OBE工程教育模式下慧魚實驗改革初探

屠立群+王淑花

摘要：針對目前已開展的慧魚實驗教學存在的問題，以OBE工程教育模式為指導，重新整合設計了階梯式慧魚課程層次，并輔以成果為導向的多元化考核方式。發揮慧魚模型解決工程復雜問題的潛能，促進學生個性化修養和團隊精神的提升。

關鍵詞：OBE；慧魚實驗；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）40-0262-02

一、引言

慧魚模型是由德國發明家Arthur Fischer博士在1964年從其專利“六面拼接體”的基礎上發明的。它是一個由機械構件、電氣構件、傳感器、氣動構件、電腦控制器及軟件等所組成的創新系統[1]。然而，我校引進慧魚模型，最初是將其單純作為一種教具使用，給學生展示實物，依托慧魚模型進行理論知識的傳授，既沒有調動學生對實驗課程的積極性和創造性，又沒有充分發揮慧魚模型解決復雜工程問題的潛能。

近年來，隨著實驗教學的重要性得到了共識，對實驗教學的改革也持續進行。基于學習產出的教育模式（Outcomes-based Education，縮寫為OBE）最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革[2]。這種教育模式拓展了我們的視野，嘗試將慧魚模型從單純的展示教具華麗轉變為“項目導向，學做一體”的教學載體。

二、目前慧魚實驗存在的問題分析

OBE是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式。實驗教學正是詮釋該理念最直觀的環節。而目前，我校慧魚實驗的教學模式偏離了工程教育認證以學生為中心的哲學理念，忽視了學生實踐操作技能的提高，實踐教學流于形式，使其局限于傳統機械課程授課形式，因此在慧魚實驗設計上有以下幾個方面需要改進。

1.開展的慧魚實驗獨立性太強，幾個實驗之間甚至于某個實驗的各個環節相關性較弱，傳統的以“內容為本”的教學方式也忽視了學生“學習結果”這一根本目標，很難形成持續發展的質量保證體系。

2.現有的慧魚實驗都是處在模仿組裝階段，無法將專業知識融入實驗過程中從而學以致用，思維鍛煉受到限制。整個實驗做完之后，學生對如何利用慧魚在解決復雜工程問題上依然沒有清晰的認識。

3.考核評價學生學習效果的方式傳統單調，只關注了最后的結果，而沒有關注過程。這種考核方式看到的只是學生做出了什么，學生的學習動機很有可能不是興趣，而是應付考試得到學分。

三、基于OBE的慧魚實驗教學設計

OBE工程教育模式不限定教師采取什么樣的教育方法和教育內容，只通過指定階段性的學習期望來為教師指明方向。為突破傳統教學方式的束縛，以達到OBE理念中對于學生的多方面的能力要求，如機械專業和交叉學科理論知識的運用，統籌規劃和項目整體意識的形成，團隊協作和管理，等等。表1對慧魚實驗進行了階梯式的課程層次設計。

1.問題為導向的基礎驗證性實驗。慧魚模型采用的是模塊化設計，系統化可擴充，種類多，同時也可反復拆裝，能夠逼真地表現機械構件和實驗原理。基礎驗證性實驗是要求學生通過對機械理論知識的充分掌握的基礎上，在學習了機械零件結構和機械原理課程之后，結合機械原理課程設計和金工實習，對慧魚的構件有個初步的了解，通過動手拆裝，按照慧魚實驗指導書的步驟和標準過程來制作慧魚機器人。在基礎驗證性實驗階段，應以學生掌握機械基礎知識為目標，重點設計以問題為導向的實驗內容，熟悉慧魚模型的構建，留意學習過程中經典的實驗教學模板，擴充知識，掌握橫向的知識應用，使學生知道這些基礎驗證性實驗在實際工程應用的場合。

2.任務為導向的工程設計性實驗。工程設計性實驗是在基礎驗證性實驗的基礎上開展的，是對機械基礎知識的運用、發展和創新。在之前拆裝組合慧魚模型經驗的基礎上，對標準機器人的結構、程序和線路進行改進，使動作更加連貫多樣。該階段強調基礎驗證性實驗在獨立完成的基礎上，培養學生工程意識和創新能力，將最新技術滲透到實驗教學內容中，設計具有一定廣度和深度的工程設計性實驗。以任務為導向，鼓勵團隊合作，利用慧魚模型先進的實驗理念，在開放的實驗平臺上，學生以討論組為單位，將所學知識交叉融合，用以解決復雜工程問題。

3.項目為導向的研究創新性實驗。項目為導向的慧魚實驗是要求師生在規定時間內通過共同完成一個項目方案進行教學，學生在一定時間范圍內，自由組隊，制訂方案，確定時間結點進行學習，最后由師生共同評價學習成果。例如，教師確定的項目范圍，無任何題目要求限制。學生按三人一組，組成一個項目團隊。每個團隊的成員根據自己的興趣和特長，在某個項目中擔任不同的角色。基本功扎實，技能全面且能力突出的可以擔任隊長，負責整個項目的實施，其他兩位同學則分別負責軟件和硬件的設計。每一個環節完成，組員之間都可以交流討論，獻計獻策，也鼓勵每位成員踴躍擔當隊長，鍛煉自己。每一個項目階段完成之后，讓團隊上臺展示自己的作品，和其他團隊的作品比較，交流心得，取長補短，不斷改進。為突破傳統教學方式的束縛，將慧魚創意實驗以項目為載體，讓項目完成的全過程貫穿整個學習過程，使學生在“做中學、學中做”，提高學生專業知識的迅速汲取能力，更培養了學生分析問題和解決問題的能力。

4.成果為導向的多元化考核方式。在OBE教育模式中，學生學到了什么和能否成功遠比怎么學習和什么時候學習重要。評價學習產出是OBE教育模式中非常重要的環節，通過評價來了解學生掌握知識和能力的程度。表2是慧魚創意實驗評價內容。

OBE模式以學生個人能力發展為核心，其評價關注的是自我比較，因此評價時不能設置各成績等級的比例，而是根據課程教學目標明確給出每項評價內容的評價標準，依據每個學生的能力達成程度，給予從“不熟練”到“優秀”的不同評價等級。允許“多次評價、先后達標”，使評價體現學生發展的個體特性。

四、結語

在OBE工程教育背景下，教師將慧魚模型作為工程、項目教學實踐和基礎性研究的實驗教具，指導學生搭建機械、氣動、傳感器部件，并利用PLC、計算機借口或單片機接口進行自動控制，充分展現了慧魚模型展示科學原理和技術的優勢，激發學生的學習激情，將所學知識交叉融合，用于解決工程問題。強調學生自主式、開放式、協作式、探究式為主的實踐學習方式，促進學生個性化修養和創新能力的提升。

參考文獻：

[1]黎澤倫，黃友均.慧魚機器人在機電創新實驗教學中的應用研究與實踐[J].信息技術教學與研究，2015，（54）：122.

[2]Willis S，Kissane B.Systemic approaches to articulating and monitoring student outcomes：are they consistent with outcome-based education [J].Student in Educational Evaluation，1997，23（1）：5-30.endprint