OBE理念驱动下的过程控制系统课程教学实践与反思

李幼凤　甘家梁　喻健

［摘 要］在OBE理念指导下，课题组对过程控制系统课程教学进行了探索，将SPOC、雨课堂、QQ群等多种在线教学手段应用于过程控制系统的教学过程中，根据课程目标，将教学分为课前、课中、课后三个阶段，并在课程中融入思政元素，实施多元化考核与评价，使在线教学能顺利完成，达到预期的教学效果。

［关键词］OBE理念；SPOC；雨课堂；在线教学

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）22-0032-04

近年来，教育教学改革不断深入。目前，OBE（Outcome?Based Education，成果导向教育）已成为国内外高等教育认同的工程教育范式[1]。OBE理念包括以成果为导向、以学生为中心、持续改进三个方面。践行 OBE理念下的课程教学，是专业参与和通过专业认证的基础，是提高课程教学质量、提升人才培养质量的有效途径[2]。

过程控制系统是自动化专业的一门重要专业课程，涉及控制理论、生产过程、计算机技术、检测仪表等多学科知识的综合与应用，既强调过程控制理论，又重视自动控制理论在工业生产中的应用，具有较强的理论性和实践性[3]。在以往的课堂教学中，主要以教师讲授理论知识为主，学生则处于被动听讲的状态，课堂互动较少。教师讲授的主要是专业知识，较少引入思政元素，在学生的德育培养方面存在不足。本文旨在探讨OBE理念在过程控制系统课程教学中的应用及教学实践与反思。

一、OBE理念在过程控制系统课程教学中的应用

（一）OBE理念的实施步骤

OBE是一种以学生的成果为导向，注重学生能力评估和提升，重视教学过程持续改进的教育模式。该模式涵盖了课程目标制订、课程体系构建、课堂活动设计和课程评估等。具体实施步骤包括以下几个方面。

制订课程目标：明确学生在完成学业或毕业后应具备的能力和素养，以此来指导课程目标的制订。

构建课程体系：将学习目标分解为一系列知识点和能力目标，确定相应的教学内容和方法，以确保最终实现课程目标。

设计教学活动：基于已确定的课程目标，设计课程、设置活动、明确考核方式，以确保教学能够达到预期效果。

课程评估和持续改进：对学生的学习成果进行评估，并根据评估结果不断对课程教学进行改进和完善，以不断提升教学质量。

（二）OBE理念在课程教学中的应用

在过程控制系统课程教学中，OBE理念的应用具体体现在以下几个方面。

学习成果的明确：需要明确学生应该具备哪些知识和技能，以及如何评估学生的学习成果。通过过程控制系统课程教学，使学生能掌握过程控制系统的基本原理、掌握过程控制系统设计的基本方法、了解过程控制系统中各种传感器和执行器的特点，以及具备运用所学知识解决实际问题的能力。

多元弹性的个性化学习：需要根据学生的实际情况和需求制订个性化的学习计划，并提供多样化的教学方法。在过程控制系统课程中，采用案例分析、实验演示、讨论交流等多种方法开展教学，同时关注学生的学习状态和成果，为他们提供有针对性的指导。

教师和学生的角色转换：教师不再仅仅是知识的传授者，而是要转为学生学习过程中的引导者和辅助者。学生则成为学习的主体，通过自主学习、探究和实践来实现教学目标。例如通过提出问题和进行情景模拟，激发学生的兴趣和好奇心，培养他们的实践能力，使学生从被动接受者转变为主动学习者。

持续改进：在过程控制系统课程中，通过课程评估和学生反馈等方式，持续收集教学信息，从而不断完善教学内容和教学方法，提高教学效果。

二、课程设计与实施

通过本课程的学习，学生不仅能够深入了解连续工业过程的生产特点及要求，而且能够应用过程控制理论和自动化仪表来设计过程控制系统，能够解决过程控制工程中的常见问题。

（一）课程目标

总体目标：使学生了解工业自动化发展的动态和趋势，掌握工业过程对象的分类、建模方法，熟悉工业过程控制系统的结构和组成，掌握工业自动化装置和控制系统的专业基础知识；使学生具备从事工业过程控制系统方案设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工作的专业知识和能力。

应用布鲁姆教育目标分类法，本课程设置了三阶课程目标，如表 1 所示。

（二）教学方式

为了更好地实现教学目标，课题组引入多种在线教学平台，主要采用 SPOC教学模式，并辅以雨课堂和QQ群开展教学。

SPOC（Small Private Online Course），即小规模限制性在线课程[4]，是一种比MOOC更为小众的在线开放课程，是利用中国大学MOOC资源开设的面向校内教学班学生的课程。在SPOC平台上，教师可以根据学生的学习情况设计教学内容和调整教学进度。SPOC平台具有学生管理、平时成绩和学情统计等功能，为教师了解学生的学习情况提供翔实的资料。本研究主要采用SPOC模式，即拷贝中国大学MOOC上已有的课程内容，在该课程内容的基础上进行一定的修改，使之符合教师的教学进度等要求。

雨课堂是由清华大学在线教育办公室组织研发的一种智慧教学工具[5]。将该教学工具与PowerPoint、微信等平台相结合开展教学，教师可以随时将习题、测试、通知、语音和MOOC 视频等各种学习资源推送给学生，学生使用微信就可以进行课堂签到、答题、弹幕互动等。同时，雨课堂提供了“课前—课中—课后”全周期的教学数据统计与分析[6]，方便教师对学生的学习情况进行全面了解。

（三）教学实践

在开课前，首先在中国大学MOOC上选择一门与过程控制系统类似的精品课程作为源课程。其次，由学校管理员将其转化为符合教学要求的SPOC。課程负责人需要在源课程的基础上重新发布公告、制订合适的评分方式、调整教学单元与发布时间、完善讨论区结构。最后，通知本校学生注册学习账号，在“我的学校云”上进行选课，并进入课程页面进行学习。

相较于传统的线下教学，线上教学需要进行更加充分的课前准备。根据教学大纲的要求，教师需要对源课程的视频和PPT课件进行适当的调整，包括调整章节的顺序以及增减内容。针对每个章节教学大纲规定的内容，教师除了常规的备课，还需要开展以下准备工作。

教师通过QQ群发布每个章节的学习任务。根据课程进度安排，指定学生需要学习的视频和PPT课件，指出章节的重点和难点，并提供一些电子资料帮助学生掌握知识点。例如在“被控过程的数学模型”这一章节中，要求学生了解机理建模和系统辨识的基本概念，掌握机理建模的基本步骤以及利用响应曲线法进行系统辨识的方法。

在SPOC平台上发布章节测试题。设定答题时长和截止时间，测试题主要是选择题与判断题等客观题型，主要了解学生对某些知识点的掌握情况。

设计交互式的讨论题和课后思考题。例如在“复杂控制系统设计”这一章节中，可以设置讨论题：串级控制系统有哪些特点？其适用于哪些应用场合？要求每名学生至少参与一次讨论。每个章节都设置课后思考题，以问答题形式为主，加深学生对相关章节的基本概念和基本原理的理解。

1.教学三阶段

一是课前阶段。教学目标主要是让学生掌握基本知识点。学生需要在SPOC平台上自主进行在线学习，查看指定的视频、课件和电子教材。为了保证学生能够按时完成学习任务，教师需要密切关注学生的学习动态，并通过班级QQ群与学生保持积极沟通，及时回答学生在自学过程中提出的问题。

二是课中阶段。课中，教师进行章节内容小结，重点讲解常见问题，并让学生完成随堂练习。这一阶段的教学目标主要是培养学生运用所学知识进行问题分析和实践的能力。同时，在课中把知识传授、能力培养和思想引领融入教学内容中，结合时事热点、产业形势、发展动态等，通过讲案例、看视频等多种形式进行思政教育，做到多元化、趣味性教学，培养学生的创新意识和爱国精神。

三是课后阶段。课后阶段的主要目标是培养学生的批判性思维以及提高学生的综合应用能力。学生需要在规定时间内完成雨课堂上的思考题以及SPOC平台上的测试题和讨论题。此外，通过思考题或讨论题的形式引导学生参与思政元素的挖掘。学生利用网络搜索或文献查询，自主挖掘相关知识点中蕴含的思政元素。这一自主挖掘的过程将锻炼学生的查询、整理、总结等能力，同时促进课程学习与课程思政的有机结合。

2.课程思政元素的融入

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。

在传授知识的过程中，应注重培养学生的实践意识和安全意识，可以通过结合典型案例开展教学。例如，2021年12月甘肃白银某企业硝化工房发生的爆炸事故。事故的直接原因是装置临时停止，硝化釜也随之停止搅拌，但浓硝酸进料未完全切断，导致釜内硝酸含量偏高。在重新启动搅拌时，釜内物料急剧反应放热，导致物料快速分解并发生爆炸。通过这一案例提醒学生要遵循职业规范，防止类似事故的发生。

同时，讲授过程应强调控制与仪表在服务国家重大工程和民生工程中的重要作用与贡献，介绍我国在过程控制与仪表领域的自主创新和突破，以便学生了解我国在这一领域的发展水平和国际地位，借此引入一些优秀的科技人才和企业家的事例，弘扬科技报国和爱国奋斗精神。例如，重庆川仪股份有限公司通过自主创新，研发出了具有国际先进水平的差压变送器系列产品，如CY1151、CY1152、CY1153等。

3.课程考核

课程考核旨在考查学生对知识的理解和运用能力。课程评价采用多元考核机制，综合成绩由期末成绩和平时成绩构成。课题组提高了平时成绩的占比，从30%提高到了50%。期末考试在SPOC平台上进行，设置了截止时间和答题时间，题型包括选择题和分析题，分析题需要学生在纸上作图和计算，然后拍照上传至平台。平时成绩包括学习表现（如视频观看、任务完成等）评分、雨课堂上的思考题成绩以及SPOC平台上的测试题、讨论题等成绩，综合成绩构成情况如图1所示。采用SPOC和雨课堂两个在线教学平台，可以方便地获取和分析这些成绩数据。

三、教学效果和反思

学生的综合成绩呈现出正态分布的特点，具体情况如图2所示，其中有1名学生不及格，平均分为75.1分。部分学生对基本概念和原理掌握得较好，但是综合运用知识的能力较差。因此，在今后的教学中，应加强案例分析教学，并适当增加实验课时。 采用“SPOC+雨课堂”的教学模式，以便学生进行课前预习、课上自主学习、课后巩固。同时，利用SPOC平台反馈、QQ群沟通、雨课堂习题推送等，增强师生之间的互动，提高学生自主学习的能力。

总体而言，相较于传统的线下教学，在线教学既能发挥教师引导和监控教学过程的作用，又能激发学生作为学习主体的主动性和积极性。 但是在线教学也存在一些不足之处。例如，教师需要花费更多精力准备各种线上资源，如作业库和试题库等。从技术角度来看，课程后台数据虽然能够提供学生观看视频的时长，但是这个数据并不准确。有些学生反映他们观看了视频，但时长显示为零；也有学生可能没有观看视频，却显示有时长。此外，存在部分学生抄袭的现象，例如在SPOC上进行线上讨论时，由于每个学生提交答案的时间不一样，有些学生可能会抄袭其他学生的答案。这表明讨论题的设计还有待改进，以减少抄袭现象的发生。

四、结语

课题组以OBE理念为先导，依托中国大学MOOC 资源，采用SPOC为主，辅以雨课堂、QQ群等多元网络的手段，开展了以学生为中心的在线教学，并在教学过程中有意识地融入课程思政元素，从而顺利完成了过程控制系统课程的教学，达到了预期的教学效果。然而，如何利用先進信息技术实现师生双方高效的教与学，仍需要进行深入的实践探索。此外，要实现专业知识和思政元素的有机融合，仍需要师生共同努力。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 宣丽萍. 应用型本科院校基于OBE理念的课程结构优化：以黑龙江省高校电气工程与智能控制专业为例[J]. 东北农业大学学报（社会科学版）， 2020， 18（2）： 70-75.

[2] 施晓秋. 遵循专业认证OBE理念的课程教学设计与实施[J]. 高等工程教育研究， 2018（5）： 154-160.

[3] 冯磊华，李录平，田红，等.新工科视角下高校工程类专业课程“SPOC+雨课堂”混合式教学模式研究[J]. 中国现代教育装备，2019 （21）：111-114.

[4] 陈静静， 王金全， 黄克峰，等. 基于SPOC+雨课堂的军校混合式教学模式探究[J]. 科教文汇（中旬刊）， 2018（8）：60-62.

[5] 朱坤华， 姬真真. 基于智慧教学工具雨课堂的混合式教学模式研究与应用：以《计算机网络技术》课程为例[J]. 教育现代化， 2019， 6（A0）： 199-200.

[6] 欧阳权. 基于雨课堂的控制系统工程教学模式改进与探索[J]. 科技资讯， 2020， 18 （6）：194.

［责任编辑：苏祎颖］