OBE理念下的《导航原理与系统》线上教学方法探讨

孙淑光 孙颖慧

摘   要：针对线上教学学生远程学习效果实时反馈难的问题，文章以《导航原理与系统》的线上教学为实验手段，紧密围绕学生学习效果，遵循成果导向教育（OBE）理念，选择超星教学平台与ZOOM视频会议相结合的方式，通过课程直播，结合教学视频及图形化数理公式的直观描述进行课程内容的传授，借助课后测验、作业以及擂台赛，实现知识的短周期巩固和长周期内化，利用智能组卷确保学生知识考查的全面性，同时实现考试的公平性与合理性。结果显示，该方法能有效促进学生自主学习，达到了较好的教学效果。

关键词：线上教学;成果导向教育;教学效果

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2021）14-0057-05

一、引言

2020年，突如其来的新冠肺炎疫情打乱了新学期的教学计划，常规的线下教学模式突然被迫暂停，匆忙转入线上教学，就像一辆缓缓前行的马车突然闯进了高速公路，不管是教师还是学生，都在匆忙地面对各种陌生和不适，探索着教与学的模式。

《导航原理与系统》课程作为中国民航大学电子信息工程专业一门重要的专业课程，对学生的数理基础要求较高，并伴有各种复杂的力学推导、矩阵变换[1]，同时还要面临高年级学生学习兴趣及学习动力不足的问题，如何确保远程教学中另一端看不见、摸不着的学生能够认真上课并掌握相关知识，成为课程教学当中亟需解决的问题。

由于学校在开学前就已经定下新学期的课程采取线上教学的方案，课程组在开学前两周开始进行网络授课的课前准备，并在教学过程中持续与其他课程教师进行经验交流，密切关注教学效果，根据教学过程中出现的问题不断调整教学模式与教学方法，经过一学期的摸索，《导航原理与系统》课程最终探索出一套适合线上教学的面向成果导向的后驱动教学方法，确保了教学效果。

二、超星平台+ZOOM视频会议的组合教学实施过程

授课手段是保障教学效果的第一要素。《导航原理与系统》课程组在开课前认真对比了智慧树以及超星教学平台的运行模式及教学资源，考虑到该课程是行业类专业特有的课程，可借鉴的平台资源少、相关度低，而超星平台可以方便地选择并链接各种参考文献，最终决定选用超星平台进行录播授课，再通过微信群进行实时答疑交流。

课程教师在开课前就准备好适应网课录播的教学PPT，并撰写了讲稿脚本，借助录屏软件进行教学视频的录制，并对录制的教学内容进行了反复试听、修改。教师在开课之前录制了十几节课的内容，上传到超星教学平台，学生上课期间可以直接登录平台进行课程学习，并通过微信群进行实时课堂、课后答疑。但开学后的第一次课，由于大量高校学生同时使用授课平台，导致平台出现了拥堵瘫痪，学生登录不上或录播课程卡顿，课程内容完成度不高。

此外，授课教师还发现，虽然录播课程可以提前撰写脚本、重复录制，准备比直播更充分，但根据前期的试听，课程教师发现录播的课程容易陷入演讲表演的播音模式，导致学生学习时会陷入一种非实时状态，易出现平淡疲勞，且由于教学内容一直在网上，容易给学生造成后边随时可以看，不着急的假象，造成学生学习进度滞后，学习效果不佳。而且录播课程无法确保学生确实在听课，也无法实时推进学生对讲授内容的理解，学生不明白的地方有时即使重复观看也难以解决问题。

因此，从第二次课程开始，课程组转变授课手段，使用ZOOM视频会议直播，直播借助PPT课件和ZOOM的白板功能，可以随时切换教学环境，对需要推导或详细讲解的部分利用白板进行手写讲解;实时聊天区域便于学生及时提问，教学环境接近线下现场教学。同时，每个学生独立电脑的学习环境使得所有学生都成为第一排学生，视觉效果良好，网络聊天的便捷也使得大部分原本课堂不愿意发言的学生积极参与到课堂讨论中，教学参与度明显提高。根据学生反馈，直播授课教学效果明显好于录播授课。

由表1可以看出，ZOOM视频会议软件可以较好地实施“类现场教学”的功能，但无法实施教学管理，而超星平台专门针对线上教学，具有优良的课程管理及学生学习状况的跟踪功能，因此，课程最终采用超星平台+ZOOM视频会议的组合教学实施过程。

三、OBE的课程教学管理与实施

课程内容传授只是教学的第一步，学生对知识的掌握与消化才是学习的重点。无论是直播还是录播，都无法很好地实现学生学习的现场监督与督促，因此，课程的后期管理对于线上教学的课程尤其重要。为确保学生的学习效果，《导航原理与系统》采取了后驱动措施，利用超星平台的强大课程管理功能，通过课后测验、作业、擂台赛以及智能组卷考试等手段加强学生课后学习的管理。

1.学习目标明晰化

对大多数学生而言，课程就像是“在水一方的伊人”，有心向往之，下决心溯洄从之，怎奈远远望去，道阻且长，不由心生畏惧退缩之意，追逐的步履自然蹒跚而踉跄，又由于身边的诱惑颇多，课程学习的过程最终往往变成一道飘飘忽忽、且近且远的风景，时而明晰、时而糊涂，最终的结果大多是考试成绩勉强通过，而学习的内容则在考试过后以最快的速度归还教师。因此，如何在课程的传授过程中引导学生保持追寻“伊人”的热情与好奇，使他们能够真正理解所学习知识并将之付诸实践，就成为教学的目标与首要任务。

学生对知识的掌握程度，首先取决于其对学习对象的基本了解及需求程度，即学生需要有明确的目标驱动[2]，同时需要知道针对目标所应该达到的程度，这样才能很好地激发学生学习的动力。因此，《导航原理与系统》的第一课重点讲述课程的目的意义及其对学生职业发展的重要意义、学习要求、融汇课程思政元素，为学生树立正确的学习目标与学习观（见图1）。

学习目标的提醒仅在第一次课中提及是远远不够的，还需要在整个学习过程中不断强化。因此，在课程讲授过程中，授课教师不断穿插工程实际问题，引导学生进行问题分析，要求学生撰写分析报告或设计方案，保证学习目标引领不断线。针对学生作业质量不高的问题，授课教师专门进行了一次课外专题讲座，引导学生分清事实与观点，培养学生批判性、创造性思维，通过什么是事实、什么是观点，如何利用事实形成自己的观点、如何科学决策的引导，促使学生系统化地改进自己的学习习惯与思维模式。

2.知识学习全局化

工科学生专业课学习的关键是工程思维的养成。课程的教学过程就是“伊人容貌明晰化”的过程。通常的教学进程中，课程开始于概论，简单介绍课程的内容、发展历史、技术现状、应用情况等，不同的课程稍有差别，但差别不大。根据授课教师多年的教学经验，对大多数学生来说，概论远不是教师所以为的那么简单明晰，因为他们大多没有相关课程、相关知识的联系与背景，在教师眉飞色舞的介绍中，他们可能一头雾水，不知所云。

为避免这种情况的出现，《导航原理与系统》课程从上课之初就以研讨的方式引导学生课堂参与，让学生真正融入到教学中。从与学生探讨飞机在空中如何才能飞到目的地开始，分析讨论飞机所应具备的功能、功能的类型与特点，可用于描述功能的参数等。通过这些讨论，使学生了解导航的基本功能、在整个航空电子系统中的作用与地位，与其他飞机系统之间的关系，由此从全局的角度认识导航系统。

课程的讲授过程就是一个清晰描绘“伊人溯洄路线”的过程。要让学生高屋建瓴，有全局观念，从而轻松把握学习过程。工科的专业课程与基础课程有很大的不同，专业课程通常是针对功能实现和对象的。如果学生在专业课程的学习中继续基础课程的做练习、背题的学习方法，则往往会被淹没在各种原理、公式中，或通过背题应付完考试却完全不知自己学了什么。

为避免这种情况的发生，《导航原理与系统》课程的教学过程从功能需求出发，引导学生讨论，自主提出对系统的各种功能需求，然后根据功能需求来考虑实现方法，用工程设计的理念来引导学生的学习过程。例如，在大气数据部分的学习中，首先抛出一个某型飞机的大气数据系统在飞行测试中出现的告警现象（设计问题），来分析大气数据系统所应具备的各种功能、面临的问题，然后针对这种需求寻求解决方案，给出技术实现路线，进而给出大气数据系统的传感器数据测量时所应该采用的方法以及波音、空客飞机大气数据系统的设计原则与设计思路。通过自上而下的分析引导，使学生对所学内容有深刻的理解。

3.知识巩固持续化

孔子曾说“温故而知新”。知识的巩固需要及时重现以及熟悉[3]。为确保学生切实执行所学知识的复习巩固，《导航原理与系统》课程通过课后测验、章节作业的形式实现知识巩固的短周期巩固和长周期内化。知识的短周期巩固利用超星平台的课程测验模块，每次课的课后都会有6—15道选择题，以随机的形式发放给学生在限定时间内进行测验。随机发放确保了每个学生的测验各不相同，避免了互抄答案的现象。测验时间限定在本次课程结束和下次课程开始之间，测验时间限定20分钟，确保学生在下次上课前完成对前一节知识的巩固。章节测验共25次，覆盖全部课程内容。图2是章节测验的部分信息及测验成绩统计。

知识的长周期内化利用超星平台的作业功能，每一个章节结束后，都会布置一次课程内容分析总结或飞行事故分析的作业。通过综合化分析，实现知识的长周期梳理巩固。图3为学生的课程学习总结。学生通过分析总结，利用思维导图，将所学知识从功能、工作原理、仪表构成、误差分析有机融合，形成一个完整的体系图，体现了学生对知识的整体把握。

飞行事故分析的其中之一是选取灾难记录片《空中浩劫》第一季中的“flying blind”，以秘鲁603航班空难为例，通过视频观看引导学生利用所学知识，分析在静压孔被胶带密封之后，大气压力的变化，导致高度、空速的变化，高度表、空速表的告警表现以及对飞管系统、飞控系统的影响。学生在观看视频和事故原因分析的过程中，需要对所学知识进行整体梳理，同时还要结合内外因分析，既巩固应用了课堂知识，也增强了责任心与使命感。

4.知识内化趣味化

麻省理工学院的Charles M. Vest强调：“学生是由激情、好奇心、参与和梦想而驱动的。尽管我们不能准确知道应该教给他们什么，但我们能够把注意力集中在他们学习的环境和背景，他们的动力、想法和灵感，为他们提供充分展示自己的空間”。知识的获取与内化需要学生的意志力及学习兴趣的保持[4]。学生兴趣的引导在教学过程中可以由教师主导，《导航原理与系统》课程采取抽象理论直观化、知识交流趣味化的形式进行，分别从教与学两个方面进行引导。

借助自行设计的视频文件以及网络资源，将系统原理、数理推导等部分学生理解较困难的知识点，通过动画或形象化拟合展现给学生，使学生能充分理解实现原理和公式的物理含义，真正理解所学内容的工程内涵。系统原理动画实现主要有陀螺仪原理、无线电导航原理、惯导坐标系转换等。图4为DME测距机的原理动画和伯努利方程的推导过程及物理含义的示例。70%以上的相对抽象的关键导航原理或公式都可以实现可视化演示。

动画演示给学生直观感觉与理解，但深入学习兴趣的引导更多在于学生自身的参与，为实现学生学习研究的浸入式体验，课程设计了擂台赛，以打擂比武的形式引导学生实现知识的深层内化。擂台赛以引导学生深入研究某一导航专题为目标，通过方案设计，以挑战别人的方案完善本组方案的方式，使学生学会多角度、多维度地分析解决问题。擂台赛的基本原则如表2所示。

擂台赛极大地促进了学生的学习兴趣与研究兴趣，学生自行组队，各小组选择自己擅长或感兴趣的研究对象，擂台赛的题目及守擂小组如表3所示。

整个擂台赛持续一个多月，学生发起或回复讨论76条，全部讨论共计117条，涉及几乎所有的导航参数或系统。部分问题的解决方案远超授课教师的预期，出现了可喜的效果。

5.知识考核灵活化

课程学习效果最直观的表现形式为考试成绩。课程考试采用网上考试，为确保考试的公平性以及考试内容的广泛性，《导航原理与系统》建立了课程题库，涵盖所有课程章节。具体题型包括选择题、简答题、名词解释以及论述题[5]。其中，简答和论述题需要学生根据所学知识举一反三，建立自己的分析思路。例如：根据你所学过的卫星导航的知识，分析中国北斗二代系统要实现全球导航需要解决哪些关键问题，如果要将其应用于民航飞机的导航，需要采取那些措施之类的开放性问题。题库内相关题型的数量及分布如图5所示。

课程考试采用线上考试方式。为确保学生的学习效果与质量，保证考试的公平性与合理性，期末考试利用平台智能组卷功能，随机组卷20套，选课学生65人，平均每3人一套题，杜绝了学生考试期间相互传递答案作弊的可能。

在考题难易程度基本与往年一致的情况下，从卷面考试成绩来看，考试结果好于往年。考试成绩分布如图6所示。

四、结论

整体来看，《导航原理与系统》课程线上教学通过ZOOM视频会议直播形式进行课堂教学过程的实施，配合班级微信群的课后答疑实现课堂教学内容的传授，利用课后测验以及作业确保课程内容的及时巩固，配合综合性作业和擂台赛实现学生自主知识内化，超星平台智能组卷的灵活考核方式确保考试的合理性与内容考查的广泛性，整体效果良好。但仍有少量学生学习效果不佳，可在后期的线上教学中针对这部分学生进一步改进，提高教学效果，满足课程教学目标。

参考文献：

[1]孙淑光.把握技术发展 实现理论实践一体化教学——导航原理与系统课程改革[J].教育教学论坛，2015（48）：99-100.

[2]张莉，谭火彬.目标驱动的软件工程硕士培养模式探索[J].计算机教育，2015（1）：22-25.

[3]王长青.巩固数学知识的有效方法[J].课程教材教学研究（中教研究），2007（Z4）：86.

[4][美]Edward F Crawley，Johan Malmqvist，S？觟ren ？觟stlund，et al.重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，沈民奋，陆小华，译.北京：高等教育出版社，2009.

[5]超星智慧考试系统使用手册（教师）[DB/OL].https：//jwc.ayit.edu.cn/info/1038/2431.htm.

（编辑：李晓萍）