基于OBE教育理念的特殊开采课程改革与探索

刘世奇 张村 许延春 苗葳

摘  要：特殊开采课程是一门面向采矿工程专业地下开采方向学生的专业必选课。针对该课程涉及学科广泛，相关技术发展快，学生知识点难以掌握的特点，提出将OBE理念引入教育过程的方法，结合教育现代化信息技术进行课程的教学目标、教学内容、教学方法的改革，在教学实践中进行积极探索。实践表明，在课堂教学中取得了较好的效果，为工程类专业教学改革提供有益的经验。

关键词：教学创新;OBE;以学生为中心;互动式课堂

中图分类号：G641 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）14-0138-04

Abstract： Special Mining is a compulsory course for students majoring in underground mining engineering. In view of the characteristics of this course involving a wide range of subjects， fast development of relevant technology and difficult knowledge for students to master， the method of introducing OBE concept into the education process was proposed， and the reform of teaching objectives， teaching content and teaching methods were carried out in combination with the modern information technology of education， which was actively explored in teaching practice. The practice showed that good results have been obtained in classroom teaching， which provides beneficial experience for the teaching reform of engineering specialty.

Keywords： teaching innovation; OBE; student-centered; interactive classroom

OBE教育理念是本科工程教育国际互认协议——《华盛顿协议》[1]所推行的一种教育理念。该理念起源于上个世纪60年代，受到苏联率先成功发射普特尼克一号的反思，美国提出有别于当时重视“教学端输入”的传统教学理念，强调教学应以“学习端产出”的教学理念。在此理念指导下，教师事先为自己的课程设计预先设计学习成果，课程活动建立在协助学生达到预期目标上。以“学生能学到什么”为出发点，逆向设计课程教学内容，提出基于学生学习目标与教学内容相融合、学生学习过程与教学过程相融合的教学模式，注重培养学生的自主学习能力、创新和实践能力，全面提升学生的素养。

随着采矿工程专业建设的推进，国内各高校对专业知识体系与能力体系进行了积极的探索，国内外很多学者对此进行了深入的研究，提出了很多基于OBE理念的教学改革和探索[2-6]。其中有学者在实践中提出该理念存在学习成果难以量化，限制学生知识探索等缺陷[7]，因此本文基于OBE教育理念的优点，结合教育现代化信息技术，对学生成果进行有效量化，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，让学生知识探索不止步于课堂，对特殊开采课堂教学具有重要意义。

一、课程改革与创新方案

基于OBE理念的特殊开采课程的改革策略，以教学目的、教学内容、教学手段和教学实践四个方面展开，如图1所示。在教学目的上，以学生应获取的知识、具备的能力和素质为教学目标。教学内容上对教学大纲进行了优化，增加了实验课时，提升了互动环节的课堂比例。同时，利用教育现代化信息技术教学手段，实现学生教学成果的量化。最后，学生在教学实践中多次展开的案例讨论，课后的创新训练中获得优化的成绩评价，完成完整的教学活动闭环。

（一）教学目标

课程改革的思想是根据学生的学习成果来决定教学内容的，同时教学目标还要满足培养方案对毕业要求的支撑。因此，课程从知识、能力和素质3个方面确定教学目标。

（1）知識方面：要求学生掌握基本概念、基本原理和基础测量技术。了解岩层沉陷基础理论、掌握建（构）筑物保护煤柱留设与压煤开采基本技术、掌握覆岩破坏规律与水体下压煤开采基本技术、掌握底板突水机理与承压水体上开采基本技术、井筒煤柱开采与井壁破裂防治。

（2）能力方面：要求学生针对实际问题提出解决方案，学会应用相关技术和工具解决实际工程问题。如图2所示，将概念图与工程实际相结合，使学生掌握岩层移动规律及分带特征，了解覆岩“上三带”特征，学会“两带”发育高度预计基本方法与“上三带”探测手段和基本方法。

（3）素质方面：在煤炭开采的成功事例和安全事故分析讨论中培养学生的创新意识，提高其分析、发现、研究和解决问题的综合素质。例如组织多次案例讨论，以团队的形式进行，一方面锻炼学生查阅规范及相关资料的学习能力和协作能力，另一方面通过讨论提高学生的主动沟通能力和表达能力，最终达到锻炼学生思辨能力的目的。通过课外自主学习模式，提升学生自主学习和终身学习的意识。

（二）教学内容

根据以上教学目标，教学内容改革主要包括教学大纲优化，增加实验课时，互动式课堂这几个方面。

1. 教学大纲的优化

特殊开采课程设置初期，课程教学大纲中并未设置实验课时，改革后的部分课程内容在改革前缺失。改革前课程主要以理论课堂灌输为主，教学效果差。在持续改进过程中，优化了教学大纲，增设4课时实验课时，分别分配在“岩层移动变形机理”（2课时，以观摩为主）和“水体下开采”（2课时，以视频观摩和实操为主）。实验课时的增加，不仅符合本门课程以应用为目的课程目标，同时符合多手段教学、“以学生为中心”的教学理念。此外，在新的教学大纲中，增设了“第七章 底板注浆加固防治技术”和“第五章 水体下采煤”中“微山湖下安全采煤”的2个经典案例，以课程负责人科研课题为背景，以案例分析的形式体现教学内容，增加了课程的趣味性和吸引力。

教学大纲改革前后对比见表1。

2. 增设实验课时

增设实验教学，提高学生操作技能。实验教学的目的，除配合理论教学外，主要是培养学生动手能力和学习兴趣，让学生能利用开放实验室熟悉仪器设备及实验程序。学校逸夫楼设置有“采动损害”开放实验室，可直接服务于本课程，实验室配备采动损害模型、土工试验仪和矿用专用测试仪器。学生实验过程中的情况如图3、图4所示。

3. 互动式课堂

一堂课好比一场演出，会经历暖场、高潮、救场、谢幕的过程。在课程教学过程中，充分学习相声、小品、电影等艺术表演的铺陈方式，从开始到结束分阶段、分情况开展教学增加课程互动比例。比如，讲到矿井突水三要素“水源、水量和涌水通道”时，可结合当下的疫情防控，把突水三要素与防疫的“控制病源、切断传播途径、保护易感人群”相联系，以疫情开启“突水”教学，不仅增加学习乐趣，而且促进学生理解。

（三）教学手段

课程教学的持续改进过程中，采用可视化教学手段，不断发展了利用模型、多媒体、虚拟仿真、“雨课堂”的教育教学手段和工具，通过增加教学手段，增强了直观教学效果，培养学生学习兴趣。

iLab虚拟仿真平台是为丰富教学手段、激发学生的创新兴趣而开发的在线教学平台，以“矿山岩层移动及控制虚拟仿真实验”为例，如图5所示，该虚拟仿真实验采用相似模拟实验的方式，让学生在线进行岩层移动的实验，一方面加深学生对覆岩破坏及岩层移动机理、形式和规律的理解，提高了学生分析能力和专业技能，另一方面，通过预留接口的方式，满足学生自主设计、创新项目的需求。

雨课堂将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，让课堂互动永不下线。使用雨课堂，课堂上实时答题、弹幕互动，为传统课堂教学师生互动提供了完美解决方案，如图6所示。

疫情期间，课堂式教学受到阻碍，在不能实现现场讲课的情况下，本课程结合课程特点，采用“腾讯会议+微信”的教学方式，配合iLab虚拟仿真平台、雨课堂等教学手段，将工程结构、机构及有关机器设备展现在学生面前，增加感性认识，使学生将课程与工程背景联系起来，从而能更好地培养学生解决工程实际问题的能力。直观教学能使许多力学疑难问题迎刃而解，既可培养学生兴趣，又可增强其学习的自信心。

（四）教学实践

针对学生成果的量化，课程重新制定了教学评价体系。学生成绩将进行多元化综合判断。基于OBE的教学理念，特殊开采课程考核方式由传统的知识点考核方式转变为以教学目的为重心的考核方式，遵循以下原则：

（1）全过程考核的原则，即从开始到结束，从课内到课外均进行考核。

（2）公开考核的原则，提前让学生知道如何正确对待本课程考试，不为考试而考试的原则，即制定考试方法必须是为实现教学目的服务，而不是为了考试而考试。

（3）重能力、重素质的原则，即将学生能力的表现和素质的体现作为较大的权重系数在考核时加以考虑。

考核改革的具体方式体现在：

（1）闭卷考试改为开卷考试，引导学生不是死记硬背，而是理解运用。

（2）考核成绩依据考勤、课堂作业、实验报告和考试卷面成绩的综合判定，引导学生全过程学习。

（3）增加主观题分数比例，发挥学生独立思考的能力。

在教学实践上，本课程调整培养理念，以培养学生“发现问题、解决问题、创新思维”能力为主要目标，因此在传授学生基本理论、基本方法的基础上，重点培养学生的实践、创新能力;授课教师参与相应科研项目，了解最新国内外动态，并结合相关科研、国内外研究文献，采用案例分析的方法，讲解实际工程的重难点及与理论的差别，帮助学生积累工程经验，如以荆各庄煤矿奥陶系灰岩突水淹井事故，与学生课堂讨论事故原因及解决的方法;组织多次案例讨论，在案例讨论中按照团队的形式进行，一方面锻炼学生查阅规范及相关资料的学习能力和协作能力，另一方面通过讨论提高学生的主动沟通能力和表达能力，最终达到锻炼学生思辨能力的目的。

此外，本課程紧密结合采矿工程毕业设计内容，比如建筑物煤柱留设内容与毕业设计中的工业广场选址、压煤量计算和边界煤柱留设紧密相关，在课程教授过程中，结合毕业设计案例展开。同时积极鼓励同学参与采矿学科竞赛、创新创业大赛等创新训练赛事，挖掘学生学习潜力，提升学生解决实际问题的能力。

二、结束语

特殊开采属于多学科交叉的应用型课程，存在教学难度大、教学效果难以保证等痛点问题;通过优化教学大纲与教材、持续改进教学方法、完善课程考核方式，实现了特殊开采课程“以学生为中心”和OBE的教学理念，利用雨课堂等教育现代化信息技术的优势，量化学习成果，有效地克服OBE理念中产品定义过程的限制与缺陷，将学习从课堂延续到课后，大幅度提高了学生在教学活动中的参与度，增加了学生学习的深度与广度;同时注重学生自主学习能力的培养，理论与实际相结合，在实验与虚拟仿真中，提高了学生的动手能力与知识运用能力，对培养新时代能源人才的创新能力具有积极意义。

参考文献：

[1]樊一阳，易静怡.《华盛顿协议》对我国高等工程教育的启示[J].中国高教研究，2014（8）：45-49.

[2]张源，万志军，严红，等.基于OBE理念的采矿工程专业实验教学体系构建[J].高教学刊，2020（10）：82-87.

[3]汪朝，聂兴信，顾清华，等.基于OBE的采矿系统工程课程教学模式改革[J].教育现代化，2019，6（A4）：50-53.

[4]邵小平，赵兵朝，丁自伟，等.基于OBE教育理念的采矿工程专业课程教学改革实践[J].教育现代化，2020，7（23）：19-22.

[5]孙伟，刘磊，王超，等.基于OBE理念的采矿工程专业教学质量提升探讨[J].西部素质教育，2019，5（1）：194-195.

[6]梁利东，刘有余，王建彬.浅析工程教育专业认证成果导向理念的正向实施方法[J].中国教育技术装备，2016（16）：87-88.

[7]Spady W. It's Time to End the Decade of Confusion About OBE in South Africa[J]. South African Journal of Science and Technology，2008，27（1）.

基金项目：国家自然科学基金科普专项“煤炭资源安全智能开采科普活动”（42042043）;中央高校基本科研业务费专项资金资助“煤层底板节理型构造灾变机制及微震表征方法”（2021YQNY09）;中国矿业大学（北京）本科教育教学改革项目“生态文明建设背景下《矿山环境保护》课程教学内容升级与结构优化”（J211111）

作者简介：刘世奇（1987-），男，汉族，河北衡水人，博士，讲师，硕士研究生导师，研究方向为特殊开采技术研究与教学。