基于“OBE＋思政”理念的基础机器人课程建设与改革

覃 勇，徐 咏，唐毓纳，杨程钧

（河池学院 人工智能与制造学院，广西 河池 546300）

随着我国新工科、新医科、新农科、新文科的建设和“工业4.0”蓝图的出炉，社会对人才的衡量标准和现实要求也在不断提高。传统教育强调“教师教什么”，其体系很大程度上依赖于标准化流程，即学生在特定时间、特定地点，参加由一位老师主讲的课程或讲座。显然，传统教学模式已不能满足现今的需求，大部分学校在调整和改革人才培养模式及课程体系。以学生为中心的成果导向教育（Outcome－Based Education，简称“OBE”）理念已经成为一种全球教育教学趋势，基于OBE理念的混合教学模式引起了教育教学领域的广泛关注［1］。对比传统教育理念，OBE理念强调“学生学到什么”，它是以学生为中心，结合学生实际情况，通过课程、自学和实践使学生最终掌握知识、技能和价值的一种教育模式。在新一轮科技革命、新一代人工智能（Artificial Intelligence，简称“AI”）和“中国制造2025”的推进过程中，地方本科高校作为培养工程人才的主要阵地，正积极以OBE教学理念开展高等教育教学改革和全面提高教育教学质量，满足地方经济发展需要，并为地方提供更多高素质人才［2］。

学生的学习成果是国际工程教育公认的质量标准，OBE就是一种基于学习成果输出的教育模式，它要求确定教育的输出，明确培养什么样的人，注重学生的学习经验和成果转化，弱化了教师所提供的课程质量。我国教育规模长期位居世界第一，为了提高人才培养质量，适应国家、社会和经济发展需要，增强人才的适应能力和竞争力，2006年国内开始探讨工程教育专业认证，直到2016年签署《华盛顿协议》才标志着国内全面启动工程教育专业认证工作，“以学生为中心”“OBE”“持续改进”的教育理念和认证标准体系逐渐融入高等教育过程之中［3－4］。目前，我国各高校积极参与工程教育专业认证工作，广大教师也对此工作展开了积极的探索与实践。截至2022年底，全国共有321所普通高等学校2 385个专业通过了工程教育认证，涉及机械、电气等24个工科专业类［5］。

2020年，《高等学校课程思政建设指导纲要》正式发布，其强调“把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量”［6］。广西壮族自治区教育厅积极行动，制定并出台了《全面推进广西高等学校课程思政建设的实施意见》，部署在全区高校所有学科专业中构建全面覆盖、类型丰富、层次递进、相互支撑的课程思政体系，带动广西高校教师提升课程思政建设能力。在高校课程建设和改革过程中融入思政内容，加强课程思政建设，践行“三全育人”理念，有利于培养学生的社会主义核心价值观，引导学生将实现个人价值与国家发展、民族复兴、人类福祉紧密相连。

综上所述，课程思政的目标是培养具有习近平新时代中国特色社会主义思想的有“德”学生；基于OBE理念的工程教育教学的目标是培养具有工程素养和国际视野的应用型人才。在当前工程教育专业认证改革背景下，如何培养学生成为“德”“才”兼备，“德”“学”双修的高素质应用型人才，对发展国家科学技术和地方经济，搞好工程建设，提高人民生活质量有着重要意义和深远影响。基础机器人课程是电气工程及其自动化专业的基础课程之一，它为后续专业课程的学习提供实践基础，在人才培养方案和课程体系中具有不可替代的作用。因此，基础机器人课程如何结合OBE和课程思政，如何重新确立培养目标，如何分解毕业要求指标点，如何持续改进专业课程目标、教学内容和评价体系，是目前培养“德”“才”兼备的地方应用型人才面临的主要问题和重要挑战。

一、融入“OBE＋思政”理念的电气工程及其自动化专业人才培养方案

《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》《工程教育认证标准》《电子信息与电气工程类专业补充标准》对电气工程及其自动化专业的培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件等有明确的要求［7－8］，其中课程目标是毕业要求的基础，毕业要求是培养目标的重要体现，毕业要求指标点决定着课程目标。对比欧美发达国家的工程教育认证标准，我国的普通高等学校本科工程教育认证标准增加了爱国敬业、改革创新和艰苦奋斗等社会主义接班人必备的素质，强调了工程应用、工程素养和工程实践能力，内容更加丰富、完善，也更符合国情，例如培养工程意识、协作精神，工程设计能够考虑环境、法律和伦理等制约因素。

在高校“三全育人”工作中，人才培养是一个至关重要的环节。对于电气工程及其自动化专业，地方高校需要根据工程技术发展、行业需求和学校定位等来确定人才培养方案，从而培养出具有科学创新思维、知识面广、工程实践能力较强和有终身学习能力的工程应用型人才。河池学院电气工程及其自动化专业自2012年开设以来，在办学基础条件、师资队伍建设、教学科研水平以及人才培养质量等方面均有了较大提升，现已成为具有一定亮点的广西区级特色专业和广西区级一流本科专业。随着工程技术的不断发展进步和工程教育认证的不断推进，电气工程及其自动化专业作为工程领域的一个重要范畴，受重视程度逐渐提高。同时，该专业的人才培养也存在一些问题，例如分解指标点中思政内涵模糊、课程支撑缺乏系统性、思政能力指标对应的考核方式不合理、毕业要求评价体系和综合实践思政要素缺乏等［9］。为迎接新工业革命的挑战和培养复合型新型工程人才，结合社会主义办学方向、学校专业发展定位和专业内涵式建设，融入“OBE＋思政”理念的电气工程及其自动化专业人才培养指导方案的总体结构，如图1所示。

图1 融入“OBE＋思政”理念的电气工程及其自动化专业人才培养指导方案

该人才培养指导方案中的内外需求包括：国家和社会发展需要、市场和行业职业要求、学校定位和发展、学生个人和家庭期望。一个专业的人才培养计划是否成功，关键是要建立可以达到和评估的人才培养目标，例如专业就业岗位、毕业生应该具备的专业技能和素质等。人才培养目标是电气工程及其自动化专业学生在毕业5年后能够达到的职业高度和专业成就。通过对企业单位、授课教师、毕业生和在校生等相关人员的问卷调查和深入访谈，我们认为，此专业人才培养目标可增加的价值和情感目标主要包括：第一，综合运用电气工程及其相关学科的基础理论、专业知识和工程技术标准，解决电力工程设计与系统、装备制造、自动化与控制和机电控制工程等方面的复杂工程问题，在工程实践中体现创新能力；第二，运用电气工程及其相关行业的安全法规、法律知识和专业能力解决本领域设计、制造和工作中出现的问题，能够评估电气工程的成效和影响；第三，具备良好的人际交往能力，能够从法律、伦理、社会、环境和经济等角度管理电气工程项目；第四，能够应用专业知识服务国家、广西和河池地方，具备科学情怀、工程师素质和使命担当精神；第五，具备前沿视野和可持续发展理念，能够爱岗敬业和攻坚克难，具有较强的工程实践能力和创新精神。

基础机器人课程是河池学院电气工程及其自动化专业的一门必修基础实践课程，一般开设在大学一年级。该课程通过两轮小型机器人的制作、设计和PBASIC编程［10］2，培养学生的科学逻辑、编程思维、开发实践等能力。按照工程教育认证标准，电气工程及其自动化专业的学生毕业要求有12条，与基础机器人课程相关的矩阵点是其中的第二点“问题分析”和第三点“设计开发解决方案”。经过专业课程思政要素分解，融入课程思政的毕业要求指标点分别为：指标点2.4，能运用基本原理，借助文献研究，分析电气工程设计、应用和自动化过程的影响因素，获得有职业道德、有社会责任感和科学有效的结论；指标点3.1，掌握电气工程及其自动化领域工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计、开发方法和技术，通过家国情怀和可持续发展理念了解影响设计目标和技术方案的各种因素。

二、构建基于“OBE＋思政”理念的基础机器人课程

河池学院基础机器人课程瞄准电气工程技术智能化发展方向，根据人才培养方案，以基础机器人技术为主线，以学生为中心，贯通“OBE＋思政”理念。专业课程建设和改革是人才培养的“主战场”，建设一门能通过工程教育认证和能培养学生创新实践能力的课程不是一蹴而就的，应该从充分了解学生情况、具有特色的课程目标、课程建设与教学设计、教学效果检验和评价等方面着手。

（一）充分了解学生情况

OBE理念在高等教育中快速发展的重要原因，就是其以学生为中心，强调学生的个人进步和学习，侧重学生实现预期的学习效果。实现这个目标需要教师充分了解本专业、本行业和学生的情况，搞清楚“世界等待什么，中国需要什么，广西承担什么，河池能做什么，河池学院学生该学什么”。目前，河池学院电气工程及其自动化专业学生，对基础机器人课程充满期待和兴趣，但缺乏对课程学习的连续性；对课堂传授的机器人知识和编程技巧好奇且积极聆听，但部分学生缺乏自主性；部分学生基础薄弱，课后的扩展工程实践效果不太理想。

（二）具有特色的课程目标

课程目标是社会行业需求、学校发展定位和专业人才培养的集中体现，是结合地方特色、学校定位、学院发展、专业目标和学生学情等各方面因素，充分评估学生的知识、素质和能力之后而科学制定的。作为一所广西区内生源比例高达78%、贫困生较多、学生基础较差的地方应用型本科院校，河池学院根据专业人才培养目标和结课学生的反馈意见，对毕业要求指标点2.4和3.1支撑的融入思政要素的课程目标进行了优化。其中，融入严谨求实和工匠精神的“课程目标1”是对毕业要求指标点2.4的支撑，而支撑毕业要求指标点3.1的是紧扣河池产业需求的“课程目标2”。具体如表1所示。

表1 基础机器人课程目标

（三）课程建设与教学设计

为响应国家对未来新型人才的培养需求，解决当前毕业生的能力与行业需求不匹配问题，我们需要不断参考借鉴优质课程资源，优化基础机器人课程结构。基于“OBE＋思政”理念的基础机器人课程建设，包括教学大纲、教学计划、教学课件等相关内容，着力建设符合学生发展状态和学习需要的、具备地方特色的实验实践资源，使课程内容由浅入深、循序渐进和生动有趣，包含较多的促进学生思考的素材。例如，引入韦拔群、黄庭坚等名人事例，引出“自主导航无人驾驶”“模拟嫦娥五号月球探测”“恶劣边境巡防”等机器人综合应用实训项目。

此外，教学设计应合理分配教学时数，明确每次课的教学目标，选择合适的课程思政教学资源，采用能达到教学目标和教学效果的教学方式方法。根据人才培养方案和教学大纲，河池学院基础机器人课程共32学时，其中课堂上重难点问题的分析和讲解是24学时，配套的实验与实践环节是8学时。为落实专业课育人要求，学生课外需完成线上线下的预习、讨论、复习、测试和作业等学习任务，提升他们精益求精的工匠精神和严谨求实的优良作风。

在课程思政内容设计方面，以机器人技术发展作为切入点，穿插我国机器人、5G和芯片等自主研发典型事例，增强学生的责任感和使命感。同时，注重引导学生向业界前辈学习，主动服务广西，主动服务河池，树立正确的世界观、人生观和价值观。

（四）教学效果的检验和评价

学生学习和成果产出是一个复杂的过程，需要不断持续改进才能实现预期的效果。教学评价使教育教学过程的输入、输出、相互联系的因果关系和依赖关系形成一个闭环回路［11］，使教育教学过程可以被检查、追踪、复查和评价。基础机器人课程以学生为中心，以产出为导向，不以笔试成绩作为学习成果的最终评价标准，而是强调把学生积累的学习成果、学习经验作为评判成绩的重要指标，鼓励和动员学生自觉学习。同时，此课程把学生学习效果检验作为评价教学效果的一部分，包括学生会说、学生会做、学生会教等内容，最终学生成果的产出包括学习的心得、体验和学习效果的提高、互助互学氛围的养成。

三、基于“OBE＋思政”理念的基础机器人课程教学实施

课程建设有助于解决专业同质化问题，课程质量是工程教育专业认证的核心，若课程建设开展得很好，却无法落实到教学，则难以达到教书育人效果。课程建设最重要的是理念，教学实施最重要的是方法，目前我国工程教育专业认证的“最后一公里”是将OBE融入课程中［12］。如何建设好课程教学这个“主渠道”，如何落实好“OBE＋思政”理念、方案及有关改革措施，如何开展好“三全育人”工作以实践立德树人根本任务，是教育工作者需要迫切解决的问题。电气工程及其自动化专业人才培养强调育人和育才相统一，突出学生的内部驱动力，培养具有解决复杂工程问题能力和工程实践与创造能力，综合素质高的工程师。因此，在基础机器人课程的教学实施过程中，河池学院以工程教育专业认证为导向，有机融入“OBE＋思政”理念，落实电气工程专业技能培养目标，塑造和增强学生的自信心、职业素养和行为习惯。

（一）以工程师专业能力为导向，融合电气智能化知识，充分利用现代化教育技术，促进学生主动学习

电气工程既是一个学科交叉的专业，又是一个高度实用的行业，其要求毕业生具备训练有素的工程人才技能以及解决工程问题的创新能力、管理能力和实践能力。传统的教学过于注重书本知识的学习和掌握，忽视现实社会和工程实践相关知识的应用，难以指导学生形成创造性思维，较难达到电气工程师的要求。河池学院根据人才培养方案、毕业要求和课程目标，以工程师专业能力为导向，把握理论课中学生积极性和学习效率的变化，注重每课之间、章节之间内容的关联，科学授课，精讲课程重点和难点，引导学生明了该学什么，学到什么程度，注重使用老知识解决新问题，培养学生善于发现新规律。

河池学院基础机器人课程的教学实施落实立德树人根本任务，以学生学习成果产出为目标，基于工程教育专业认证工作，融合电气智能化知识，理论和实践相结合，加强思政教育，扩展课外技能，提升学生的工程实践能力。学院根据学生的个体差异设计个性化教学，为每个学生提供合适的学习机会，完成具有挑战性的组合式任务，强调学生学习过程和过程成果，关心培养学生的综合素质和能力。通过一些能让学生实践的工程案例，例如机器人组装、触觉导航和红外线导航等，引导学生分析和解决问题，充分调动学生学习机器人的积极性。通过线上线下混合式教学活动，促进学生运用知识解决实际问题，把重点放在帮助学生主动学习知识和技能，以便学生实现明确的预期结果，提高成就感，锻炼学生独立分析问题和解决问题的能力。

（二）以工程项目和问题学习为核心，协同理论与实践，培养学生工程思维能力

对于电气工程及其自动化专业的学生来说，基础机器人课程要求他们能够灵活运用机器人系统的设计与编程技巧，故采用项目教学法将知识传授、能力培养及思想教育相结合，实现教学目标、教学内容、教学方法、教学手段及教学效果的深度融合与有效创新。不同于传统的课堂教学，此课程教学以工程项目和问题学习为核心，学习任务为明线，知识与技能、素质培养为暗线，教师作为项目和问题探讨的协调人，发挥指导作用，提出具有挑战性的任务，利用示范、评价和反馈，使学生能够集思广益和积极思考，使用已经掌握的知识解决实际工程问题，协同理论与实践，帮助学生实现预期的学习效果，促使学生学习和应用新知识，不断改进、不断优化。通过企业和学院教师合作设计的项目式教学方法和问题式教学方法，例如机器人迷路时的人工智能决策、如何计算运动距离等，学生可以更好地实现对知识的理解和迁移，逐步演绎和分析问题，发现其内在规律，设计并实现两轮小型机器人系统，完成预定项目任务，培养学生的工程思维能力。

（三）改革考核与教学评价方式，注重过程评价，充分肯定学生成长

传统考试是一种单一的总结性评价方式，其缺乏评价系统性、评价过程性和评价诊断性。河池学院基础机器人课程基于OBE理念，基于以培养目标、毕业要求和课程目标为持续改进基准的三循环评价与改进模型［12］，采用形成性评价和总结性课程考试相结合的考核方式。其中，课程目标形成性评价采用课程过程评价法进行评价和测试教学效果，注重学生的学习态度和过程，对学生学习过程中的每一个环节进行评价，充分肯定学生的成长，给予学生更多的独立思考机会，培养学生良好的学习能力。

为建立面向产出的课程教学评价机制，河池学院基础机器人课程目标与课程考核的关系如表2所示，课程目标的达成度通过总结性课程考试成绩（占60%）和平时成绩（占40%）综合而来。平时成绩分数由线上学习与作业、课堂表现与学习态度、基本功能实验与报告和综合应用实践构成。线上学习与作业成绩占40%，课堂表现与学习态度成绩占20%，基本功能实验与报告成绩占20%，综合应用实践成绩占20%。其中，线上学习与作业成绩中，课程参与占10%，练习与作业占20%，随堂测试占20%，章节测试占20%，互相探讨占30%。采用全过程、形成性和总结性的综合教学评价方式可以引导学生解决问题，挖掘学生的兴趣，激发学生的内在动机，使学生积极参与学习，改变传统教学中学生被动学习的状况。

表2 基础机器人课程目标与课程考核关系

（四）落实校企合作，推进企业项目课程化，深化产教融合、协同育人

依托广西高校系统控制与信息处理重点实验室和广西区级电气虚拟仿真实验教学中心，河池学院与企业共建达到行业水平和工程教育专业认证标准的创新实践教学实验室，在课程教师和企业员工指导下，让学生参与企业项目工程，巩固学生所学的基础理论和专业知识，为学生提供贴近实际的工程实践机会。此外，河池学院还结合新一代智能电气工程行业的需求，持续深化校企合作。例如，河池学院与广西南丹南方金属有限公司和广西盛隆冶金有限公司等展开校企合作，组建“爱汇百变河池学院机器人技术研发中心”等校企合作平台，鼓励企业工程人员参与课程建设与教学。由企业工程人员和课程教师将工业化、自动化、智能化的企业工程项目内容整合到专业课程教学与实践中，强调理论与工程实践并重，以学生成果产出为导向，融合实践教育、思政教育和工程教育，开展综合性项目式实践教学，培养学生的科学基础、工程素养、创新实践能力和工匠精神。

四、基于“OBE＋思政”理念的基础机器人课程教学实践效果

河池学院基础机器人课程，是电气工程及其自动化专业基于“OBE＋思政”导向创新实践的一门专业基础课程，2020年12月获得学校课程思政示范课程建设项目立项。经过课程教学实施和实践改革，此课程入选中国通信工业协会2021年“课程思政示范课”。同时，此课程所支撑的研究与实践成果《地方高校工科专业“三三式”人才培养模式探索与实践》，获得2021年广西高等教育自治区级教学成果一等奖。2022年，此课程骨干教师参加“余姚杯”首届中国高校智能机器人创意大赛，荣获三等奖。此外，近3年以来，学生参加中国教育机器人大赛，荣获特等奖2项和一等奖4项；学生参加2022 RoboCom机器人开发者大赛CAIR工程竞技赛道全国总决赛夺宝奇兵自动赛，荣获三等奖。我们对基础机器人课程融入“OBE＋思政”理念的教学效果进行了评估，课程教学目标达成情况如表3所示。

表3 基础机器人课程教学目标达成情况

电气工程及其自动化专业基础课程设置的合格标准达成度为70%。从近3年课程目标达成度来看，“课程目标1”和“课程目标2”的达成度逐步提升，但仍有一定的优化空间，尤其是“课程目标2”对应的教学内容侧重实践操作，但评价考核相对比较抽象，难以体现教学内容的特点，可进一步丰富机器人综合应用实训项目，优化教学内容和评价方法，持续改进此课程教学。

五、结语

为落实全国教育大会精神，培养具有爱国敬业、使命担当、大国工匠精神和工程素养的“德技双馨”高素质应用型人才，河池学院电气工程及其自动化专业在2016年引入OBE教学理念，2019年全面推进专业课程思政建设，2020年在工程教育专业认证工作的基础上，基础机器人课程提出了融入“OBE＋思政”理念的课程建设与教学改革。课程改革以学生学习产出OBE为核心，结合工程教育认证要求，有机融入思政育人，构建基于“OBE＋思政”的教学新模式。实践证明，基于“OBE＋思政”理念的基础机器人课程建设与改革，提高了课程教学的实效性和协同性，促进了电气工程及其自动化专业学生的全面发展，有效支撑了专业工程教育实施和认证工作。