基于OBE教育理念的“物联网控制技术”课程教学改革与探索

孙澜澜

摘要：课程层面的教学改进是与学生最贴近、最直接的教学质量改进。引入OBE教学理念，对“物联网控制技术”课程进行了课程教学改革的研究与探索，从学生、教学模式以及教学评价三个方面进行学情分析，找准教学痛点，围绕教学目标，对课程的教学方式、教学内容以及课程评价方式进行改进，通过线上线下混合式教学、增设教研讲坛、细化学生考核方案，健全课堂评价等方法，实现课程质量持续改进与教学质量的不断提升。

关键词：OBE；课堂教学改革；混合式教学；物联网控制技术

一、前言

2019年教育部发布了《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》（简称《意见》），《意见》中将全面提高课程质量作为提升教学质量的重要一环，要求着力打造一批国家级和省级“一流课程”“金课”[1]。这意味着本科教学改革的目光已经向课堂教学设计转移[2]。

物联网工程专业是典型的交叉学科，涉及计算机、自动控制、通信等多个领域[3]。“物联网控制技术”是面向物联网工程专业高年级学生开设的必修课程，以实用工程案例为切入点展开教学，使学生掌握物联网控制理论基础知识，具备对复杂控制系统分析、设计、优化的能力，能够运用所学知识，研究和解决物联网控制技术相关领域的复杂工程问题，提升学生在多学科背景下的沟通、协作能力[4-5]。

“物联网控制技术”课程内容具备多学科课程交叉、课程知识抽象复杂、实操要求高的特点。经过调研发现，学生普遍对理论知识接受度低、仿真能力弱、对课程不感兴趣，教学改进刻不容缓。

课堂教学是教师教的活动与学生学的活动的集合，提升课堂教学质量的难点在于将两类活动有机结合在一起，实现教学相长的良性循环。成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）是美国学者斯派蒂（Spady，William G）于20世纪70年代提出的一种教育哲学思想[6-7]，吸纳了人本主义心理学、企业质量管理等思想，逐渐形成了“以学生为中心”“注重结果导向”和“持续改进”三大鲜明教育理念[8]。该教学理论在北美、欧洲等地区有很大的影响力[9]，为提升“物联网控制技术”课程教学质量，采用OBE教育理念，对课程进行教学改革与探索，经过三轮教学，教学质量有明显提升。

二、课程特点与学情分析

（一）课程特点

“物联网控制技术”课程具有两方面的特点。

1.多学科交叉，学习门槛高

需要学生具备扎实的“数字电路”“模拟电路”“信号与系统”“电子信号处理”等先行课知识。

2.理论知识密度大

课程涵盖了经典控制、现代控制以及智能控制三大控制理论，涉及大量复变函数、模糊函数推导以及算法仿真，对学生的数学功底以及编程能力都有一定要求。

（二）学情分析

为能够有针对性地对课程进行教学改革，采用问卷调查的形式，从教学对象、教学模式、教学评价方式三个维度对课程教学质量进行学情分析。

从教学对象看，课程在第五学期开设，该阶段学生专业基础理论功底较扎实，数学功底较强，具有一定独立思考的能力和较强的求知欲，接受新鲜事物能力强。但学生对复变函数、模糊函数的掌握程度普遍较低，存在课堂上能听懂，课后不会用的情况。

从课程教学模式看，主要采用以教师为主导的线下教学模式，基于教材脉络进行授课。授课过程中往往呈现“满堂灌”的现象，未能凸显学生主体地位，导致大多数学生学习不积极主动，教学质量明显下降。

从课程评价体系看，对学生和课程的评价方法较为单一。教学过程中，只重视静态评价，对动态、可视化、发展性评价的重视度不够，缺少第三方评价，导致对学生、课程的评价均不全面、准确，也无法为课程质量持续改进提供准确方向。

从上述分析可见，当前教学中存在以教师为中心、以课堂为中心、以教材为中心的问题，学生的主体地位不能凸显，评价不够细化。

三、OBE理念下的课程目标

OBE在实行过程中注重采用“强调顶峰成果、反向设计”的思路规划培养方案。延安大学物联网工程专业自设立之初，就一直紧随专业认证脚步，按照三要素设计培养方案时，将“物联网控制技术”定位为专业核心课程，在课程体系与毕业要求关系矩阵中，课程与工程知识、设计与开发解决方案、研究三个毕业要求呈现强支撑关系。根据培养方案，基于OBE理念，反向设计课程目标。

课程目标1（对应毕业要求：工程知识）：掌握物联网控制系统的基本概念，常见控制算法与改进方法，能够进行控制系统分析、解释与优化、掌握常见控制装置的工作原理与应用、计算机控制系统可靠性设计方法以及可靠性提升措施。

课程目标2（对应毕业要求：设计与开发解决方案）：能够根据实际工程问题，选择和采用控制理论方法，设计合理的物联网控制系统，做系统的可靠性设计与验证。

课程目标3（对应毕业要求：科学研究）：形成以实践检验真理的唯物主义观点，培养严谨、务实、求真、勇于探索和创新的科学精神，激发学生科研兴趣。

四、OBE理念下的课程教学改革

针对上述教学痛点，坚持以学生为中心、以结果为导向、持续改进的OBE理念，从教学内容、教学模式、考核方式三个方面进行教学改革。

（一）教学内容改革

1.教学内容重构，补齐短板

“物联网控制技术”课程专业性强，只有学生具备坚实的复变函数、信号与系统基础、电子电路等储备知识，教师才能够顺利开展课程教学。课程原授课内容分为课程导入篇、控制算法篇、设计与应用篇三部分。为了做好课程知识的顺利斜接，在课程导入篇后，加入工具箱载入篇，对重难点基础知识进行有的放矢的讲解，补齐基础知识，保证课程顺利衔接，有力击退学生恐惧心理，彻底解决公式推导课上看不懂、课下不会应用的问题（见表1）。

2.结合教学内容，开设教研大讲堂

为引导学生关注物联网控制技术发展动向，激发其科研兴趣，结合课程内容创办教研结合大讲堂。该讲坛一方面由教师主导，配合教学进度，精选优秀论文、最新科技知识，用通俗的语言给学生讲解，扩展学生视野。另一方面，以学生为主导，将学生分组，要求其根据兴趣自行查找科研论文，并以小组形式汇报讲解，在锻炼科研思维与自主学习能力的同时，学生最大限度地参与到教研大讲堂中，提升学生参与的积极性。

（二）教学形式的改革

授课形式从线下教学改为线上线下混合式教学，将节省出的线下教学时间，一部分用来搭建聚焦重难点知识精讲、细讲的互动式课堂，另一部分提升学生的MATLAB仿真能力。

本次改革依托爱课堂平台中西安理工大学刘丁科研团队的“自动控制理论”精品课程，开展线上线下混合式教学，使学生自行完成线上学习，带着思考进入线下课堂的学习，进而促成线下课堂形成问题导向授课方式，教师将更多的精力放在对重难点的讲授上，形成有效的课堂互动。

从学情分析看，学生在MATLAB仿真中存在短板，线上线下混合式教学可以帮助线下课程节约出一部分时间，从而在课堂上进行仿真实验的演示和讲解，提升学生仿真能力。

（三）考核形式的改革

之前课程考核只含有对学生的考核评价，其中平时作业占比30%，期末考试占比70%。这种静态的、以教师为主体的评价方式不能全面、立体地展现学生的学习情况，更不利于全面评价课堂教学情况，形成有效教学反思与持续改进。针对该问题，从对学生的评价、对课程的评价、对教师的评价三个方面建立了立体的教学评价体系。

对学生的评价体系中，降低考试、作业等静态评价占比，提升动态评价占比，具体考核占比分布见表2。

通过问卷调查收集学生对课堂质量、授课教师的评价与建议，形成了立体的教学质量评价系统，评价结构见表3，以便形成对课堂教学的反思、对教师教学的反思，最终推动课程教学质量的持续改进。

五、教学改革效果

截至目前，课程改革已经进行了3轮，共涉及三个年级、163名学生，开课情况、调查问卷收发统计情况见表4。课程的各项目标达成度进行计算。

经过三年的持续改革，三类课程目标达成度均有明显提升，其中课程目标1达成度提升了8.82%，课程目标2达成度提升了5.13%，课程目标3达成度提升了3.53%（见图1）。

六、结语

为提高“物联网控制技术”课程的质量，依据OBE理念，对“物联网控制技术”课程从教学内容、教学方式以及考核评价方式三个方面进行改革与探索。经过三轮改进，课程教学质量明显提升，各课程目标达成度逐年提高。由此可见，基于“以学生为中心、以结果为导向、持续改进”的OBE理念，进行课程改革探索是有益的，值得逐渐范式化，在其他课程的教改工作进行推广。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[EB/OL].[2019-10-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html.

[2]张男星.以OBE理念推进高校专业教育质量提升[J].大学教育科学，2019（02）：11-13+122.

[3]王甜，李霄，李晓芳，等.新工科背景下物联网工程课程建设探索与实践——以“物联网工程规划与设计”课程为例[J].物联网技术，2023，13（09）：151-155+158.

[4]郭斌，王柱，於志文，等.智能时代的物联网工程专业课程体系改革探索[J].计算机教育，2023（03）：124-129.

[5]陈俊彦，何倩，雷晓春，等.面向物联网方向的创新创业人才培养方法探究[J].计算机教育，2024（03）：161-164.

[6]Maureen Tam，Outcomes-based approach to quality assessment and curriculum improvement in higher education[J].Quality Assurance in Education，2014，22 （02）：158-168.

[7]夏欢欢，Hamish Coates.“双一流”建设背景下高校内部人才培养和评价体系研究——以美国哥伦比亚大学教育学院为例[J].中国高教研究，2019（03）：12-17.

[8]张男星，张炼，王新凤，等.理解OBE：起源、核心与实践边界——兼议专业教育的范式转变[J].高等工程教育研究，2020（03）：109-115.

[9]Ayub M A ， Yusoff N ， Heinmann B .Implementation of mechatronic problem-based learning for outcome-based education[J].INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART MATERIALS AND STRUCTURES，ICSMS-2022， 2023.

基金项目：陕西省教育厅2023年科学研究项目一般专项项目（项目编号：23JK0729）

作者单位：延安大学数计学院

■ 责任编辑：王颖振、郑凯津