新兴技术范式下基于OBE 理念的教师教学方法创新与应用

顾晓薇，胥孝川，王 青，赵昀奇

(东北大学 资源与土木工程学院，沈阳 110819)

在全世界，高等教育最核心的关键词是——质量。一流大学必须有卓越的教学。世界上高等教育发展的最新理念是“学生中心”。2016 年6 月，我国成为《华盛顿协议》正式成员。这标志着具有国际实质等效的工程教育专业认证的帷幕在我国已经拉开。工程教育专业认证遵循三个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进[1]。这些理念对引导和促进专业建设与教学改革、保障和提高工程教育人才培养质量至关重要。

成果导向教育(Outcome Based Education，简称OBE，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育)作为一种先进的教育理念，已成为美国、英国和加拿大等国家教育改革的主流理念，世界一流大学都已经开始瞄准基于OBE 理念的本科教学。应用OBE 理念来进行课堂教学改革，既是进入新经济时代，面临采矿深部、绿色、智能发展的主趋势，而进行的课堂教学“革命”，是成果导向教育视域下，适应新时代要求的“学生学习成果探析”的必然之举，具有现实意义[2]。

一、成果简介及主要解决的教学问题

“新兴技术范式下基于OBE 理念的教师教学方法创新与应用”的开展是进入新经济时代，面临采矿深部、绿色、智能发展的主趋势，而进行的采矿工程专业课堂教学“革命”，是成果导向教育视域下，适应新时代要求的“学生学习成果探析”的必然之举[3]。

本项目的完成充分呼应采矿行业发展趋势对采矿专业人才知识结构提出的新要求。项目的开展完全以目标为导向，基于OBE 理念，依据新工科人才培养理念与要求，系统梳理采矿专业知识逻辑体系，从学生主体认知特点出发，围绕虚拟仿真教学、混合式线上、线下教学、在线开放课程、MOOC(大规模在线开放课程)、SPOC(小规模视频公开课)和翻转课堂等，从学习者的“学”出发，探究智慧环境下新工科专业的课堂教学模式改革;探索适应现代化教育教学手段的数字化、新形态的课堂教学新形式，深入推进信息技术与教育教学的深度融合，探索人工智能、云计算、物联网、虚拟现实和数据挖掘等新兴技术促进教与学的方法与路径。

二、成果内容及创新点

我国高等教育要奋力推进新工科研究与实践，全面实施“卓越工程师教育培养计划”2.0，大力实施产学合作协同育人，开展新工科建设的多样化探索，探索新工科建设的新理念、新标准、新模式、新方法和新技术，打造新文化，把新工科建设作为高等教育综合改革的催化剂[4]，推动全局性改革突破，书写高等教育“奋进之笔”，助力我国高等教育不断走向世界舞台中央。

(一)成果内容

课堂教学改革与创新人才培养教学模式要树立创新型、综合化、全周期工程教育“新理念”;构建新兴工科和传统工科相结合的学科专业“新结构”;探索实施工程教育人才培养的“新模式”;打造具有国际竞争力的工程教育“新质量”;建立完善中国特色工程教育的“课堂教学新体系”[5]。在上述人才培养总目标引领下，以OBE 理念-新型矿业经济形势、国际采矿技术发展、现代采矿人才需求为导向，结合采矿卓越工程师及新兴技术范式下创新人才教育培养目标，围绕矿产资源绿色开发、深部开采、智能采矿的关键需求，实施教学方法改革与创新。

项目的开展全面解决了传统的课堂教学模式不能满足互联网时代的需要这一问题，将互联网与传统课堂相结合，开展基于虚拟仿真等新兴技术的教学应用研究，打破了空间与时间的限制，拉近了师生、生生之间的距离，彻底改变学生学习方式和教师教学方式，实现了资源共享，提高了教学质量。是一场真正的教师课堂教学革命和改革风暴。

(二)成果主要创新点

(1)建立课程思政、OBE 新理念，让课程优起来。遵循学生中心，目标导向，持续改进的教育、教学新理念;深入挖掘课程和教学方式中蕴含的思想政治教育元素，让课程思政全面走进专业课堂，推动课程思政的理念在全体课程组老师中形成广泛共识，每门专业课均有课程思政的元素贯穿课程始终，构建全员全方位育人大格局，建设适应新时代要求的一流本科教学，让课程优起来、效果实起来。

(2)建立基于OBE 理念的课堂教学新体系。传统教育是学科导向的，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、线性的及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。成果导向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[6]。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。它是反向设计、正向实施，“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。课程组新的教学方法、教学设计始终贯穿OBE 理念。教师对自己的课堂要明确“我们想让学生取得的学习成果是什么？为什么要让学生取得这样的学习成果？如何有效地帮助学生取得这些学习成果？如何知道学生已经取得了这些学习成果？”从而基于成果导向的需求，建立起明确有指向的课堂教学体系。

(3)课程内容与时俱进，体系化、时代化。课程内容依据学科前沿与社会发展需求动态更新知识体系，研究分析新经济对采矿专业人才培养提出的新要求，更新课程体系和教学内容，在课程内容上推动高新技术与采矿专业的知识、能力、素质要求深度融合，课程内容结构符合学生成长规律，契合课程目标，教学资源丰富多样，体现思想性、科学性与时代性(图1)。

图1 社会发展背景下的露天开采发展方向

(4)改革教学方法，课堂活起来，学生忙起来。课堂教学是人才培养的主渠道、主阵地，充分利用信息技术创新教学模式和教学手段，形成新的教学环境和教学氛围。教育改变人生，网络改变教育。“互联网+教育”、信息技术与教育教学深度融合，将引发更为深刻的教与学的变革。教学团队制作一系列采矿工艺过程的三维动画多媒体教学课件，同时，结合教学内容，让学生自己动手制作采矿工艺过程的三维动画，这种主动式、参与式的基于问题的学习过程，充分锻炼学生们解决复杂工程问题的能力，让学生们动起来、忙起来;制作现场实际生产过程虚拟仿真教学软件，形成采矿工艺多媒体交互式教学系统;基于院、校、国家网络平台，搭建采矿专业网络学习平台;利用MOOC、虚拟仿真实验课、精品资源共享课、学堂在线以及雨课堂等先进教学网络平台和手段辅助教学，实现翻转课堂教学;此外，邀请企业、行业专家走进课堂，走近学生，以学生的实际需求为目标开展有针对性的课堂教学。新的教学方法让课堂彻底活起来。

(5)利用“人工智能+教育”“互联网+教育”创新线上线下混合式教学新模式。充分利用信息技术和现代教育手段，探索“人工智能+教育”“互联网+教育”教学模式，开展基于虚拟仿真的教学应用研究。教学组开发了虚拟仿真实验课程，不仅实现了线下教学的“智能+教育”，同时基于ilab 仿真网络实验平台，学生可以在线上自己动手，应用课堂学到的知识，对露天矿山进行虚拟仿真优化设计，做出设计及计划方案，既深化了对所学知识的理解、巩固了知识的掌握，真正提升了教学效果，也解决了教师教与学生学模式的创新问题。

(6)创新实践教学，开辟课程设计和毕业设计的新路径。课程组老师开发的虚拟教学软件，除应用于正常教学，软件还可用于课程设计和毕业设计，在有限的时间里提高设计水平，锻炼设计能力。新的教学模式和手段的开发在新冠肺炎疫情爆发的特殊时期，对教学发挥了极其重要的助力作用，彰显了教学方法改革的重要性。学生在家里，通过线上课程的开放，随时随地接受教师指导，完成自己想要的设计方案和结果，真正培养了学生应用所学知识解决实际问题的能力和独自确定参数、方案的技术决策能力。创新了实践教学新路径。

(7)探索基于OBE 理念的科学评价新体系。课程组教师基于OBE 理念，以激发学习动力和专业志趣为着力点完善过程评价制度。加强对学生课程内外、线上线下学习的评价，提升课程学习的广度与高阶性。加强研究型、项目式学习，丰富探究式、论文式和报告答辩式等作业评价方式，提升课程学习的深度，突出课程的创新性，增加课程的挑战度。

(8)新的教学方法实现了5 个转变、7 个提升。新的教学方法让教学从灌输课堂转变为对话课堂、从封闭课堂转变为开放课堂、从知识课堂转变为能力课堂、从重学轻思转变为学思结合、从重教轻学转变为教主于学;让课程有了新的提升：理念新起来、课程优起来、教师强起来、课堂活起来、学生忙起来、制度严起来、教学热起来。

三、成果推广应用情况——以东北大学资源经济学及采矿学课程教学为例

依托教学方法创新和改革，建设的课程教学模式：线下雨课堂教学、虚拟仿真实验教学，线上教学，线上、线下混合式教学成果在本专业、本学院、本学校、本学科及本领域均取得到很好的应用，效果显著。

2016 年，资源经济学及采矿学课程组教师基于两门课程辽宁省精品资源共享课的前期建设成果开始着手进行MOOC 建设。根据学生学习反馈，进一步调整教学内容，修剪视频，完善试题库，在讨论区设置更为广泛的讨论话题，更加注重引入与国际接轨的前沿知识等。

2017 年，资源经济学及采矿学课群获得东北大学MOOC 建设立项，并于3 月正式上线，两门课程首次上线选修人数即达到5 000 余人。

2019 年1 月经过持续建设，两门课程分别被评为国家精品在线开放课程。在新冠肺炎疫情期间，两门课程除在大学MOOC 平台开放外，在“学习强国”平台上线开放，满足全国的学习者线上学习的需要，为本领域线上开放教学做出了贡献。两门课程7 个学期的线上注册学习人数共计20 116 人，具有很好的推广、应用效果。

此外，2018 年开始课程组根据专业设课的实际需要，将金属矿床露天开采课程单独进行慕课建设，并于当年建设完成，于2019 年正式上线，该课程经过三个学期的上线运行，选课人数达到1 500 人，目前，课程组教师正在积极准备该门课程的国家精品开放课程的申报工作。此外，采矿学、资源经济学两门课参评2019 第二届最美慕课评选，网上投票总计达到50 万;依托金属矿床露天开采课程开发的金属矿床露天开采虚拟仿真实验，一经上线，总浏览、学习人数达到10 万人次，在参评国家虚拟仿真教学项目网上评议，学习者打分为5 分。

成果应用数据表明，教学方法的创新与改革不仅解决怎么讲好课的问题，同时实现了知识的传递和推广，提升了教学手段和方法的高阶性、创新性和挑战度。中国矿业联合会、中国工程教育认证专家古德生院士、冶金工业出版社、辽宁工程技术大学、辽宁科技大学及北京科技大学等认为顾晓薇教授负责的教学改革项目、教材编著、资源共享课及网络教学平台建设、课堂教学等体系完善新颖、教学方法和教学手段先进、成果显著，特色鲜明，创新性强，在本领域内达到国内先进水平，具有广阔的推广前景。

四、结束语

当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，综合国力竞争愈加激烈。国家实施创新驱动发展、《中国制造2025》战略和“一带一路”倡议等，以新技术、新业态、新产业为特点的新经济蓬勃发展，要求工程科技人才具备更高的创新创业能力和跨界整合能力，加快新工科建设，助力经济转型升级[7-10]。新工科以新经济、新产业为背景，新工科的建设，要求高校一方面要设置和发展一批新兴工科专业，另一方面要推动现有工科专业的改革创新[11]。采矿工程专业作为传统工科专业，随着矿业经济全球化、一体化发展，以及“一带一路”国家发展倡议新经济形势下，采矿工业正朝着绿色开发、深部开采和智能采矿方向拓展，矿业人才培养更应紧随国际潮流，输送出具有创新性、复合型的国际人才。

因此，东北大学采矿工程专业露天开采教学组的教师们，在多年教育改革成果基础上，以构建创新型国家和社会需求为导向，按照教育部培养拔尖创新工程人才的总体要求，充分借鉴世界先进国家采矿工程专业高等工程教育的成功经验，引入先进的教育教学理念，发挥产学研合作教育传统与优势，创新工程教育模式，实施采矿工程专业“新兴技术范式下基于OBE 理念的教师教学方法创新与应用”综合改革。教学方法的改革与实施是时代的要求，是新工科背景下提高教学质量和人才培养质量的有力支撑。本项目改革成果，也必将为相关高校矿业学科及其他专业课堂教学方法改革，一流金课建设提供指导和借鉴意义，项目特色鲜明，创新性强具有非常广泛的应用前景，积极的示范和推广效应。