基于OBE的“測試技術”課程進程式評價的研究與實踐

賈民平　胡建中　彭英

摘要：人才培養往往存在注重教師“教”而忽視學生“學”的成效，對學生能力評價手段單一，綜合檢查手段不足等問題。本文通過期中、期末考試及多次測驗、課程項目設計等，構成“多回路”閉環控制系統，變終結性評價為進程式評價，利于學生能力達成，保障人才培養質量。

關鍵詞：OBE；進程式；監控

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）30-0141-03

面向成效的教育模式（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[1]。美國學者斯派帝撰寫的《基于產出的教育模式：爭議與答案》一書中對此模式進行了深入研究。該書把OBE定義為“清晰地聚焦和組織教育系統，使之圍繞確保學生在未來生活中獲得實質性成功的經驗”。西澳大利亞教育部門把OBE定義為：“基于實現學生特定學習產出的教育過程。教育結構和課程被視為手段而非目的。如果它們無法為培養學生特定能力做出貢獻，它們就要被重建。學生產出驅動教育系統運行。”[2]工程教育專業認證是目前工科人才培養的一個重要導向，其面向成效的教育取向、以學生為中心的教育理念和持續改進的質量文化引領當前工程教育改革[3-6]。對于一門課程來說，落實面向成效教學模式的最基本也是最核心的是以學生為中心，教學內容根據學生的期望而設計，對學生學習過程采用進程式評估方式，保證學生能力的達成。當前，大多數課程采用的以教師為中心的教學方式，且大多采用僅有期末考試的考核模式，造成教師在教學過程中難以掌握學生的學習狀況，學生也難以清楚自己的學習成效，致使學習不深入、知識掌握欠扎實、成績難以真實反映學生的學習情況。因此，深入研究面向成效的教學模式，以進程式評估方式促進課程教學改革是有重要意義的。

一、構建測控課程體系，建設優質課程資源

現代機械設備已不是一個單純的機械產品，而是由機電液一體化的集成產品，測試和控制技術的發展對機械制造模式產生了深刻的影響，同時，現代機械制造模式也對測試和控制技術提出了更高的要求。測試和控制是密不可分的，在基礎理論部分，共同涉及物理系統建模、時頻域分析等，在實現階段又是相互牽制，測試是控制的必要環節，而控制中的穩定性等概念又指導測試。以往把課程分割開來講授，多有重復，學生學習不連貫。通過多年實踐整合，依托20多年的教學積累，緊扣機械工程對學生知識、能力需求的變化，課程組不斷調整機械工程測試與控制技術知識傳授體系，優化課程教學內容結構，構筑了全新的“機械工程測試與控制技術”課程新體系，提出了“測控系統基本理論+數學描述+性能分析+系統設計”多層次、系統化的課程體系。明確與“控制工程”課程的關系、內容相互銜接等，出版了講義《機械工程測試與控制技術》。關于《機械工程測試與控制技術》的“測試技術”部分，近10多年參與建設了國家級實驗教學示范中心“東南大學機電綜合工程訓練中心”，主編了《測試技術》（高等教育出版社出版）一書，并入選國家“十五”、“十一五”和“十二五”規劃教材；針對本課程教學內容難以理解、電信號難以想象、密切聯系實際等特點，課程組與東北大學聯合承擔并完成了教育部新世紀網絡課程“機械工程測試技術”的建設，完成“機械工程測試與控制技術”網絡課程的建設，為學生提供了多方位、立體化學習資源，并于2006年獲批國家精品課程“機械工程測試與控制技術”。

二、以OBE為導向，加強課程內涵建設

針對講授的“機械工程測試與控制技術II”這門32學時的課程，綜合考慮課程已有基礎、實施條件及項目實施時間等，著重進行課程的進程式評估方面的改革。近幾年主要工作如下：

1.建設國家級精品資源共享課。“機械工程測試與控制技術”在2006年獲批為國家精品課程后，于2013年被列為國家級精品資源共享課建設項目，通過進一步改進授課錄像質量，補充課程案例、增設項目設計等基于OBE理念的內容，于2016年獲批為國家級精品資源共享課稱號。

2.出版十二五規劃教材《測試技術》。在該書的修訂過程中，為了體現OBE理念，在國內首創增加了課程項目設計內容，期望學生通過3個逐成遞進的項目設計培養學生的自學能力、實驗動手能力、分析問題與解決問題能力，以及寫作能力。同時，在國內首創給出了實驗指導原則，明確了本課程實驗的最基本要求。給出了4個基本實驗要求：（1）傳感器特性實驗；（2）測試儀器動態特性測定實驗；（3）動態信號檢測及其分析實驗；（4）應變、應力的測量。由于實驗和實驗設備密切相關，各學校的實驗設備不盡相同，為保證課程的教學效果給出了本課程的指導性實驗建議。各學校可以根據情況增加實驗項目和實驗內容，以進一步拓寬學生的知識面、增強學生的動手能力和分析解決問題的能力。該書于2016年8月由高等教育出版社正式出版，為國家級“十二五”規劃教材。

3.基于OBE的課程建設。（1）進一步明確本課程的培養目標及與專業培養能力的關系；本課程主要講解機械工程動態測試中常用的傳感器、信號調理電路及記錄儀器的工作原理，測量裝置基本特性的評價方法，測試信號的分析與處理，以及常見物理量的測量方法等。根據科學技術的發展以及對工程教育理念的深入了解，進一步明確課程目標與專業培養學生能力的關系，明確課程的定位，便于更好落實與實施。該課程大綱被學校作為模板在2015級培養計劃中推廣。（2）通過專題研討、項目設計等形式，實現課程教學中理論與實踐的結合、課內與課外的結合。提升了學生對本課程的學習興趣，同時增強了學生的動手能力。（3）改進課程考核方式，探索少學時（32學時）課程的多方位、多模式考核方法，使老師和學生能夠根據進程了解學生學習情況，實現進程式評估。創建了課程“多回路”閉環監控體系，強化多種形式的階段性評價，及時掌握“教”與“學”信息，改進教學提高課程教學目標達成度（圖2）。具體如下：（1）改一卷定終身式考核模式，增加期中考試（課外學時）及隨堂測驗。（2）增加研討型、案例型學時比例。（3）增加探究性學習環節（課外學時），在現有項目設計基礎上，改進并增設多個項目設計，根據授課進程不同階段進行不同的項目設計，增加相關知識點的學習與掌握。（4）增加學生論文寫作環節，根據項目設計內容的實施情況要求學生根據科研論文要求撰寫論文，鍛煉學生發現問題、解決問題以及分析總結能力。

同時，制定了項目設計的成績評定標準，規范化成績評定。表1為項目設計評分標準。

項目設計案例：在機械測試與控制技術II中，增加探究性學習環節（課外學時），增設多個項目設計，圍繞課程講授的動態信號采集、分析與處理的基本原理與方法進行，通過信號仿真、聲或振動信號的采集與深入分析，使得學生加深對本課程的理解與掌握。具體包括以下三個部分內容：

1.信號仿真、采集與分析處理，熟悉信號的采樣及分析過程。要求學生分析討論：（1）設置不同的采樣頻率，畫出時域波形和傅里葉變換后的幅頻譜圖，并驗證采樣定理；（2）分析采樣頻率、采樣長度（采樣點數）與頻率分辨率的關系；（3）不同幅值的噪聲（即不同信噪比）對信號時域分析和頻域分析的影響；（4）信號加不同窗函數對頻譜泄漏的影響；（5）整周期采樣對頻譜分析的影響。

2.語音信號采集、分析，通過實際采集信號對本課程有更好的直觀感覺和理解，并學習語音辨別方法。要求學生用計算機采集語音信號，并討論：（1）了解APE、MP3、WMA等音頻格式文件的采樣頻率及其對音質的影響；（2）對于人的講話聲音采樣頻率至少為多少？（3）不同人講話聲音的時域、頻域分別有什么特點？根據你的分析，對聲音信號通過怎樣的分析可以用來識別某個人？（4）要使他人不易識別你的講話聲音，該怎么處理？

3.實際機器振動、噪聲信號的分析及故障診斷，所學知識直接應用在工業現場。要求學生分析討論：（1）如何設定采樣頻率和采樣點數，給出頻譜分辨率；（2）進一步掌握整周期采樣的機理及其實現方法；（3）了解旋轉機械常見故障及其診斷方法；（4）拓展信號分析處理方法，如：頻譜細化、希爾伯特包絡譜分析、經驗模式分解、小波變換等。

這種“理論加仿真—實采語音分析—工業現場應用”模式有效增加了學生的學習興趣，提高了學習效率和學習成效。并且，增加學生論文寫作環節，根據項目設計內容的實施情況要求學生根據科研論文要求撰寫論文，鍛煉學生發現問題、解決問題以及分析總結能力。

在基于OBE理念下課程進程式考核逐步推廣實施，取得一定成效。近2年課程的成績分布見如下表2。

由上表課件，課程的成績分布較為合理，較好地實現了進程式考核目標。

學生反饋：“02011414鎖*：本次項目設計以本學期的測試技術課程為背景，針對信號的采集、分析與處理進行實驗。首先進行動態信號仿真、采集與分析處理，其次是基于計算機的聲音信號的采集與分析，最后是機械運行數據分析與處理。本次項目設計立足于課本，旨在解決一些生產實踐中的問題。這三個項目設計步步深入，越來越接近于生產實踐。在實驗中運用了測試技術課程的相關知識，借助優秀的數值計算軟件Matlab，基于傅里葉變換對采集信號進行處理分析。通過本次實踐應當了解不同類型聲音信號的時域、頻域特征及初步辨識方法，分析轉子實驗臺運行數據，給出檢修意見。”

三、結論

基于以成果為導向OBE建設了課程，經過2年多的實踐，本項目取得如下經驗：

1.通過實施基于OBE理念的進程式考核模式，探索了少課時課程（32學時）實施多種方式、多方位考核學生能力的方式方法，實現進程式評估。

2.通過增設課程項目設計環節，提高學生綜合運用所學知識進行設計、測控、分析、總結等的能力，學會分析問題、解決問題。

參考文獻：

[1][美]安東尼·伍維克.創新從頭開始——成果導向式創新法[M].洪懿妍，譯.北京：中國財政經濟出版社，2007.

[2]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）：27-37.

[3]李光梅.成果導向教育理論及其應用[J].教育評論，2007，（1）：51-54.

[4]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015，（2）：10-19.

[5]Washington Accord [EB/OL].http：//www.ieagreements.org/accords/washington/

[6]中國工程教育認證協會[EB/OL].http：//www.ceeaa.org.cn/.