基于OBE理念的计算机控制技术课程改革与实践

陈显明 范莹莹

摘 要：《计算机控制技术》是一门综合性很强的课程，学习难度大，传统的教学效果欠佳。OBE理念是被普遍认可的工程教育改革方向之一，通过在该课程中引入OBE理念实施教学改革。文中论述了OBE理念下《计算机控制技术》课程目标的修订、课程路径的设计、课程知识矩阵的重构、教学模式和评价机制的探索等。通过这样的改革，提升该课程教学效果。

关键词：课程改革；OBE理念；计算机控制技术；工程教育

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）14-0155-03

Abstract： Computer Control Technology is a comprehensive course with great difficulty in learning and poor traditional teaching effect. The OBE concept is one of the widely recognized reform directions of engineering education. The teaching reform is carried out by introducing the idea of OBE concept into the course. This paper discusses the revision of the objectives of Computer Control Technology under OBE， the design of course path， the reconstruction of course knowledge matrix， the exploration of teaching mode and evaluation mechanism. Through such reform， the teaching effect of this course can be improved.

Keywords： Curriculum reform； OBE concept； Computer Control Technology； engineering education

《计算机控制技术》是自动化类专业开设的一门专业核心课程，它是将控制理论和计算机相结合，利用相应硬件和软件实现系统自动控制的一个过程。随着社会科技的不断进步和国家自动化水平及信息化程度的不断提高，以及工业4.0战略的实施与推进，计算机控制技术在日常生活和生产制造上正发挥越来越重要的作用，其技术地位也越加彰显。计算机控制技术融合了控制理论、计算机技术、微电子技术、信息处理技术、网络技术和通信技术等，要求从事该专业的工程技术人员不仅要掌握控制理论和计算机技术，还要有较为宽广的相关知识，了解并掌握工业过程控制、运动控制、检测与自动化仪表、电力电子技术、电子与计算机技术、信息处理等领域的系统分析、系统设计、系统运行、科学研究与开发等方面的专业知识与技能。学生也应该掌握计算机控制技术在简单控制系统中的应用，能进行系统硬件电路设计与软件编程[1，2]。

《计算机控制技术》是多门课程相交叉且综合性很强的课程，内容抽象，信息量大，各章节联系紧密，教学难度较大，难于理解，实践环节多，学生普遍反映难以掌握，较难产生学习兴趣。根据学生的期终测评和知识掌握调研，结果另人失望，学生对知识的掌握程度大多都达不到教学大纲规定的标准，创新应用更是落后一大截，若从OBE理念的角度分析，更加无法满足用人单位的标准。OBE是英文Outcome based education的缩写，译为成果导向教育（亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育）[3-5]，是一種先进的教育理念。目前OBE理念是被普遍接受的工程教育改革方向之一，因此，如何基于该理念实现《计算机控制技术》课程改革是摆在我们面前的一个重要课题。

一、OBE理念下课程目标的修订

传统课程目标的制定是基于知识驱动，强调的是对基础知识的掌握。传统的《计算机控制技术》课程目标旨在培养学生掌握计算机控制的基本概念，基本分析方法和设计方法。要求学生从理论上掌握计算机控制系统的基本原理及应用，为学生提供有效地分析和设计计算机控制系统所需的洞察力、知识和理解力。该课程目标以学生掌握书本知识作为核心，一切课程活动都是围绕该目标进行，导致课程的开展主要以教师的“教”与“授”进行，学生处于被动接受知识的过程。课程实践活动基本上都是验证性实验，目的是为验证课堂所教授知识而存在。这样的课程活动不利于发挥学生的主观能动性，课程效果欠佳。在OBE理念下，课程目标的制定是以能力作为驱动，强调的是能力的获得。以OBE理念作为指引，以未来实际控制工程环境需求为导向，《计算机控制技术》课程应具备以下几方面的能力：1.具备基本的计算机控制系统的分析、设计、编程和调试能力；2.具备创新意识，有与时代共进能力；3.能够通过多种渠道进行知识更新和完善自我的能力；4.具备与其它课程/学科交叉合作的能力。在能力和目标导向下，课程开展强调的是学生的主观能动性，也更加强调学生的实践活动。对于该课程，我校已进行了大的调整，电气专业的实践课时由过去的9个学时增加到26学时，而理论课时则由过去的45学时下降为28学时，增加了不少综合性实验和其它实践环节。这样的改革就是为了提升学生的动手能力，加强学生主观能动性。

二、OBE理念下课程改革路线

传统的《计算机控制技术》课程是学科导向的，它遵循专业设置按学科划分的原则，教育模式倾向于解决确定的、线性的、静止封闭问题的科学模式，知识结构强调学科知识体系的系统性和完备性，教学设计更加注重学科的需要，而在一定程度上忽视了专业的需求。图1是OBE理念下课程改革的路线图，该图描述了OBE体系下课程设计的原则和路线。从图中可以看出，OBE教育遵循的是反向设计原则，其“反向”是相对于传统教育的“正向”而言的。反向设计是从需求（包括内部需求和外部需求）开始，由需求决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，再由毕业要求决定课程体系。正向设计是从课程体系开始，逆反向过程到毕业要求，到培养目标，再到需求。然而，这时的需求一般只能满足内部需求，而不一定能满足外部需求，因为它是教育的结果而不是教育的目标。因此，传统教育对国家、社会和行业、用人单位等外部需求只能“适应”，而很难做到“满足”。而OBE教育则不然，它是反向设计、正向实施，这时“需求”既是起点又是终点，从而最大程度上保证了教育目标与结果的一致性[3]。

《计算机控制技术》课程设计应以时下或未来自动化与控制工程对人才的需求目标为出发点，结合学生个人的内在需求与期望制定课程目标（如前述），从整个专业角度定义课程在课程体系中的位置，然后导出该课程的教学要求和教学内容，最终通过多维的评价机制评价学生的产出情况，以是否达到需求作为课程终点，形成课程闭环。

三、OBE理念下的课程知识矩阵

传统的工程教育体系中，《计算机控制技术》课程作为电子电气及自动化专业的核心课程之一，强调知识体系的系统性和完备性，其内容从硬件到软件，从理论到实践，从实验室到工程应用等无所不包。纵观学科专业的课程体系设置，《计算机控制技术》课程在整个知识体系中具有许多交叉重叠的地方，而在目前的知识传授体系中各课程的教授都是各自为战，上各门课的教师都是按教学大纲尽可能地把所有的知识点向学生传授，交叉重叠的知识会被反复教授，占用了不应占用的时间，不利于学生能力的培养。OBE培养模式中，知识点在何处何时出现在构建课程体系时就清晰明了，相同的知识点不会在不同的课程中反复传授，各课程或各知识模块的设置应对需求产生贡献，不产生贡献的将被去除。这需对专业课程体系进行重构，并对知识矩阵进行重新梳理。《计算机控制技术》课程在OBE模式下也需对各知识模块进行重新匹配，构建更加合理的知识矩阵[8，9]，这正是在目前传统工程教育模式下所欠缺的。

中国高等教育正处于改革浪潮中，肇庆学院被认定为应用型本科高校，如何落实“应用型”正是各高校要不断探索和研究的课题。对于工科专业，加强学生的动手能力和实践能力是教育改革方向之一。对于应用型本科高校，缩减理论课时和大幅度增加实践课时正是应对策略之一。我校电气专业的《计算机控制技术》理论课时已由过去的45学时下降为28学时，实践则由9学时增加到26学时。这极大地加强了实践教学，同时要求理论授课更加精炼，知识点的把控更加精准。这需对现有教材知识点进行梳理和凝炼，并研究各课程之间的关联性。图2体现了《计算机控制技术》是一门综合性相当强的课程，它与PLC、单片机、DSP、微型计算机与接口、各种编程语言、自控原理等课程结合得都很紧密，许多编者为了课程的完备性和自成体系，在编写教材的时候把其它课程的知识点都糅合进该门课程中，致使教材内容丰富多彩，也增加了授课难度。教师在选择教材和授课内容时要明确课程在整个专业体系中的位置和与其它课程的关联度和重合度，重新梳理授课的知识矩阵，做到有的放矢。

表1是于海生编著的《微型计算机控制技术》教材内容，该教材涵盖内容非常广泛，并与其它课程内容在知识点上有许多交叉重叠的地方，这些交叉重叠的内容在授课时可以少讲或不讲，由学生自学或在其它课程中获取。教师在授课时要重点把握以下几个核心模块：控制系统的硬件搭建（第二章）+控制器特别是PID控制器的连续化和离散化设计技术（第四章）+控制系统的组态和编程（第六章和第七章）+测控网络的组建（第八章）。当然编程能力主要由程序设计课程提供，网络构建根基在于计算机网络课程，本课程中给出了测控网络和常规网络的区别和特色。总之，OBE理念下一切课程活动都是为了学生的学习产出，因此依据不同内容和其它课程的关系，表1给出了教授和学习策略，对课程知识进行重构。

四、OBE理念下的教学模式与评价机制

传统的教学模式是一种“满堂灌”和“填鸭式”的教学方法，这种教学方式抑制了学生主观能动性的发展，不利于学生能力的培养。《计算机控制技术》是一门实用性比较强的课程，在教授知识的过程中可以发展案例式教学方法、基于项目的教学方法、基于情景的教学方法、基于探究式的教学方法等。参加竞赛也是培养学生动手能力和工程能力的一个重要途径，现在不同层次的电子竞赛比较多，学院层次、学校层次、市级、省级、国家级等，鼓励学生积极参与不同的学科竞赛，在学中做、做中学，激发学生的学习兴趣。积极创造条件，开拓企业渠道，把企业的课题引进来，让学生参与，培养学生的项目工程观。

目前，《计算机控制技术》课程的评价是任课教师根据“考试成绩+平时表现+实验成绩”进行综合评定，这种评价体系并不能完全体现出学生的综合素质。OBE理念中，对学生成绩的评定是一个立体的过程，针对具体课程，研究符合课程性质的立体评价体系也是课程改革的任务和目标之一。这种立体评价体系包括教师的评价、学生的自评、社会的评价、用人单位的评价、基于项目的评价、基于竞赛的评价等。现在世界上，包括我国在内，对工程教育正在发展国际工程认证，由第三方机构对学生的课程进行考核认证，这是对同一课程实现全省、全国乃至全球互通的一个良好途径。

五、结束语

当今世界处于一个高速发展的时期，各种新技术新工艺新设备不断涌现，社会对人才也在不断提出新的需求，特别是对工程技术人才，需求的更新速度更快。我校作为应用型本科高校，高等教育的改革一直在进行。最近几年，培养方案做了几次调整，课程体系也重构了几次。最新一期培养方案对于实践教学提出了很高的要求，增加了大量的课时。遗撼的是，新的培养方案并不是基于OBE理念的，我校只有少数课程和少数教师有意识地引进OBE理念。《计算机控制技术》课程作为电气专业培养方案中的一个基础构成，只有整个培养方案都处于OBE理念下才能更好地体现改革成效。衷心希望我校对OBE理念进行大量研究，特别是工程专业，并以此为锲机，实行工程教育改革，提升教学质量。

参考文献：

[1]周旭，李燕.《计算机控制技术》课程教学的研究与实践[J].大众科技，2017，19（210）：79-80.

[2]丁健，孙强，干开峰.工程教育专业认证下的“计算机控制技术”课程改革与实践[J].合肥学院学报，2016，26（1）：135-138.

[3]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[4]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[5]杨毅刚，孟斌，王伟楠.基于OBE模式的技术创新能力培养[J].高等工程教育研究，2015（6）：24-30.

[6]楼上晴朗天.OBE理念与人才培养方案制定[EB/OL].百度文库，2016-06-08，https：//wenku.baidu.com/view/07a781ee763231126fdb114a.html.

[7]宋躍，余炽业，胡胜，等.基于OBE的嵌入式测控技术课程群建设与探索[J].实验室研究与探索，2016，35（6）：208-210.

[8]边心田，陈贵宾.基于OBE理念的应用光学课程改革与实践[J].高教学刊，2017（18）：125-127.