基于OBE教育理念的体验式教学模式改革与实践

王红霞　程伟丽　牛晓峰　郑留伟　李航

[摘 要]为了更好地适应教育国际化趋势，课程组将以产出为导向的教育理念引入教学过程中，坚持以学生为中心，成果为导向，遵循反向设计、正向实施的原则，围绕课程学科特点和社会行业能力需求，制订出明确的课程目标。课程组根据课程内容特色，实施项目驱动式的教学设计，结合启发式和探究式教学方法，借助前序实习教学环节，创建了一套由实习体验、课堂讲授、学生成果多媒体展示、实验探索、课后作业和科学考评相结合的全方位、多层次的创新体验式教学模式，使学生变被动学习为主动学习，拓宽了学生的知识面，增强了学生解决实际工程问题的能力。

[关键词]OBE;合金熔炼原理与工艺;项目驱动;教学设计;体验式教学模式

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）04-0047-04

随着经济全球化、教育国际化趋势的发展，我国产业结构不断调整，高等教育进入大众化阶段，社会对高校人才多样化培养的要求日益迫切，需要一大批兼具理论专业知识和实践应用能力的人才[1]。中国于2016年6月2日正式成为国际工程联盟大会《华盛顿协议》成员，获得了工程教育国际互认资格[2]。这对于我国新时期的高等教育提出了更高的要求。随着国内外工程教育模式不断发展和转变，成果导向教育（Outcome based education，简称OBE[3]）逐渐成为主流。该理念以“产出导向、学生为中心、持续改进”为核心，围绕学生开展教育活动、教学设计，进行课程设置和教学实施，以实现预期的效果。 基于OBE理念，促进学生能力全方面发展的教学模式和方法改革势在必行。 太原理工大学材料成型专业于2013年和2016年两次通过工程教育专业认证，并根据工程教育专业认证的要求，重新构建了学生培养体系及质量监控体系，对每一门专业课程都提出了新的要求。将OBE教学理念应用到每一门专业课程的教学中，将基于知识内容的传统教学模式转化成基于学习成果的新兴教学模式，这对于竞争越来越激烈的高等教育具有非常重要的意义。

合金熔炼原理与工艺是材料成型及控制工程专业铸造工程模块应用型技术人才必修的一门主干专业课程，主要讲授铸铁、铸钢、镁、铝、铜、锌等有色合金的熔炼原理和熔炼工艺基础知识，具有实践性强、与生产实际联系紧密等特点。当今科学技术发展迅速，大量新的合金、新的工艺层出不穷，原有的课程体系和教学模式已不再完全适用于当前大的学习环境，要培养出知识和能力兼具的应用型人才，亟须进行课程改革。

一、专业课程开设现状及存在的问题

（一）教学内容多学时少，理论教学困难，实验环节作用小

根据2016年教育部培养计划改革“厚基础，宽专业”的政策要求，高校专业课程学时缩减严重，如合金熔炼原理与工艺由过去的64学时缩减至48学时，实验只有6学时。但社会工作环境与认证要求学生掌握的内容更多，除传统的铸铁、铸钢，还有不断推陈出新的有色合金。且课程包含原理与工艺两部分，内容庞大。原理部分晦涩难懂，工艺部分合金种类各异、繁杂多样，初学者往往不能深入理解，记忆困难，感觉课程枯燥无味。而实验环节多为验证性实验，起不到应有的作用。

（二）课程教学目标不明，教学模式陈旧，教学效果差

传统的基于知识内容的授课模式下，教师、教科书处于主导地位，教师只是一味地将大量的知识灌输给学生，至于学完本课程到底要达到什么效果、能达到什么效果，教师不是很明白，反正授课结束，任务就算完成了;学生更不明白，只能机械地、被动地接受知识，对这些知识能干什么、怎么用，全然不知。没有明确的学习目标导致学生毫无学习兴趣。

（三）课程考核手段单一，评价标准含糊，评价结果不准确

传统的课程考核评价方式一般为闭卷筆试，以知识点得分情况为标准，而考试成绩由平时成绩和考试成绩组成，主要依赖于卷面考试成绩判定学生的学习结果，缺乏对学生整个学习过程有效的评价和反馈。

（四）部分学生缺乏能动性， 能力培养不足， 教学效果不理想

部分学生通过突击背诵就可以拿到高分，这样的考核方式很难真正衡量学生对课程的掌握情况。传统的上课方式和考试方式使教学效果只能依赖于学生的上进心、教师对学生的管束和鞭策。而部分学生面对课本中复杂的理论公式、抽象的教学内容，理解起来困难、理论与实践脱节，这导致学生对学习毫无兴趣，疲于应付，学习主动性差。实验环节学生多为观摩，参与度极低，很难促进理解和思考。

二、改革的基本思路

产生上述问题的关键是教师和学生对教学设计和目标没有清晰的认识，而OBE教育理念的本质就是学生通过教育学习取得学习成果，将学生的学习成果作为人才培养的目标，将学生在学习过程中的表现作为教育质量考核的重要指标。因此，太原理工大学材料成型专业将OBE的先进理念引入专业课程的教学中，采用反向设计、正向实施的原则，大胆改革。课程组围绕专业课程学科特点和社会行业能力需求，制订出明确的课程目标，充分考虑内容特色，采用项目驱动式的教学设计，结合启发式和探究式教学方法，借助前序实习等相关实践教学环节，形成了一套由实习体验、课堂讲授、学生成果多媒体展示、实验探索、课后作业和科学考评相结合的全方位、 多层次的创新体验式教学模式，在提高合金熔炼原理与工艺课教学质量方面，在增强学生解决复杂工程问题的能力方面取得了显著的教学效果。

三、改革实践与方法

（一）明确制订课程目标，严格对标毕业要求指标点

太原理工大学材料科学与工程学院通过对材料成型专业人才对口大量企业进行能力需求调研，结合工程教育专业认证标准，制订了材料成型专业的培养目标和毕业要求。然后根据毕业要求进行课程体系设置，并将毕业要求细分成多个考核指标点，各门课程对标这些指标点，明确设计课程教学目标和基本要求、毕业要求与教学内容的对应关系，并以教学大纲的形式形成正式的记录文件。而通过对课程教学大纲的阅读，无论是教师还是学生，都十分清楚所教或所学课程对于毕业要求的贡献，教师教得明白，学生学得明白。合金熔炼原理与工艺课程教学目标如表1所示。

（二）创新设计体验式教学模式，着重培养解决复杂工程问题能力

要在有限时间内掌握更多繁杂的知识，并能够获得运用知识解决专业领域复杂工程问题的能力，最快的途径就是提供机会使学生通过亲身感受去主动认知、探究和协作，在体验中掌握知识和技能。然而，有限的实践学时很难支撑体验式教学。合金熔炼原理与工艺课程基于OBE教学理念，针对与毕业要求对应的课程目标，利用教学内容特色，设置相应的项目，充分利用已有的实习环节和有限的实验学时，将翻转课堂的项目驱动教学模式引入课堂教学中，真正地将“老师教”转变为“学生学”，最大限度地实现体验式教学。

合金熔炼原理与工艺课程要求学生通过本门课程的学习达到重点掌握合金熔炼基本知识和原理，最终能够针对不同合金制订熔炼工艺，并能够有效解决熔炼过程中的复杂工程问题的要求。考虑到本门课程内容包括铸铁、铸钢、铸造有色合金熔炼三大部分，其中铸铁、铸钢为传统合金，其熔炼原理与工艺比较成熟，大纲要求对其的学时占总学时的三分之二，4学时实验均为验证性实验，因为在实验室无法进行熔炼工艺实操训练。专业教研组充分优化课程体系设置顺序，将去一汽、二汽和华翔以铸铁铸钢熔炼为主要内容的生产实习前移至该课程开课前进行，使学生首先亲身经历铸铁、铸钢的熔炼过程，让学生对铸铁、铸钢熔炼相关工艺有直观、感性的认识。之后教师采用案例式教学法进行课堂讲授，将一个铸钢、铸铁实体件熔炼设置为一个项目，要求学生自己模拟项目负责人，结合实习体验提出完整的熔炼工艺或对教师给出的工艺进行讨论，分析每一歩工艺的影响因素和背后的原理。接着，教师采用启发式教学，重点引导学生分析铸钢、铸铁件每一个熔炼过程的影响因素，逐步讲解熔炼关键环节涉及的熔炼原理，总结熔炼过程中出现的问题和解决方法。这样便形成了教师学生双向投入的教学氛围，教学效果最佳。尤其是学生经过感性认识—认真思考—分段讨论—理性总结问题—寻求解决办法这一过程，看到了最终合理的熔炼工艺，内心获得了极大的成就感，这个过程既激发了学生的学习兴趣，增强了学生学习的主动性，又将理论与实践相结合，学中有乐，加快了学生对铸铁、铸钢合金熔炼知识和原理的掌握。

有色合金熔炼部分包括镁、铝、铜、钛、锌等不断推出的新品种，种类繁多，内容复杂，涉及前沿，知识更新迅速，但是教学大纲中只给了占总时三分之一的课堂教学学时和2学时的实验，这样的学时连“填鸭式”灌输的时间都不够，更不必说亲身体验了。考虑到这部分内容涉及新知识多，更容易引起学生兴趣，且每一个部分相对独立，教师就将镁、铝、铜、钛、锌合金熔炼设置为不同的自选项目，在课程开始时就布置下去。教师充分依据学生的知识基础、兴趣爱好、学习能力、 心理素质等对学生进行综合评定， 在自由组合的基础上进行调配，将全班学生组合成5个小组，每组4～6人，并充分尊重学生，由项目小组民主推荐一名组织能力强、学习基础好的学生担任组长。组长带领组员自主选择项目，根据课程目标及毕业要求指标点自行分工，然后进行文献检索、确定教学内容及提纲、制作PPT、自主讲课展示成果、小组互评教师点评、拍照摄像、撰写感想。组内学生共同探究和互助，自主完成项目，每个小组成员都参与其中，既分工明确又保证了项目实施的质量。除了讲课展示成果占据课内6学时，其余的全部环节都由学生利用课余时间完成，充分激发了学生的主动性，期间学生可以就教学内容选取、提纲编制及PPT制作反复与教师沟通指导。项目结束后，学生亲身体验，激情高涨，对这五种合金的整个知识体系、熔炼过程中的关键影响因素和原理印象深刻，学生说真正体会到了“台上一分钟，台下十年功”这句谚语的真谛，也真正理解了教师上课的辛苦。学生在自主讲课展示成果之后，利用6学时的实验环节进行有色合金熔炼实操训练。每个小组按照自选的合金，自己制订熔炼工艺，重新分工，进行配料备料、合金熔炼实操、铸件液态成型、宏观缺陷观察、取样制样、微观组织观察、合金性能测试，并反思合金熔炼过程中存在的工程问题，提出解决办法。整个活动过程中，学生主动体验，将理论运用到实践中，通过实践深刻理解理论的精髓，取得了良好的学习效果，提升了学生解决各种合金熔炼过程中复杂工程的能力。同时，小组合作项目教学还培养了学生的竞争意识、集体观念和团结协作精神，锻炼了学生的语言表达和沟通交流能力。

（三）构建多维考核方式和多元化评价方法，形成良好而有效的评价机制

合金熔炼原理与工艺课实施以项目驱动、启发式课堂结合实践模拟为主的体验式教学模式，考核实现了多维度全过程考核，包括课程考试、课后作业、项目成果展示、实验、考勤及课堂表现等每一个教学环节，如表2所示。每个教学环节都围绕课程目标构建出相应的评价标准，与毕业要求分解指标点的对应矩阵和权重值对应矩阵，建立了课程目标和毕业要求指标点的达成度目标值及其计算方法，并通过成绩分析法、评分表法和目标采样法等多元化的毕业生能力达成度评价方法对学生学习成果进行有效的评价。评价后通过对课程目标对应的毕业要求指标点的定量计算结果与目标值比较，教师对每名学生的知识掌握程度和能力达成情况进行确定，使学生明确教学评价的目的不仅仅是排名和分出优劣，重要的是要帮助他们认清自己阶段性学习成果与毕业要求标准的差距及问题所在，从而总结问题，及时规划，不断提升解决问题的能力;而教师能够更清晰地认识到学生的学习成果与预期标准差距在哪里，为教学方法的改进提供有效的参考。这样的评价对教师和学生的持续改进都起到极大的作用。从表2中第一项可以看出，课程目标1和2的标准权重值为0.15和0.2，在2018年，学生的能力达成度为78%和74.5%，这说明学生知识掌握度较高，但部分能力不足。因此，在2019年，课程组加强了项目驱动式教学，学生的能力达成度分别为79.4%和76%。

四、教学改革效果

（一）激发了学生的学习兴趣，让学生变被动为主动

浓厚的兴趣是最好的老师，亲身经历的事情终生难忘。学生在项目驱动式、案例式、启发式的教学，亲自备课讲课展示成果等体验式学习过程中完全是主人翁，他们在教师指导下对已经有了感性认识的铸铁、铸钢熔炼项目进行探究和总结，这激发了学生了解合金熔炼过程的欲望，并掌握了课程的学习方法。后续面对有色合金熔炼的热点问题，学生亲身实践，急于体现自己的价值，主动协调，热情高涨地完成讲课展示，更迫不及待地想验证小组设计的成果，争先恐后地进行熔炼实验。当看到亲自设计生产出的铸件产品时，学生带着成功的喜悦，想更多地进行探索;当看到失败的产品时，学生会激烈争论，求解教师，主动要求重新实验。图1中学生的感想验证了这一点。

（二）给学生提供了学习动机，让学生变知识为能力

基于OBE教育理念，学生一开始即明白学习合金熔炼原理与工艺课程是为了使自己掌握不同合金的熔炼工艺，解决熔炼过程中復杂工程问题，因此在铸钢铸铁模块启发式、案例式学习过程中学生会主动思考，在检索资料讲课展示成果及亲身实践过程中，对遇到的各种各样熔炼的复杂工程问题提出解决办法。任务的驱动和有色合金知识的前沿性使学生兴趣大增，主动求知、探索，不断将知识内化为能力。

（三）建立了合理的评价机制，教学效果稳步提升

明确的目标—多元的评价—定量的比较—及时的反馈—持续的改进，这样一体化的评价机制非常合理。评价覆盖课程学习过程中各个教学环节，目标明确，评价标准详细，数值定量，非常有利于学生和教师对标毕业要求标准找差距，进行持续改进，从而保证了教学效果的稳步提升。

五、结束语

国际工程教育专业认证以产出为导向的课程体系改革势在必行，是教改的新方向。基于OBE的合金熔炼原理与工艺课程尝试了项目驱动的体验式教学模式， 激发了学生专业学习的兴趣，开启了学生的自主学习模式，提升了学生理论与实践的融合度，增强了学生运用知识解决复杂工程问题的能力，同时还培养了学生的语言表达与交流能力、团队协作能力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈涛，邵云飞.《华盛顿协议》：内涵阐释与中国实践：兼谈与“新工科”建设的实质等效性[J]. 重庆高教研究，2018（1）：56-64.

[2] 中国正式成为《华盛顿 协 议 》第18个正式成员[EB/OL]. （2016-06-02）[2017-02-03].http：//www.can-kaoxiaoxi. com/eu/20160602 /l179860. shtml.

[3] 姚静，王佩. 基于OBE教学理念的项目驱动式专业课程教学设计：以《液压与气压传动》为例[J].教学研究，2017（3）：87-91.

[责任编辑：钟 岚]