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摘要：《轧制工程学》是材料成型及控制工程专业的核心专业课，在“双一流”和新工科背景下对其进行改革对于培养学生解决复杂工程问题的能力至关重要。工程教育专业认证是专业和课程改革的良好抓手，基于OBE理念，本着以学生为中心的思想，《轧制工程学》结合课程的特点和定位，采用项目式教学，将数值模拟融入课程，从教学目标，教学内容，教学方法和评价体系等方面对课程进行改革，保障了知识目标和能力目标的达成，提升了课程的教学质量。
关键词：工程教育专业认证；轧制工程学；课程建设
本文引用格式：贾智，等.基于OBE理念的《轧制工程学》课程改革与实践[J].教育现代化,2020,7(52):88-91.
Reform and Practice of“Rolling Engineering”Course Based on OBE Concept
JIA Zhi,ZHANG Han,FENG Li
(Lanzhou University of Technology,Lanzhou Gansu)
Abstract:Rolling engineering is the core professional course of material forming and control engineering.It is very important to reform it under the background of“double first class”and new engineering to cultivate students’ability to solve complex engineering problems.Engineering education professional certification is a good starting point for specialty and curriculum reform.Based on the concept of OBE and the thought of student-centered,rolling engineering combines the characteristics and positioning of the curriculum,adopts project-based teaching,integrates numerical simulation into the curriculum,and reforms the curriculum from the aspects of teaching objectives,teaching contents,teaching methods and evaluation system,so as to ensure the knowledge objectives and capabilities The achievement of the goal improves the teaching quality of the course.
Key words:Engineering education professional certification;Rolling engineering;Curriculum construction
一 引言
工程教育专业认证是我国高等教育的重要组成部分，是国际通行的工程教育质量保障制度[1]。工程教育专业认证要求专业课程体系、师资队伍、保障体系等要围绕学生培养目标和毕业要求达成进行设置，并要建立持续改进的机制以保障人才培养的质量[2-4]。持续改进推动专业认证的闭环建设，是落实OBE理念，实现工程教育人才培养模式转变的重要举措[5-8]。兰州理工大学材料成型及控制工程专业于2016年第一次通过工程教育专业认证，认证后专业根据专家的意见和工程认证的要求对培养方案进行了重构，并逐一落实到课程的改革和实践中，专业于2019年接受了第二轮认证考察，专家反馈意见良好。
《轧制工程学》是材料成型及控制工程专业五门核心专业课之一，总课时为48学时，其中4学时为课内实验。课程主要讲述金属在轧制过程中的变形理论及工艺，揭示其轧制变形过程中的力学特性与工艺参量之间的联系。该课程的设置是专业主动服务区域产业发展对人才的需求而设立，随着技术水平的不断发展，对人才的需求也不断提高，同时新工科和“双一流”建设对人才培养也提出了新要求，因此必须将这些新变化体现在课程中，以保障人才培养的质量。工程认证为课程的改革提供了良好的抓手，其先进的理念和明确的标准增强了课程改革的可操作性。本课程基于工程认证的理念，落实学生为中心的思想，贯彻持续改进的质量文化，从教学目标，教学内容，教学方法和评价机制等方面进行了改革。
二 教学目标
教学目标规定了课程教学后学生应该具备的知识和能力，是课程教学的总纲，课程教学围绕教学目标展开。根据本专业的培养方案，《轧制工程学》支撑毕业要求中的工程知识、问题分析、设计/开发解决方案三个指标点。通过对三个指标点的内涵进行分析发现，三个指标点是递进的关系，轧制的基本原理和工艺设计的基础知识是学生分析轧制问题的先决条件，工程知识的掌握程度直接关系到学生是否能准确分析、判断、识别和表达工程问题中的关键环节、从而准确确定核心影响因素，并在用户需求和实际工况之间找到解决问题的最优方案。而在设计解决方案过程中，是以用户的需求为依据的，这需要从系统的角度充分考虑用户实际情况、工艺方案、安全、健康、法律等因素，在全面分析问题的基础上做出最优的方案，因此培养学生解决复杂工程问题的能力必须从技能和非技能两方面入手。
根据学生解决复杂工程问题能力的形成特点和内涵，确定《轧制工程学》的教学目标应该包含知识目标和能力目标两个层次，知识目标规定学生通过课程应该掌握的轧制基础知识，能力目标则规定学生对知识的分析、判断、设计、表达等应用能力。通过对教学内容的梳理，结合三个指标点对学生能力的要求，制定的课程教学目标为：
1.知识目标
(1)掌握轧制的基本理论，能够分析轧制过程中的影响因素。
(2)掌握轧材的种类及其生产工艺流程、轧制生产工艺过程及其制订，了解轧材生产新工艺。
(3)掌握棒材、板材和管材的生产工艺过程及工具设计，能够针对特定需求，设计或改进具体产品的轧制制度；熟悉轧制设备及其特点。
2.能力目标
(1)具备对特定轧制成形问题进行分析和判断的能力。
(2)具备设计轧制实验，对数据进行采集、整理，获得有效结论的能力。
三 教学内容改革
《轧制工程学》是一门技能型的课程，其知识体系大部分来源于工程实践，导致课程知识点多，而且相互独立，很难形成完整的知识链，部分内容与前序课程关联性小，这给教学内容的选择造成了很大的困难。根据教学目标，紧密围绕知识目标和能力目标的达成，将教学内容进行了细化，形成了课程的知识体系导图，通过与企业技术人员和行业专家的沟通，确定了各知识点与轧制工艺设计之间的需求关系，然后根据与课程目标关联度的高低将教学内容分为三个模块。通过将知识模块化，解决了有限的课时与知识点多的矛盾，拓展了学生的知识面，培养了学生独立思考和自主学习的能力，提升了学生解决复杂工程问题的能力。
与教学目标高关联的知识模块包括轧制的基本参数、轧制变形区材料的流动规律、轧制工艺规程制定、棒材的生产、冷热轧板带生产等内容。通过对高关联教学内容的梳理，明确了课程中的难点和重点，这些内容作为重点进行课堂讲授，便于学生掌握。随课实验内容也与高相关知识模块相配合，增强学生学习的趣味性和积极性。在本模块内，所有的知识点都通过工程问题引出，并落实到工程案例中，提升学生应用知识的能力，以保障其能力目标的达成。例如材料在轧制过程中的横向和纵向变形，该部分内容非常抽象，内容繁杂，需要学生有很强的空间想象能力，如果根据教材进行授课将极大地影响学生的学习效果。通过对内容进行分析，确定的难点和重点是金属在变形区内的流动规律，影响展宽和前滑的因素，孔型中展宽的特点，变形区内的流动速度，中性角的确定，连轧中的前滑。这些内容通过汽车前轴的纵轧工艺引出，并通过向学生展示汽车前轴的轧制工艺设计过程，借助三维动画、数值模拟结果、图纸、现场视频等形式，详细讲授重难点及其在前轴轧制工艺中的应用，从而提高学生对该知识的学习效果，保障知识目标和能力目标的达成。
中等关联的知识模块主要包括两方面内容，一方面是学生可通过自学完成的比较简单的知识点，例如轧制的基本概念，轧制后的热处理等；另一方面是对轧制工艺设计支撑比较弱的知识点，例如宽展的计算，轧制力的计算等。中等关联的知识模块探索开展线上教学，通过在学校SPOC自主学习平台上建立线上资源，引导学生充分利用在线资源进行学习，教师在线引导学生进行小组讨论，问题思考，资源搜索，内容归纳，并通过答疑和课后作业的形式检测学生的掌握情况。
课程思政对于培养学生非技术能力非常关键。轧制是一门历史悠久的学科，其发展历程中蕴含了大量的历史事件、时代背景，杰出人物，技术发展等素材，使得《轧制工程学》中具有大量的思政元素。例如通过发掘课程中的人物奋斗和技术进步历程，可以培养学生热爱专业、勇于探索的科学精神和创新思想，通过我国轧制技术的发展历程可以激发学生热爱国家和专业的使命感。通过对课程中思政元素的发掘，还可以增加教学内容的趣味性，调节课堂气氛，调动学生的学习积极性，提高学习效果。
四 教学方法改革
根据课程的特点和教学目标，为了激发学生学习的兴趣和积极性，课程团队基于以学生为中心的理念，在课程中构建了交互式与项目式结合的教学模式，积极探索线上线下融合的翻转课堂组织形式。学生以3-5人为一组，教师为每组设定工程背景并提出项目实施要求，由学生通过查阅资料自主确定工艺参数，设计工艺方案，进行试验和测量，从而得出结果，有助于培养学生的团队合作、动手能力、创新能力和自主学习能力。每节课安排2-3组汇报项目的进展情况，培养了学生的沟通能力，汇报后全班自由展开讨论，从而使各组不断完善项目，达到相互学习的目的。学生在项目实施过程中，需要考虑材料费、加工费、人工费等因素，培养了学生在工艺设计中考虑成本的能力，使课堂教学内容向工程实际靠拢。
在项目实施过程中充分利用数值模拟方法，要求工艺设计阶段必须采用数值模拟进行优化，然后才能进行轧制实验，这样既提升了学生使用现代工具的能力，又便于学生对工艺过程的理解，图1为学生得到的不同压下量下的数值模拟结果。轧制后的试样必须进行微观组织的观察，提升了学生对宏观工艺与微观组织之间关系的理解，提高了学生对金属学相关知识的应用能力，有助于培养学生的工程思维。课内项目为学生提供了应用知识分析问题和解决问题的契机，是对学生能力的综合培养，对学生解决复杂工程问题能力的培养至关重要。
五 考核和评价体系改革
《轧制工程学》改革前教学环节比较简单，内容比较固定，主要通过结课考试评价学生的学习效果。基于OBE理念改革后，教学环节增多，教学内容更加多样化，学生的个性得到更多的释放，因此考核和评价体系也必须做出改革。
改革后的评价指标包括课堂表现，团队合作，课内项目，课内实验，课后作业，结课考试等，每个指标又细化为若干二级指标，实现了对学生学习过程的多维度、全流程考核。结课考试侧重对知识目标达成情况的考察，课内项目侧重于对学生能力目标达成情况的考察。例如对于课堂表现的考察充分考虑了课前资料查阅的质量、参与讨论的积极性、对问题的讨论质量、对问题的表述等因素，并对每个因素进行了量化，从而保证了评价体系的可行性和科学性，表1为课堂表现评价指标。结课后教学团队根据过程评价记录对每个学生的能力达成情况进行评价，评价结果更能反映学生在课程中的参与度和相关能力的达成度，并将结果应用于课程的持续改进。
六总结
在“双一流”和新工科建设中，课程的改革是最基础的工作，是保障专业建设取得实效的前提。工程教育专业认证是课程改革的好抓手，围绕OBE理念，聚焦对学生解决复杂工程问题能力的培养，通过对教学目标、教学内容、教学手段和评价体系进行改革，能够切实提高学生的知识应用能力、创新能力、动手能力和团队协作能力，同时通过能力达成情况的评价促进课程的持续改进。
参考文献
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