基于OBE 理念应用型本科院校“控制工程理论”课程的教学改革*

2023-10-18邱媛媛贺少鹏宋喜艳王伟军

南方农机 2023年21期

邱媛媛，贺少鹏，凤超，宋喜艳，王伟军，张鹏

（新疆理工学院，新疆阿克苏 843100）

0 引言

OBE（Outcome Based Education）理念作为成果导向教育理念，注重学生通过教育能够获得什么能力或成果，明确学习的目的和意义，帮助学生取得想要的能力或成果。我国作为国际本科工程学位互认协会《华盛顿协议》的正式成员，积极向国内各高校推广成果导向的教育模式，力求实现国家本科教学质量的提高[1]。在新工科建设方案提出的背景下，OBE 教育理念进一步为高校工科专业的工程人才培养和课程教学指明了方向，成为我国教育行业教学改革的重要指导理念[2]。OBE 理念关键性内容包括三方面，以学生为中心、以成果为导向和以持续促发展，旨在培养学生的学习主观能动性、目标成果的获得感和持续终身学习的意识。

随着社会科学技术的进步，自动控制技术得到迅速发展，并广泛应用于工农业生产、交通运输、国防事业、航天航空等各个领域[3-4]。“控制工程理论”是一门针对机械工程专业的专业基础课程，主要学习如何使用经典控制理论方法解决机械工程领域中广义系统的动力学问题。课题组将探讨应用型本科院校背景下基于OBE 理念的“控制工程理论”课程教学改革，分析“控制工程理论”课程特点及现存问题，提出基于OBE 理念的课程教学设计和考核方式，探索课程成果导向的教学模式，以提升教学效果。

1 课程特点与现存问题

1.1 课程特点

“控制工程理论”是高校针对机械专业开设的重要专业课程，具有理论性强、知识点难、综合性强的特点，主要介绍经典控制理论如何解决广义系统动力学问题[5]，可为后续开设专业课程的学习和工程实践应用打下基础。控制工程理论作为一种唯物辩证的方法论，注重研究机械工程系统中信息的传递、交互与反馈，要求学生掌握控制理论基本原理和方法，并能促进学生逻辑思维的启发和锻炼。

“控制工程理论”课程具有理论性强、知识点难、综合性强的特点，同时兼有课程设置学时少、课程内容多的情况[6]。课程涉及的基础课程较多，主要包括“高等数学”“复变函数”“理论力学”“电工电子技术”等。该课程需要学生具备较为扎实的基础课程知识，以轻松解决课程面对的问题，如进行数学公式推理与计算、分析控制系统建立数学模型、进行控制系统的性能分析等。课程学习内容明确且逻辑思路清晰，主要学习控制工程理论基础概念知识，以及控制系统的数学模型建立、时域分析、频域分析、稳定性分析和校正与设计等[7]，通过教学培养学生应对机械工程系统动力学问题的科学分析思维和解决问题的能力。

1.2 课程现存问题

1）课程理论性强，传统“满堂灌”教学模式教学效果差。“控制工程理论”课程知识理论性强，综合性强，涉及多门课程知识，对于基础课程知识的掌握要求高。课程教学采用传统“满堂灌”教学模式，以理论知识为主，内容抽象且数学推导计算多，学生普遍学习兴趣不高，缺乏以学生为中心的本位思想，教学质量和学习效果均不理想。

2）课程内容多，但学时设置紧张。由于课程内容多且涉及多门基础课程知识，需要为相关基础课程知识进行答疑，增加了授课难度，导致教师难有时间精力将理论知识同工程实践相联系，未对学生进行必要的拓展和延伸。因此，培养的多数学生缺乏科学逻辑思维、创新思维、知识迁移能力、问题解决能力和终身学习意识，难以达到新工科人才培养的目标。

3）学生存在个体差异，难以因材施教。传统的“满堂灌”教学方式和存在时滞性的书面作业均无法及时客观真实反映学生的个体差异，无法实现因材施教和个性化教学，导致更多学生失去课程的学习兴趣。

2 基于OBE理念的课程教学设计

2.1 基于OBE理念的课程教学目标

OBE 教育理念注重以成果为导向，以学生为中心，以持续促发展，其教学目标可归纳为知识目标、能力目标和素质目标三方面[8-9]。立足于新工科建设对于工科专业人才培养的目标，紧密联系OBE 教育理念，“控制工程理论”课程教学目标如表1所示。

表1 基于OBE 理念的“控制工程理论”课程教学目标

2.2 基于OBE理念的课程教学模式

传统课程教学模式，采取“满堂灌”的方式，将理论知识传授于学生，忽略了专业人才培养方案中的毕业指标，即毕业生应达到的专业水平与能力。在新工科建设的大背景下，运用成果导向教育理念进行反向课程教学设计和正向课程教学实施，开展有效的教学成果评价和人才反馈调研，以持续性改进人才培养质量[10]。为高质量实现基于OBE 理念的课程教学目标，线上线下混合式教学模式应运而生[9]。基于OBE理念的“控制工程理论”课程线上线下混合式教学模式如图1所示。

图1 基于OBE理念的线上线下混合式课程教学模式

基于课程教学目标和线上线下混合式教学模式，教师需要在开课前做好网络教学资源建设，将教学资料高度完善，包括教案、授课计划、讲稿等，结合人才培养方案和课程教学目标梳理课程的教学内容，明确课程的重难点内容，可将教学内容的重点部分进行微课录制或者寻找合适的微课资源，建立课程的在线课外阅读资源库和课程思政库，为课程匹配合适的案例分析、讨论题以及习题等制作在线题库，实现课程教学资源信息化设计[11]。

教师将借助网络平台提前发布课前预习任务，可安排课程学习委员协助教师开展督导工作，通过QQ群通知学生及时开展预习任务，学生接收任务消息后认真开展预习任务。待预习任务结束后，教师及时查看平台反馈的学生课前预习的学习情况，重新梳理课程教学内容的重难点和教学组织设计，增设学生疑难问题的相关案例，以提高课程的教学效率并促进学生对课程知识的理解与掌握。在线下课程教学过程中，充分利用好现代教学工具，教师对课前预习情况进行点评，结合案例思考题和讨论题引导学生进行小组讨论，对学生讨论结果进行归纳总结并引入新课学习。教师结合工程实际案例讲授课程知识，可借助线上学习平台进行课上的习题测试，可组织学生开展相应小组讨论，学生应认真听讲、主动思考、积极讨论和理性总结。课程结束后，教师需要梳理本课教学内容，并对课程知识进行归纳总结，布置学生需要完成的线上任务与线下作业，学生则认真完成任务与作业。

2.3 基于OBE理念的课程教学实施

下面以“控制工程理论”课程第一章绪论为例讲述基于OBE 理念的课程教学实施。通过灵活多样的教学方法和教学手段，激发学生学习的积极性，培养学生分析与解决问题的能力。“控制工程理论”课程绪论部分主要教学内容与课程目标如表2所示。

表2 “控制工程理论”绪论部分教学内容与课程目标

2.3.1 课前预习阶段

教师通过网络在线学习平台发布学生的课前预习学习任务，包括学习课程学习资源、独立完成思考题和开展小组讨论等。课程学习资源主要包括课程教学课件、课程视频资源和课程课外阅读。其中，课程视频资源主要来源于国家精品课程或985、211 院校课程，包括控制理论的发展及概述、控制系统的定义及工作原理和控制系统的组成及控制要求。课程课外阅读资料将实现课程思政内容的融合，主要为介绍控制理论在中国古代的早期应用和典型代表指南车的工作原理及控制思想。设置思考题，包括机械工程控制理论的研究对象和任务问题，以及控制理论在机械工程领域中的应用问题。小组讨论内容为控制系统的工作原理、组成、分类与基本要求，要求学生积极讨论并归纳总结，线下课将进行小组汇报。

2.3.2 课中学习阶段

通过在线学习平台的学情反馈，教师掌握学生反映的疑难问题，主要为控制系统的工作原理和组成。首先，课上进行课前预习学习情况的点评，通过多媒体展示本次预习成绩。其次，通过课外阅读，引入对学生的课程思政教育，引导学生树立民族自豪感和四个自信，培养创新思维和团结协作的能力；对布置的思考题目进行回答，点评同学们存在的共性问题，开始引入课程的学习；设置典型的液位控制系统和恒温控制系统，讲解系统的基本概念、工作原理和组成，邀请各小组进行汇报和补充，通过线上学习平台设置测试习题，要求学生进行课堂在线答题，以检验学生学习质量，教师对答题情况进行点评。最后，教师对本堂课进行教学小结，帮助学生掌握课程内容体系和知识重难点。

2.3.3 课后作业阶段

课后阶段，教师将结合学生课前预习学习情况和课上在线答题情况，科学合理布置课后作业任务，主要包括思考题、案例分析和课外阅读等。

3 基于OBE理念的课程考核方式

传统教学评价注重期末考试卷面成绩，以此成绩评价学生课程总体学习表现是不全面、不客观的，而对学生进行课程学习评价应采用全面、科学的过程性课程考核方式。根据过程性学习评价数据，教师可及时全面掌握学生课程预习、知识掌握与迁移运用以及课后作业等情况，从而及时调整授课方式和进度。基于OBE 理念的多元课程考核方式如图2所示。

图2 基于OBE理念的多元课程考核方式

对于多元化的过程性课程考核方式，旨在激发学生学习主观能动性，减少了期末笔试成绩的比例，相应增设了课前预习成绩、互动讨论成绩、实验成绩、分组报告成绩等。课程考核成绩由平时成绩、期末笔试成绩、实验成绩和分组报告成绩构成。其中，平时成绩，包括课前预习成绩、课堂出勤、课堂互动讨论成绩及课后作业成绩等；期末笔试成绩，主要考核学生对课程基本理论知识的掌握与运用，并设置最新工程实际案例，考核学生的知识迁移能力和发散性思维，以实现新工科人才培养目标；实验成绩，将从实验方案分析、实验结果正确性以及实验报告完成情况等方面对学生进行评价考核；分组报告成绩，根据确定的实际案例，对工程需求问题设计控制方案，分组报告提交，鼓励设计方法的多样性和创造性，以培养学生的团结协作意识与创新思维。