基于OBE的燃料电池专业课程设计与实践

刁 宏

(1.南昌理工学院教务处,江西 南昌 330013;2.博仁大学中文国际学院,泰国 曼谷 10210)

发展清洁的可再生新能源十分重要。燃料电池以燃料和氧气作为主要原料,直接将化学能转化为电能,由于跳过了热机过程,能量转化效率较高,且反应清洁、完全,产生的有害物质很少,具有广阔的发展前景[1]。

培养具有燃料电池基础知识且具备较强研发能力的人才,对于燃料电池的发展具有重要的意义。燃料电池专业课程属于能源交叉学科,涉及能源化学、传热学、机械设计、电学等多个学科,目前在教学内容等方面存在不少问题,无法适应行业和产业发展的需求。只有科学地设计课程,才能提升教学质量,取得实效。

成果导向教育(OBE)理念“以学生为中心”,改变以教师输出为主的教育方式,以学生能力培养为主要目的。本文作者在OBE 理念指导下,对燃料电池专业课程设计进行探索。

1 燃料电池专业教学现状与原因分析

1.1 教学目标不够明确清晰

教学目标是课程教学实施的最终方向及预期的结果。教学目标确定了两个方向:①教师对学生学习效果的期望,为整个课程教学确定了基本的方向;②课程教学任务的评价标准。目前,燃料电池专业课程的教学目标不明确,导致教学方向较为笼统,仅教授了教材中的内容,未明确重要的知识点和关键技能,导致学生在课程结束时,往往未能搭建起清楚的知识框架,也未真正掌握重要的知识点和关键技能。教学内容未能与行业需要的技能紧密联系,学生缺乏学习动力及行业认知。

1.2 教学内容不够全面

教学内容是实现教学目标的重要基础。燃料电池专业课程的教学内容主要包括两部分:理论知识和基本技能。目前的教学中,绝大部分教师仅依据教材开展教学工作,教学内容与教学目标之间缺乏紧密的联系,使教学内容无法支撑教学目标。部分教师已意识到此问题,但由于日常教学任务较重,无法腾出更多的时间和精力来完善教学内容。另外,教材的更新不及时,导致内容与同行业脱节,学生毕业后很难将所学知识融入实际工作中,影响职业发展。

1.3 对学生分析不足,未能因材施教

每个学生都有各自的特征,没有适用于所有班级和学生的万能教学方法,因此需要对学习者的特征进行精准科学的分析。燃料电池专业课程知识点偏多,且涉及到多个学科,学生之间的学习进度和掌握程度存在差异。认知准备状态、学习准备状态和教学模式是影响学生学习成效的重要因素。大部分教师在教学过程中往往只从自身的角度去教授知识,忽视了学习者的特征,对所有的学生采取相同的教学模式,有些学生无法跟上进度,整体教学效果不佳。

1.4 教学评价体系不够科学合理

传统的教学评价方式以考试为主,不够科学合理。燃料电池专业课程增设了不少新式评价标准,如课前测评、小组讨论、组间互评等等,但多流于形式,评价结果未能用于改进课程内容和教学方式[2]。此外,仅以期中期末考试为主的评价方式,导致部分学生平时不努力学习,仅在考试前突击看书,依靠侥幸通过考试,所学的知识通常只是短期记忆,掌握得并不牢固,影响后续的知识拓展,无法实现教学目标。

2 OBE 理念的内涵与意义

2.1 OBE 理念的内涵

成果导向教育(OBE)是20世纪90年代出现的一种教育理念,教育模式主要基于学习产出来构建[3]。该理念鼓励学生通过学习活动获得成果,并围绕这一中心思想展开教育活动,教学成果不仅是学生的课业成绩,还包括学生掌握的能力。传统教学中,学生处于被动学习的状态,知识的传授往往是单向,学生缺乏自主性,学习的效果不佳。OBE 理念的核心在于以学生为中心。OBE 着眼于学生的多方面发展,偏重培养学生的创新创造能力,一切教育活动、教学内容设计等都需围绕着学生的预期学习成果展开。近年来,OBE 逐步成为教育研究的热点,并在实践中取得了一些成果[4]。

2.2 OBE 理念的意义

OBE 理念能够对燃料电池专业课程设计具有一定的启发,意义主要体现在以下几个方面。

2.2.1 明晰人才培养目标

高校教育的主要目的在于帮助学生掌握某项技术,使学生具备基础职业能力,以满足社会发展的需求[5]。在实际教学过程中,培养目标的描述过于宽泛,不太契合社会对人才的需求。将OBE 理念融入课程教学中,有助于明晰人才培养目标,以社会需求为导向开展课程和教学路径设计。

2.2.2 明确教学与学习目标

OBE 理念中,无论是教师还是学生都有明确的教学和学习目标,并充分体现在学生的学习成果上。燃料电池专业课程涉及多个学科,不但基础理论知识庞杂,还要进行充分的实践操作。在传统教学中,学生往往被动接受知识。OBE 理念强调学生是学习的主体,教师则扮演引导者的角色[6],通过与学生相互协作,完成教学过程,达到预期的学习成果。

2.2.3 丰富教学内容

传统教学模式中,教师多基于教材的编写顺序来教学,其中部分知识点与实际生产生活相去甚远。这些内容加重了学生的学习负担,教学效果也不佳。在OBE 理念下,教学内容要求与学习目标和成果相对应,教学内容更贴近行业,能够让学生用有限的时间和精力掌握重要的知识和技能。

2.2.4 多元化教学方法和评价方式

传统教学方式以讲授为主,而OBE 理念提倡多元化的互动式教学,促进学生从被动学习转向主动学习,提升学习积极性。教学方式多元化后,教学评价方式也随之改变,不再简单地以课业成绩作为主要评价依据。评价内容扩展至学科表现、职业道德、实践动手能力、协作精神和创新能力等方面[7];评价形式从教师主评扩展为学生自我评价、小组评价、组间评价等。这不仅能从多个方面帮助学生发现自身问题,也有助于教师更全面客观地了解学生,提升教学效果。

3 基于OBE 理念燃料电池专业课程设计

3.1 教学目标设计

燃料电池专业课程教学方式以OBE 理念为指导、教师为主导、学生为主体进行,将学校、产学、模拟与实践相结合,旨在夯实学生的专业理论知识,提升学生的实践技术水平。让学生从基础知识开始学起,通过实验操作、项目计划、产品研发、执行管理、成果展示等环节进行培训,贯彻培养具有燃料电池基础知识且具备较强研发能力的人才的培养目标。

3.2 课程内容设计

燃料电池专业课程基于OBE 理念对教学内容进行优化设计,教学内容将根据学习目标、能力培养进行划分,制订相应的教学目标与教学环节。知识目标主要是让学生掌握燃料电池的基本定义、分类、工作原理以及在不同工业领域中的具体应用,教学环节包括传统的授课、小组讨论、课后作业、案例分析和实验操作等。能力目标主要培养学生对燃料电池材料、性能等性质的分析能力,以及能够解决复杂工程应用问题的能力,教学环节包括案例分析、小组讨论、实践调研、文献检索、论文和答辩等。

结合教学目标和教学内容,分课前、课堂和课后等3 个阶段进行教学内容设计,具体设计如下。

①课前阶段:预习+文献调研+现场测验

课程开始之前,通过简单介绍课程大纲、教学计划和教学内容,让学生对这门课程有较为全面的认识。每次课前将下节课的相关资料和素材发给学生,供学生预习。每次课前预先确定一个重要的知识点,要求学生围绕这个知识点开展文献调研,撰写调研报告,准备课堂上的交流汇报。最后利用信息技术,安排小测验,以了解学生预习时知识的掌握情况,有助于教师及时调整授课内容和深入程度。

②课堂阶段:案例分析+小组讨论+实验操作

课堂中,教师对实际问题采用引导式的教学方式,对重点、难点的内容进行详解,根据课前测验的结果,有针对性地对学生尚未掌握的知识点进行深入剖析,并将最新的研究成果融入授课中,使学生能及时了解前沿技术。围绕一些重要的知识点,开展小组讨论,提高学生学习的主观能动性,并通过一些实验操作来巩固理论知识,提高动手能力。③课后阶段:论文+实践调研+课后测验+校企合作

根据课程的教学进展,合理安排课外实践调研活动,鼓励学生运用学过的专业知识来解决实际问题。同时,以实际工程应用案例作为学生的论文主题,提升学生文献检索的能力,培养学生解决实际工程问题的本领。通过课后测验,了解学生知识的掌握程度,有助于教师后续教学内容的调整。

学校在教学中可依托自身的资源,如燃料电池研究实验室,也可与企业合作,建立联合实验室。企业可向学校投入资源,助力研究成果的转化应用,学校实验室也可直面行业的需求和痛点,有侧重地进行教学。还可考虑建立创新人才培养实践基地,安排学生到企业的工厂车间实地感知一线的需求,以便更好地学以致用,找到自己的发展空间。

3.3 课程设计评价与成效

基于OBE 理念,优化设计评价指标与方式,见表1。

表1 课程评价指标与方式Table 1 Curriculum evaluation indexes and methods

实施基于OBE 理念的教学模式,可提高学生学习的积极性和能动性,学生成为学习的主体,从被动学习转变为主动学习。将理论知识与实践操作结合,使学生更积极地参与到学习与解决实际问题的过程中,不仅可巩固理论知识,也可锻炼实践动手能力,学习的目的性更强。小组讨论、实践调研、文献搜索、论文和答辩等环节的训练,使学生运用理论知识解决实际问题的能力得到提升,综合素质也得到提高。

应用OBE 理念优化教学内容和评价方式,教学效果可实现多元化评价,教师可及时掌握学生的学习状态、掌握程度、学习进度及难点,调整教学内容和方法,提升教学质量。

4 结论

社会对具有基础知识且具备较强研发能力的复合型人才的需求增加,专业课程的教学日益受到重视,提升教学质量成为学校和教师追求的目标。

为更好地提升教学质量,教学活动应以学生为中心,以成果为导向。将OBE 理念贯穿到燃料电池专业课程设计中,科学合理地设计教学内容,优化评价方式,可获得较好的实施效果,不仅提高了学生学习的主观能动性,也提升了学生的综合素质,改善了教学质量。