要求4 的二級分解指標點4.4：能夠正確采集、處理實驗數據，對實驗結果進行分析和解釋，給出解決復雜工程問題的有效結論。

4)畢業要求8 的二級分解指標點8.2：能夠在機械工程實踐中理解并恪守工程職業道德和規范，履行責任。

5)畢業要求10 的二級分解指標點10.1：能夠熟練掌握工程語言并能對工程問題進行準確的書面及口頭描述。

依據機械工程專業畢業要求及二級分解指標點制定出畢業設計的課程目標如下，總計5 點。

1)能綜合運用所學專業知識，并結合實際對畢設課題進行問題分解，通過研究相關文獻對所涉及到的問題進行分析，恰當運用設計、計算和實驗等手段，提出較科學、合理和可行的實施方案。

2)能綜合運用所學知識和技能進行分析、論證，獨立操作、熟練使用軟件或使用編程解決機械產品及生產系統相關的復雜工程問題，并能通過仿真或實物反映設計結果。

3)能完成正確有效的實驗，并能對實驗結果進行分析獲取有效結論，結論有較強的學術價值或應用價值。

4)遵守學術道德和規范，在指導老師的指導下獨立完成設計，且論文中的圖表統一用計算機繪制，參考文獻符合國標規范要求，論文撰寫符合《新疆大學本科畢業論文(設計)工作管理規定》《新疆大學本科生畢業論文(設計)格式要求》等的要求。

5)能利用工程圖紙、設計報告等清楚表達畢業設計主體內容，回答問題正確，邏輯性較強。

課程目標與畢業要求及二級分解指標點的映射關系如圖1 所示，兩者之間屬于一一對應的關系。

圖1 畢業要求、二級指標點及課程目標之間映射關系

二 畢業設計課程目標達成度計算方法及計算結果

（一）畢業設計課程目標達成度計算方法

畢業設計課程目標達成度用A 表示，5 個課程目標分別用ai(i＝1，…，5)表示，課程目標的實際值、目標值分別用Sai、Mai表示，則有以下計算公式

例如Aa1，即課程目標1 的達成度等于課程目標1的實際值Sa1與目標值Ma1的比值。

指導老師及答辯組老師對畢設的8 項評議內容為：方案論證(15 分)，論文(設計)內容(40 分)，工作量和難度(20 分)，論文(設計)質量(15 分)，創新性與應用價值(10分)，論文(設計)水平(25 分)，論文(設計)報告(25 分)，論文(設計)答辯(50 分)，它們與課程目標之間的支撐關系有關，評議內容與課程目標的支撐關系是由評議內容的具體要求決定的，存在一項評議內容對應多個課程目標的情況，評議內容的滿分分值用Pj(j＝1，…，8)表示，課程目標的分配占比用Fj表示，則目標值有以下計算公式：

例如Sa1，即課程目標1 的目標值等于8 項評議內容每項的具體分值與該項對課程目標1 的分配占比的乘積之和。實際值的計算公式與目標值相似，只需將Pj替換為學生的具體實際分值即可。

將評議內容及分值經過進一步深化擴展，可以得到課程目標的目標值與實際值的具體計算公式如下。

課程目標1：目標值＝21分，實際值＝方案論證×1.0+論文(設計)內容×0.2+論文(設計)水平×0.25+論文(設計)報告×0.2+論文(設計)答辯×0.2。

課程目標2：目標值＝21分，實際值＝論文(設計)內容×0.2+工作量和難度×0.2+論文(設計)水平×0.25+論文(設計)報告×0.2+論文(設計)答辯×0.3。

課程目標3：目標值＝11.5分，實際值＝論文(設計)內容×0.1+創新性與應用價值×1.0+論文(設計)水平×0.1+論文(設計)報告×0.1+論文(設計)答辯×0.1。

課程目標4：目標值＝33分，實際值＝論文(設計)內容×0.5+工作量和難度×0.8+論文(設計)質量×1.0+論文(設計)水平×0.4+論文(設計)報告×0.5。

課程目標5：目標值＝13.5分，實際值＝論文(設計)答辯×0.4。

（二）畢業設計課程目標達成度計算結果

負責2017 屆至2020 屆各屆的學生畢設指導的老師人數是隨著學生人數的增加而增加的，嚴格控制每個班級的學生人數及每個指導老師指導進行畢業設計的學生人數。根據公式(1)、公式(2)及各課程目標實際值的公式，再結合2017 屆至2020 屆學生的具體評議內容分值，計算達成度，結果見表2。針對新疆大學機械工程專業實行少數民族學生、漢族學生集中教學的特色教學模式，故將少數民族班(簡稱“民班”)和漢族班(簡稱“漢班”)區分開統計，方便進行分析對比。

表2 為4 屆每屆全部學生及劃分為民班學生和漢班學生關于5 個課程目標的達成度區間分布占比，對應全部班級、民班和漢班。達成度區間被劃分成5個，分別為＜0.6、[0.6 0.7)、[0.7 0.8)、[0.8 0.9)和[0.9 1.0]，這5 個區間依次對應著差、及格、中、良和優5 個評分等級。表中總共有班級、屆次、課程目標和達成度區間4 個維度的變量，下文采用控制變量法來對其數據進行分析。

表2 2017—2020 屆各班級五個課程目標達成度區間占比%

三 畢設課程數據分析

當選擇同一屆次時，分析不同班級類型在不同課程目標下各個達成度區間上的占比，以2020 屆為例，為了從總體上進行分析對比，做柱狀圖2 和圖3，即2020 屆全部班級、民班和漢班關于5 個課程目標在3 個達成度區段上的占比，并分析其達成度在[0.6 1.0]、[0.7 1.0]和[0.8 1.0]這3 個區段上的占比變化情況。

圖3 2020 屆民班和漢班的達成度占比柱狀圖

觀察圖2，5 個課程目標的達成度占比，在區段[0.7 1.0]上，由高到低的秩序為課程目標1 等于課程目標4 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5，在區段[0.8 1.0]上，由高到低的秩序為課程目標4 大于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5，由此可以得出2020 屆全部班級的5 個課程目標的完成情況由好到差依次為課程目標4 大于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5。

圖2 2020 屆全部班級的達成度占比柱狀圖

由圖3 可知，單獨看民班的情況，5 個課程目標的達成度占比，在區段[0.7 1.0]上，由高到低的秩序為課程目標4 大于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2大于課程目標5，在區段[0.8 1.0]上，由高到低的秩序為課程目標4 大于課程目標等于課程目標2 等于課程目標5 大于課程目標3，由此可以得出課程目標4 的完成情況最優，課程目標1、課程目標2 的完成情況要優于課程目標5，在上述2 個區段上課程目標2 與課程目標3 的達成度占比差異依次為-3.3%和1.6%。結合區段[0.6 1.0]上課程目標3 的達成度占比比課程目標2 的達成度占比高11.5%，因此課程目標3 的完成情況要優于課程目標2。綜合上述可以得出2020 屆民班的5 個課程目標的完成情況由好到差依次為課程目標4 大于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5。單獨看漢班的情況，5 個課程目標的達成度占比，在區段[0.7 1.0]上，由高到低的秩序為課程目標1 大于課程目標4 大于課程目標2 等于課程目標3 大于課程目標5，在區段[0.8 1.0]上，由高到低的秩序為課程目標4 大于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5，由此可以得出課程目標5 的完成情況最差，其次為課程目標2、課程目標3。在區段[0.6 1.0]和[0.7 1.0]上，課程目標1 的達成度占比都要高于課程目標4，因此課程目標1 的完成情況要優于課程目標4。綜合上述可以得出2020 屆漢班的5 個課程目標的完成情況由好到差的秩序為課程目標1 大于課程目標4 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5。

使用同樣的分析方法，對其余3 屆進行分析，匯總得到表3 的結果，據此歸納5 個課程目標的完成情況得出以下規律。

表3 4 屆全部班級及民漢班課程目標的完成情況秩序

1)對于全部班級，4 屆每屆5 個課程目標的完成情況由好到差的秩序為：課程目標4 大于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5。

2)對于民班，除了2018 屆比較特殊外，其余3 屆都符合1)中的規律。

3)對于漢班，2019 屆和2020 屆與1)的規律稍有差異，其余2 屆都符合。

綜上，無論從哪個角度出發，2017 屆到2020 屆各屆5 個課程目標的完成情況有如下結論：基本符合課程目標4 大于等于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5 的秩序。

四 結果分析及改進措施

1)結論分析：由第三節中得到的結果可知，各屆5 個課程目標的完成情況由好到差的秩序為課程目標4 大于等于課程目標1 大于課程目標3 大于課程目標2 大于課程目標5。課程目標3 的完成情況較差，是由于部分學生畢業設計中的實驗完成情況較差，甚至有部分學生的畢業設計缺乏實驗。課程目標2 完成情況較差是由于部分學生在設計解決方案時，沒有能夠綜合考慮工程、環境等實際情況，所提出的畢業課題解決方案存在問題或者缺乏創新。課程目標5 完成情況較差是由于部分學生在畢業答辯時心理緊張的關系，不能很好利用工程圖紙、設計報告等清晰表達畢業設計工作和內容，在回答評委問題時，存在語言表達不清楚、邏輯性錯誤的問題。

2)改進措施：①嚴格選題審查，突出工程實用性。學生的畢業設計課題不能只是單純地仿真，需要有與實際相結合的實驗進行支撐，具有工程實用性。②多元化的指導團隊。安排機械類學生到合作企業進行實踐或提供實踐條件，實現“校-企聯合培養”，學生在經過企業實踐和聆聽專業課程后，會對實際生產有一個更清晰的認識，在設計解決方案時，才能考慮到實際因素，優化解決方案，提升其技術可行性。③指導老師組織學生開展畢業設計預答辯。在正式畢業設計答辯之前，指導老師對學生進行預答辯，學生演練并整理出答辯思路，概括出學生畢業設計的重點、主要工作等，模擬答辯委員會提問并進行回答，增強學生對畢業答辯的自信，減緩學生的緊張程度。

五 結束語

新疆大學機械工程專業將OBE 理念融入本科畢設課程的教學實踐中，并積累了多年的教學經驗和數據。本文首先匯總并計算該專業4 屆畢業設計課程目標的達成度數據，通過比較分析，得到了不同屆次、不同課程目標、不同班級類型和不同達成度區段共4 個維度上的畢設教學效果及分布規律。其次，對得到的規律和結果進行分析，剖析出目前畢設教學中的不足及教學管理上的問題。然后針對不足和問題提出線上教學、民漢個性化指導和新型冠狀病毒感染疫情期間畢設過程管理等方面的措施，最終探索出適合邊疆民族地區的畢設教學方法和措施，以達到提升教學質量與教學水平，提高學生設計能力、自學能力的目的。本研究工作是對OBE 理念的實踐落實，研究結果對工科專業教學，尤其是民族教育具有借鑒和指導價值。