基于OBE理念的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程改革與實(shí)踐

陳顯明 范瑩瑩

摘 要：《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門綜合性很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)難度大，傳統(tǒng)的教學(xué)效果欠佳。OBE理念是被普遍認(rèn)可的工程教育改革方向之一，通過在該課程中引入OBE理念實(shí)施教學(xué)改革。文中論述了OBE理念下《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程目標(biāo)的修訂、課程路徑的設(shè)計(jì)、課程知識矩陣的重構(gòu)、教學(xué)模式和評價(jià)機(jī)制的探索等。通過這樣的改革，提升該課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：課程改革；OBE理念；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；工程教育

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）14-0155-03

Abstract： Computer Control Technology is a comprehensive course with great difficulty in learning and poor traditional teaching effect. The OBE concept is one of the widely recognized reform directions of engineering education. The teaching reform is carried out by introducing the idea of OBE concept into the course. This paper discusses the revision of the objectives of Computer Control Technology under OBE， the design of course path， the reconstruction of course knowledge matrix， the exploration of teaching mode and evaluation mechanism. Through such reform， the teaching effect of this course can be improved.

Keywords： Curriculum reform； OBE concept； Computer Control Technology； engineering education

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是自動化類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，它是將控制理論和計(jì)算機(jī)相結(jié)合，利用相應(yīng)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動控制的一個(gè)過程。隨著社會科技的不斷進(jìn)步和國家自動化水平及信息化程度的不斷提高，以及工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實(shí)施與推進(jìn)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在日常生活和生產(chǎn)制造上正發(fā)揮越來越重要的作用，其技術(shù)地位也越加彰顯。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融合了控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)等，要求從事該專業(yè)的工程技術(shù)人員不僅要掌握控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，還要有較為寬廣的相關(guān)知識，了解并掌握工業(yè)過程控制、運(yùn)動控制、檢測與自動化儀表、電力電子技術(shù)、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理等領(lǐng)域的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行、科學(xué)研究與開發(fā)等方面的專業(yè)知識與技能。學(xué)生也應(yīng)該掌握計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在簡單控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與軟件編程[1，2]。

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是多門課程相交叉且綜合性很強(qiáng)的課程，內(nèi)容抽象，信息量大，各章節(jié)聯(lián)系緊密，教學(xué)難度較大，難于理解，實(shí)踐環(huán)節(jié)多，學(xué)生普遍反映難以掌握，較難產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)學(xué)生的期終測評和知識掌握調(diào)研，結(jié)果另人失望，學(xué)生對知識的掌握程度大多都達(dá)不到教學(xué)大綱規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新應(yīng)用更是落后一大截，若從OBE理念的角度分析，更加無法滿足用人單位的標(biāo)準(zhǔn)。OBE是英文Outcome based education的縮寫，譯為成果導(dǎo)向教育（亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育）[3-5]，是一種先進(jìn)的教育理念。目前OBE理念是被普遍接受的工程教育改革方向之一，因此，如何基于該理念實(shí)現(xiàn)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程改革是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。

一、OBE理念下課程目標(biāo)的修訂

傳統(tǒng)課程目標(biāo)的制定是基于知識驅(qū)動，強(qiáng)調(diào)的是對基礎(chǔ)知識的掌握。傳統(tǒng)的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制的基本概念，基本分析方法和設(shè)計(jì)方法。要求學(xué)生從理論上掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用，為學(xué)生提供有效地分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所需的洞察力、知識和理解力。該課程目標(biāo)以學(xué)生掌握書本知識作為核心，一切課程活動都是圍繞該目標(biāo)進(jìn)行，導(dǎo)致課程的開展主要以教師的“教”與“授”進(jìn)行，學(xué)生處于被動接受知識的過程。課程實(shí)踐活動基本上都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的是為驗(yàn)證課堂所教授知識而存在。這樣的課程活動不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，課程效果欠佳。在OBE理念下，課程目標(biāo)的制定是以能力作為驅(qū)動，強(qiáng)調(diào)的是能力的獲得。以O(shè)BE理念作為指引，以未來實(shí)際控制工程環(huán)境需求為導(dǎo)向，《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程應(yīng)具備以下幾方面的能力：1.具備基本的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試能力；2.具備創(chuàng)新意識，有與時(shí)代共進(jìn)能力；3.能夠通過多種渠道進(jìn)行知識更新和完善自我的能力；4.具備與其它課程/學(xué)科交叉合作的能力。在能力和目標(biāo)導(dǎo)向下，課程開展強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的主觀能動性，也更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐活動。對于該課程，我校已進(jìn)行了大的調(diào)整，電氣專業(yè)的實(shí)踐課時(shí)由過去的9個(gè)學(xué)時(shí)增加到26學(xué)時(shí)，而理論課時(shí)則由過去的45學(xué)時(shí)下降為28學(xué)時(shí)，增加了不少綜合性實(shí)驗(yàn)和其它實(shí)踐環(huán)節(jié)。這樣的改革就是為了提升學(xué)生的動手能力，加強(qiáng)學(xué)生主觀能動性。

二、OBE理念下課程改革路線

傳統(tǒng)的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程是學(xué)科導(dǎo)向的，它遵循專業(yè)設(shè)置按學(xué)科劃分的原則，教育模式傾向于解決確定的、線性的、靜止封閉問題的科學(xué)模式，知識結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識體系的系統(tǒng)性和完備性，教學(xué)設(shè)計(jì)更加注重學(xué)科的需要，而在一定程度上忽視了專業(yè)的需求。圖1是OBE理念下課程改革的路線圖，該圖描述了OBE體系下課程設(shè)計(jì)的原則和路線。從圖中可以看出，OBE教育遵循的是反向設(shè)計(jì)原則，其“反向”是相對于傳統(tǒng)教育的“正向”而言的。反向設(shè)計(jì)是從需求（包括內(nèi)部需求和外部需求）開始，由需求決定培養(yǎng)目標(biāo)，由培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求，再由畢業(yè)要求決定課程體系。正向設(shè)計(jì)是從課程體系開始，逆反向過程到畢業(yè)要求，到培養(yǎng)目標(biāo)，再到需求。然而，這時(shí)的需求一般只能滿足內(nèi)部需求，而不一定能滿足外部需求，因?yàn)樗墙逃慕Y(jié)果而不是教育的目標(biāo)。因此，傳統(tǒng)教育對國家、社會和行業(yè)、用人單位等外部需求只能“適應(yīng)”，而很難做到“滿足”。而OBE教育則不然，它是反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤@時(shí)“需求”既是起點(diǎn)又是終點(diǎn)，從而最大程度上保證了教育目標(biāo)與結(jié)果的一致性[3]。

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)應(yīng)以時(shí)下或未來自動化與控制工程對人才的需求目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生個(gè)人的內(nèi)在需求與期望制定課程目標(biāo)（如前述），從整個(gè)專業(yè)角度定義課程在課程體系中的位置，然后導(dǎo)出該課程的教學(xué)要求和教學(xué)內(nèi)容，最終通過多維的評價(jià)機(jī)制評價(jià)學(xué)生的產(chǎn)出情況，以是否達(dá)到需求作為課程終點(diǎn)，形成課程閉環(huán)。

三、OBE理念下的課程知識矩陣

傳統(tǒng)的工程教育體系中，《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程作為電子電氣及自動化專業(yè)的核心課程之一，強(qiáng)調(diào)知識體系的系統(tǒng)性和完備性，其內(nèi)容從硬件到軟件，從理論到實(shí)踐，從實(shí)驗(yàn)室到工程應(yīng)用等無所不包?？v觀學(xué)科專業(yè)的課程體系設(shè)置，《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程在整個(gè)知識體系中具有許多交叉重疊的地方，而在目前的知識傳授體系中各課程的教授都是各自為戰(zhàn)，上各門課的教師都是按教學(xué)大綱盡可能地把所有的知識點(diǎn)向?qū)W生傳授，交叉重疊的知識會被反復(fù)教授，占用了不應(yīng)占用的時(shí)間，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。OBE培養(yǎng)模式中，知識點(diǎn)在何處何時(shí)出現(xiàn)在構(gòu)建課程體系時(shí)就清晰明了，相同的知識點(diǎn)不會在不同的課程中反復(fù)傳授，各課程或各知識模塊的設(shè)置應(yīng)對需求產(chǎn)生貢獻(xiàn)，不產(chǎn)生貢獻(xiàn)的將被去除。這需對專業(yè)課程體系進(jìn)行重構(gòu)，并對知識矩陣進(jìn)行重新梳理?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程在OBE模式下也需對各知識模塊進(jìn)行重新匹配，構(gòu)建更加合理的知識矩陣[8，9]，這正是在目前傳統(tǒng)工程教育模式下所欠缺的。

中國高等教育正處于改革浪潮中，肇慶學(xué)院被認(rèn)定為應(yīng)用型本科高校，如何落實(shí)“應(yīng)用型”正是各高校要不斷探索和研究的課題。對于工科專業(yè)，加強(qiáng)學(xué)生的動手能力和實(shí)踐能力是教育改革方向之一。對于應(yīng)用型本科高校，縮減理論課時(shí)和大幅度增加實(shí)踐課時(shí)正是應(yīng)對策略之一。我校電氣專業(yè)的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》理論課時(shí)已由過去的45學(xué)時(shí)下降為28學(xué)時(shí)，實(shí)踐則由9學(xué)時(shí)增加到26學(xué)時(shí)。這極大地加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)要求理論授課更加精煉，知識點(diǎn)的把控更加精準(zhǔn)。這需對現(xiàn)有教材知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和凝煉，并研究各課程之間的關(guān)聯(lián)性。圖2體現(xiàn)了《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門綜合性相當(dāng)強(qiáng)的課程，它與PLC、單片機(jī)、DSP、微型計(jì)算機(jī)與接口、各種編程語言、自控原理等課程結(jié)合得都很緊密，許多編者為了課程的完備性和自成體系，在編寫教材的時(shí)候把其它課程的知識點(diǎn)都糅合進(jìn)該門課程中，致使教材內(nèi)容豐富多彩，也增加了授課難度。教師在選擇教材和授課內(nèi)容時(shí)要明確課程在整個(gè)專業(yè)體系中的位置和與其它課程的關(guān)聯(lián)度和重合度，重新梳理授課的知識矩陣，做到有的放矢。

表1是于海生編著的《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》教材內(nèi)容，該教材涵蓋內(nèi)容非常廣泛，并與其它課程內(nèi)容在知識點(diǎn)上有許多交叉重疊的地方，這些交叉重疊的內(nèi)容在授課時(shí)可以少講或不講，由學(xué)生自學(xué)或在其它課程中獲取。教師在授課時(shí)要重點(diǎn)把握以下幾個(gè)核心模塊：控制系統(tǒng)的硬件搭建（第二章）+控制器特別是PID控制器的連續(xù)化和離散化設(shè)計(jì)技術(shù)（第四章）+控制系統(tǒng)的組態(tài)和編程（第六章和第七章）+測控網(wǎng)絡(luò)的組建（第八章）。當(dāng)然編程能力主要由程序設(shè)計(jì)課程提供，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建根基在于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，本課程中給出了測控網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別和特色?？傊?，OBE理念下一切課程活動都是為了學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，因此依據(jù)不同內(nèi)容和其它課程的關(guān)系，表1給出了教授和學(xué)習(xí)策略，對課程知識進(jìn)行重構(gòu)。

四、OBE理念下的教學(xué)模式與評價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是一種“滿堂灌”和“填鴨式”的教學(xué)方法，這種教學(xué)方式抑制了學(xué)生主觀能動性的發(fā)展，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門實(shí)用性比較強(qiáng)的課程，在教授知識的過程中可以發(fā)展案例式教學(xué)方法、基于項(xiàng)目的教學(xué)方法、基于情景的教學(xué)方法、基于探究式的教學(xué)方法等。參加競賽也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程能力的一個(gè)重要途徑，現(xiàn)在不同層次的電子競賽比較多，學(xué)院層次、學(xué)校層次、市級、省級、國家級等，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與不同的學(xué)科競賽，在學(xué)中做、做中學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。積極創(chuàng)造條件，開拓企業(yè)渠道，把企業(yè)的課題引進(jìn)來，讓學(xué)生參與，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目工程觀。

目前，《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程的評價(jià)是任課教師根據(jù)“考試成績+平時(shí)表現(xiàn)+實(shí)驗(yàn)成績”進(jìn)行綜合評定，這種評價(jià)體系并不能完全體現(xiàn)出學(xué)生的綜合素質(zhì)。OBE理念中，對學(xué)生成績的評定是一個(gè)立體的過程，針對具體課程，研究符合課程性質(zhì)的立體評價(jià)體系也是課程改革的任務(wù)和目標(biāo)之一。這種立體評價(jià)體系包括教師的評價(jià)、學(xué)生的自評、社會的評價(jià)、用人單位的評價(jià)、基于項(xiàng)目的評價(jià)、基于競賽的評價(jià)等?，F(xiàn)在世界上，包括我國在內(nèi)，對工程教育正在發(fā)展國際工程認(rèn)證，由第三方機(jī)構(gòu)對學(xué)生的課程進(jìn)行考核認(rèn)證，這是對同一課程實(shí)現(xiàn)全省、全國乃至全球互通的一個(gè)良好途徑。

五、結(jié)束語

當(dāng)今世界處于一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，各種新技術(shù)新工藝新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，社會對人才也在不斷提出新的需求，特別是對工程技術(shù)人才，需求的更新速度更快。我校作為應(yīng)用型本科高校，高等教育的改革一直在進(jìn)行。最近幾年，培養(yǎng)方案做了幾次調(diào)整，課程體系也重構(gòu)了幾次。最新一期培養(yǎng)方案對于實(shí)踐教學(xué)提出了很高的要求，增加了大量的課時(shí)。遺撼的是，新的培養(yǎng)方案并不是基于OBE理念的，我校只有少數(shù)課程和少數(shù)教師有意識地引進(jìn)OBE理念?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程作為電氣專業(yè)培養(yǎng)方案中的一個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)成，只有整個(gè)培養(yǎng)方案都處于OBE理念下才能更好地體現(xiàn)改革成效。衷心希望我校對OBE理念進(jìn)行大量研究，特別是工程專業(yè)，并以此為鍥機(jī)，實(shí)行工程教育改革，提升教學(xué)質(zhì)量。

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