基于OBE理念的“开采损害学”课程改革与实践——以西安科技大学为例
2019-07-17赵兵朝
赵兵朝
成果导向教育(Outcome Based Education, OBE)作为一种先进的教育理念,1981年由美国学者斯派蒂(Spady)[1]等人提出后,很快被美国工程教育认证协会(A-BET)全面接受。我国2013年6月被接纳为《华盛顿协议》签约成员,应用OBE理念引导工程教育改革,目前已成为我国工程教育专业认证的主流。OBE理念强调以下四个问题[2]:其一,想让学生取得的学习成果是什么?其二,为什么要让学生取得这样的学习成果?其三,如何有效地帮助学生取得这些学习成果?其四,如何知道学生已经取得了这些学习成果?
李志义基于OBE理念给出了教学设计应遵循的原则——反向设计,并探讨了如何编写教学大纲[3]32。田例江将“案例驱动式”教学方法应用在工程类专业的课程教学中,摒弃了重理论、轻教学的传统教学模式[4]。李志义以产出导向法为基础,根据产出目标,在“大学英语演讲”课程中采用翻转课堂教学模式,也取得了较好的教学效果[3]39。“开采损害学”课程作为西安科技大学采矿工程一门主干专业课程,如何在教材编写、教学大纲制定、教学方法改革和教学实验平台构建等方面,围绕OBE理念强调的四个问题,并结合采矿工程专业培养目标和毕业要求实现改革与创新,在教学过程中落实好显得尤为重要。
一、课程教学大纲的制定
“开采损害学”是采矿工程专业关于特殊开采与环境保护的一门应用性较强的课程,课程设置的目的是为了满足采矿工程专业培养目标和毕业要求。课程教学大纲制定过程中,采用了反向设计模式:首先,从采矿工程专业毕业要求指标点的需求开始,由需求决定课程的教学目标。其次,由教学目标决定教学大纲。最后,由教学大纲决定课程讲授的内容和采用的教学方法。该课程想让学生取得的学习效果、课程教学目标与学生12个毕业要求指标点的对应支撑关系(见表1)。
表1 课程目标与毕业要求指标点对应关系
“开采损害学”课程的教学目标:其一,使学生掌握覆岩与地表的移动变形规律,具备表述采动过程中开采沉陷规律的能力。其二,掌握采动地表移动变形预计、地表移动观测站设计、计算机模拟和相似材料模拟等方法,具备具体解决采动地表移动变形预计、评价和分析的能力。其三,掌握采动损害对地表建筑(建构)的危害、防护方法和保护煤柱留设方法,具备解决关于“三下”特殊开采复杂问题的能力。其四,熟悉采动对矿产资源、矿区环境损害和保护等方面的基本知识,使学生具有环境与资源保护意识和可持续发展观念,具备从可持续发展角度分析采矿工程复杂问题的能力。课程教学大纲涉及的教学内容与课程目标、毕业要求指标点对应关系(见表2)。
表2 “开采损害学”课程教学内容与课程目标、毕业要求指标点对应关系
续表2
二、课程教学过程中存在的不足
1. 学生学习的积极性不高
传统教育模式和教学方法以教师为中心,课程教学以教材为中心,教材的内容往往落后于现场几年甚至十余年,且教材缺少现场应用的成果和成功案例,学生在学习过程中,学习目标不明确,求知欲望不足,进而导致学习的动力不足。基于OBE理念,以学生为中心,从“问题提出—知识获取—问题解决—效果验证”的途径,激发学生的求知欲望,提高学生的学习积极性,进而实现学生学习由“被动”向“主动”的转变,具体措施如下:
(1) 借助启发式教学,以课程教学基本内容为基础,提出现场亟待解决的相关问题。
(2) 明确课程目标和大纲中要求学生取得的学习成果包括哪些知识、方法和手段。
(3) 讲述课程相关理论、手段和方法时,重点突出所学成果能够解决现场哪些复杂问题。
(4) 基于工程实例,借助案例式教学,验证学生取得的学习成果,尤其是解决现场复杂问题的效果。
2. 教学过程中实施OBE理念难
目前教学大纲的编制往往是正向设计,甚至有些课程教学大纲仅依据教材而编写,对此顺应OBE理念可以从“教促研—研促教—教促学—学促用”这样的途径构建教学模式。具体方法如下:
(1) 借助启发式教学,在激发学生学习求知欲的同时,思考现有理论及方法的不足,激发教师对所授课程涉及研究领域的兴趣。
(2) 以课程的案例库建设为基础,借助案例式教学,讲述应用现有理论和方法解决现场复杂问题的过程和步骤。
(3) 以课程实验平台建设为基础,借助课程实验教学,在理论知识与工程实践间搭建桥梁,促进理论教学与工程实践的融合。
(4) 以取得的学习成果为基础,指导学生参与学科竞赛和第二课堂,使学生可以参与科技作品竞赛和科研项目,并获取相应的荣誉与奖励。
3. 学习效果检验单一
学生取得的学习成果往往通过期末考试这一单一的模式来检验,其与OBE理念中关注的主要问题,即如何让学生知道已经取得了这些学习成果存在较大的差距。期末考试仅能了解知识的掌握程度,而是否做到了理论知识与工程实践的有机融合?是否培养了学生的创新意识?是否使学生的创新能力得到训练?学生是否了解学习成果取得的效果?这些问题都无从得知。
检验学生的学习成果的效果,应围绕OBE理念重点突出的问题,即如何知道学生已经取得了这些学习成果?在课程教学过程中,以学生为中心,围绕学生创新能力培养,通过“创新意识培养—创新知识获取—创新能力训练—创新能力检验”的途径,构建学习效果检验模式,检验学生的学习效果。
(1) 应用启发式教学提高学生学习的积极性,培养学生的创新意识,检验学生所取得的学习成果。
(2) 基于课程教学目标,应用案例式教学,讲述解决复杂采矿工程问题的具体理论、方法和步骤,借助期中、期末考试,检验教师想让学生取得学习成果的效果。
(3) 借助课程实验平台建设,使学生的创新能力得到训练,促使课堂理论教学与工程实践有机融合,进而检验教师是否有效地帮助学生取得这些学习成果的效果。
(4) 借助学科竞赛和第二课堂,学生通过参加学科竞赛,完成创新创业计划大赛等项目,检验让学生知道已经取得这些学习成果的效果。
三、OBE理念在课程教学中的应用及效果
1. 课程教学的应用
(1) 在提高学生学习的积极性方面,如在讲述“开采损害学”第八章——建筑物下安全开采中关于地表移动变形对建筑物的影响时,可采用启发式、案例式教学[5]。通过矿区民房采动损害技术鉴定的相关案例:其一,使学生了解到矿区房屋损害不仅有采矿因素;还有非采矿因素。其二,非采矿因素还包含自然因素和人为因素。其三,即使房屋损害是采矿因素造成的,还涉及是一个煤矿还是多个煤矿开采,或者建筑物受损不一定是建筑物下方所在煤矿开采造成,可能存在邻近矿井开采或邻近矿井越界开采等情况。其四,进一步丰富学生教学内容,激发求知欲望,实现了学生学习由“被动”向“主动”的转变。
(2) 在教学过程中实施OBE理念方面要做到:其一,授课教师应明确让学生取得的学习成果是什么?该课程大纲制定了4个教学目标:要求学生具备表述采动过程中开采沉陷规律的能力;具备具体解决采动地表移动变形预计、评价和分析的能力;具备解决“三下”特殊开采复杂问题的能力;具备从可持续发展角度分析采矿工程复杂问题的能力。其二,教师在教学过程中,借助课程教学案例库建设,采用启发式、案例式的教学方法,讲述煤层开采地表与覆岩的移动变形、“建筑物、水体、道路及管线下安全开采”和环境保护等相关知识,讲解如何应用所学知识分析、解决现场复杂问题的方法和步骤,让学生认可该课程为什么要求自己取得上述学习成果的必要性和重要性。其三,以课程实验平台建设为基础,促进理论知识与工程实践的融合。在课程实验教学过程中,西安科技大学为了让学生了解煤层开采后覆岩的破坏规律和发展演化过程,自主研发了相似材料模拟实验平台;为了给学生提供良好的计算模拟环境,自主研发了“开采损害预计评价软件系统”和“开采沉陷预计软件”;针对水体下安全开采,开发研制了覆岩导水裂缝带观测实验设备等,不仅为有效地帮助学生奠定了结实基础,也为促进学生理论知识与工程实践的深度融合提供了保障。其四,借助学科竞赛和第二课堂。学生通过参加科技竞赛完成作品、完成创新创业计划大赛项目的过程不仅可以查找自己学习成果的不足,也可通过课外作品竞赛,检验所取得学习的成果。
2. 课程教学的效果
(1) 西安科技大学以“教促研—研促教—教促学—学促用”的教学理念,结合课程特点,分模块建设开放的教学案例库,自主研发创新实验平台,使学生创新能力得到显著提升。近五年来围绕本课程学习成果,学生先后获全国行业实践作品大赛13项,省级大学生创业大赛、“挑战杯”5项,完成国家级创新创业计划大赛项目3项。用人单位反映我校毕业生能够灵活运用自己的专业知识,且理论基础知识扎实,具备解决现场相关技术难题的基本能力。
(2) 授课教师被评为校级大学生课外科技活动优秀指导教师、校级二级胡杨名师和首届全国煤炭教学名师,同时“开采损害学”获批省级精品资源共享课程,关于该课程教学内容优化和教学方法改革分别获校级教学成果特等奖2项。