基于OBE 理念的焊接專業基礎課教學模式探究

陳琪昊 周方明 陳書錦 黎文航

（江蘇科技大學材料科學與工程學院，江蘇 鎮江 212003）

0 引言

工程教育專業認證以成果導向教育理念（OBE）為核心，以人才培養質量為衡量標準，專業教育模式具有可執行、可評價及持續改進等特點。在目前“雙一流”高校及學科建設的背景下，培養一流人才是最終目標。OBE 理念為一流人才的培養提供了切實可行的理論，為一流人才培養保駕護航。OBE 理念作為工程教育專業認證的核心理念明確提出了12 條畢業要求[1]，12 條畢業要求與高校培養目標融為一體，高校結合自己的特色，依照12 條畢業要求制訂符合學校培養特色的培養方案。 高校對12 條畢業要求進行指標點分解，落實到相應課程及實踐環節。 課程目標支撐各指標點，指標點支撐畢業要求，畢業要求支撐培養目標，環環相扣[2]。 因此，12 條畢業要求的達成與高校培養目標的達成是相同的。 如果指標點分解的清晰、準確、可執行性強，各培養環節聯系就會更加緊密，更加有利于培養目標的達成。 工程教育專業認證為一流人才培養創建了標準模式，通用性強，執行工程教育專業認證標準，有利于高校有更高質量的人才產出，培養出更加優秀的人才。

工程教育專業認證實施之前，傳統的授課模式主要以“知識講解”為主，對學生的所學及所獲不夠重視，相反更加注重評價教師教的效果。 具體上課模式如下：教師根據教學大綱制定授課內容，圍繞相關知識點設計教案，授課過程中圍繞本節課的知識點生硬地進行理論講解，以“理論”講“理論”，以把知識點講清楚為核心。師生交流或者學生參與課堂的途徑主要為回答問題，授課質量評價通常以同行評價或學生評教方式進行。 因此，原有的授課模式存在以下一些缺點：①未以學生為中心，學生通過課堂僅學到了理論知識，而綜合能力未得到提高；②授課內容脫離工程問題，理論性較強；③學生參與不夠，未從課堂學習中得到最大程度的鍛煉與提高

傳統授課模式與一流人才培養目標存在矛盾，傳統的授課模式已經不適宜并且不滿足工程教育專業認證的標準，迫切需要對授課模式進行改革創新。 針對此問題，筆者所在課程教學團隊基于OBE 理念對授課模式進行了改革和創新，努力構建“兩性一度”的金課模式，淘汰水課，培養學生具有解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維，培養一流人才。

1 傳統教學模式分析

焊接專業不僅培養專業性焊接人才，更需要培養綜合性人才，培養能滿足社會發展需求，具有良好的人文素養與品德修養、較強的焊接技術與工程基本理論和專業技能，富有創新精神、工程實踐能力強，具備較強自學能力、交流與團隊合作能力，德智體美勞全面發展的高級工程技術人才。學生畢業后可在航空、航天、船舶、海工、汽車、機械、核電等行業從事焊接工程結構分析、工藝設計與評定、焊接材料、焊接裝備及自動化等方面的科學研究、技術開發、生產與質量管理方面的工作，成為社會主義合格建設者和可靠接班人[3]。

專業基礎課程在學生培養過程具有獨特的作用，專業基礎課連接通識教育基礎課和專業課程，具有承上啟下的作用，學好學科專業基礎課是學好學科專業科的前提和關鍵。 學科專業基礎課通常覆蓋面較廣，旨在為學生較好的接受專業知識做好鋪墊。

本教學團隊所在高校的焊接專業基礎課程體系如圖1 所示。 本校的焊接專業基礎課程可分為6 大類、13 門課程，分別為材料類、物理化學類、工程機械類、電學器件類、專業導論類及企業管理類，不同類包含不同的課程，可以看出專業基礎課覆蓋了幾乎人才培養過程中所有可能涉及的方向，對人才培養具有重要的作用。

圖1 焊接專業基礎課程體系

從圖1 中可以看出，除專業導論課外，大部分專業基礎課程理論性均較強，如材料科學基礎、材料力學性能、傳熱與傳輸原理、工程圖學及功率器件及控制技術等。 學生在學習這些課程時，通常感覺內容枯燥，甚至難以理解。學習這類理論性較強的課程，學生通常知其然，卻不知所以然，僅能記住或者理解表象，對深層次的知識理解不夠，這就導致學生在解決實際問題時不能學以致用，無法將所學到的知識用于解決實際問題。

新時代如何打造具有“兩性一度”標準的金課是課程建設的目標，課程建設要符合OBE 理念，要符合培養一流人才的目標。 專業基礎課具有它本身的特點，如何設計專業基礎的授課模式。 使學生通過課程學習后真正達到課程目標是亟待解決的問題。因此就需對傳統專業基礎課的授課模式所存在的問題進行剖析，進而在傳統教學模式的基礎上進行改革和創新，以達到“兩性一度”標準的金課要求。

通過對傳統教學模式的教學效果進行評估，發現主要存在以下問題：學生參與課堂的程度不夠，課程內容脫離實際工程問題，授課教師僅講解理論知識，學生利用理論知識解決實際問題的能力卻未得到提高；應試教育明顯，考試試題過于理論化，學生往往通過死記硬背即可通過考試，未能對學生分析和解決復雜工程問題的能力進行客觀衡量，如表1 所示。

表1 傳統教學模式存在問題

針對傳統授課模式存在的突出問題，進行課程改革，具體改革方向如下：①對授課環節進行改革，目的是使學生更多地參與到課程之中，進行師生互動，在課堂中培養和鍛煉學生的綜合能力；②課程內容緊緊圍繞復雜工程問題，提高學生分析和解決復雜工程問題的能力；③對課程考核方式進行改革，試題能全面客觀考核學生的綜合能力，更加注重學生分析和解決實際問題的能力。

2 教學改革具體內容

授課模式及內容設計是決定課程質量的關鍵，沒有合理的授課內容規劃，就無法達到理想的授課目標。 為了達到工程教育認證所規定的標準，本教學團隊對傳統授課模式進行針對性的改革，將OBE 理念融入課程教學之中，使學生們更多、更主動地參與到課程學習之中。 焊接專業基礎課具有相同的特點，授課模式具有一定的通用性。 因此，本文以焊接專業基礎課《功率器件及控制技術》為例，對課程教學改革內容進行具體說明。主要對教學環節及課程考核進行了改革，具體包括五方面改革內容。改革后，教學內容更加豐富，通過引入工程問題作為教學案例、使用先進教學工具、翻轉課堂、小組討論、教師總結及完善課程考核等措施，賦予課程高階性、創新性及挑戰度。

2.1 以工程問題為學習導向，提高學生解決復雜工程問題的能力

創新是我國國力發展的主要動力，解決實際工程問題并能突破傳統進行創新是人才價值的最大化。高校是人才孵化器，具有分析和解決復雜工程問題的能力是本科教育的一個重要目標[4]，是衡量學生進入社會后能否成為一流人才的一項標準。

《功率器件及控制技術》課程是一門理論和實踐性較強的課程，本課程具有較強的實用性。 針對焊接專業，本課程主要內容主要是為焊接設備的研發和制造而服務的，焊接設備主要包括焊接電源，由于焊接電源質量直接決定產品的焊接質量，因此本課程具有重要的實際指導意義和價值。 國內外，弧焊電源具有較大的應用市場，弧焊電源的發展方向主要是數字化及信息化。目前，國產弧焊電源的品質還有待提高，還存在一些亟待解決的問題，如焊接電源的穩定性不佳。因此，在授課過程中，將弧焊電源目前存在的主要問題作為工程問題引入課程，使學生帶著問題進行學習，有目的地進行學習，學以致用，最后達到提高學生分析和解決實際工程問題的能力

工程問題提出途徑主要有以下兩種：①企業調研。授課教師圍繞課程內容前往國內主要焊接電源公司進行調研，了解弧焊電源目前存在的主要問題。 ②文獻調研。 學生利用“中國知網”及“web of science”等文獻檢索平臺對弧焊電源目前的研究現狀進行總結和分析，提出主要問題。 在總結問題的同時鍛煉學生們的文獻檢索能力。

2.2 建立教學實驗室，利用先進教學工具促進學生對知識的吸收

使用教學工具是實現教學目標的一項重要方法，利用教學工具的主要目的是對教學內容進行直觀的展示，促進學生對知識的理解和吸收。 教學工具可分為兩類：①基本教學工具，如教材、粉筆及投影儀等。此類教學工具是最基本的授課工具，為了保證授課能正常進行，教師必須使用這些基本教學工具，否則教學效果將大打折扣，基本的教學目標將很難實現。 ②輔助教學工具，如實物、多功能激光筆、擴音器等。 這些輔助教學工具不是必須使用的，但是輔助教學工具的使用將會大大改善授課效果，促進學生對知識的吸收和理解。 因此，先進的教學工具主要指先進的輔助教學工具，選擇并利用先進的輔助教學工具將會大大提高授課質量。

針對《功率器件及控制技術》課程，本團隊建立了相應的教學實驗室，實驗室中的實驗材料主要為本課程學習過程中涉及的主要功率器件，如二極管、三極管、IGBT 及MOSFET 等實物，另外還有簡單的整流電路、斬波電路及逆變電路，根據課堂學習內容，學生可進入實驗室進行針對性的實驗，輔助學生對相關知識的理解和吸收。 除建立教學實驗室之外，課堂授課過程中利用先進的教學工具進行教學，本授課團隊使用的先進教學工具如下：①真實電子元器件。 通過給同學們展示器件實物，學生們可以對相應器件有直觀的認識，結合實物標識，對器件參數和工作原理進行深層次的學習和掌握。學生如果不能利用課堂時間對所學器件原理理解，則可以利用課下時間進入實驗室學習，直到學懂弄通為止。實物教學和非實物教學（語言描述）兩種教學方法所得到的效果是明顯不同的，語言描述式教學使學生對電子元器件充滿了想象，當真正接觸到電子元器件時，學生可能對此元器件認識不夠，無法直接使用相應元器件進行相關實際應用。 ②仿真電路。利用電路仿真軟件如NI Multisim 對相關知識原理進行仿真，如對整流電路及逆變電路進行仿真，學生通過使用仿真軟件可以較好地理解整流及逆變原理，學習不再枯燥，更加具有趣味性和研究性。

針對先進教學工具使用后的授課效果對學生進行調查，被調查的學生總數為112 人，112 名同學全部參加了《功率器件及控制技術》課程的學習，調查結果如表2 所示，調查結果表明，90%以上學生認為利用先進教學工具有助于學生對知識的理解和吸收，學生更加喜歡這種授課模式。僅有少部分學生認為無關緊要，認為使用先進教學工具對學習效果無明顯影響，本團隊認為對于比較難理解的課程，先進教學工具的使用更加有利于課程目標的達成。

表2 教學工具對授課效果影響的學生評價結果

2.3 進行課堂翻轉，重新聚焦工程問題

授課教師根據課程學時，將學時合理劃分，課程學習流程如圖2 所示，首先利用一部分學時引出需要分析和解決的工程問題；其次，同學們利用課下時間以小組的形式對工程問題產生的原因進行分析，并結合本課程提出解決方案，課下學習時間不計入學時；課下學習完畢后，課上利用一部分學時，進行課堂翻轉，小組匯報各自的學習成果；再利用一部分學時，授課教師對各小組發言情況進行點評，并對核心知識進行總結和講解。

圖2 課程學習流程圖

通過翻轉課堂，學生和教師的角色互換，學生講，教師聽。 教師通過觀察，評價各小組中每位同學的學習和參與狀態，發現問題，并利用課下時間和相關同學進行談話，糾正其問題，幫助學生提高自我，幫助學生達成課程目標。 另外利用翻轉課堂，有助于提高學生的綜合能力，同時使學生利用知識語言描述和分析工程問題的能力得到提高。 學生們通過團隊學習，對專業問題進行有效溝通，提高交流協作的能力。 課堂翻轉是課程目標達成的一項重要措施，能否成功翻轉直接影響到課程目標能否順利達成。 因此，本環節對學生具有較高的要求，分析問題時絕不能停留在表面，能針對具體的對象建立模型，將知識和數學模型方法用于推演、分析專業工程問題，學以致用。

授人以魚不如授人以漁，方法論對學生的發展具有至關重要的作用[5]，因此授課過程中要不斷地強調“方法”的重要性，培養學生的科學思維能力，使學生們在分析問題時學會使用合理方法，從而實現相應目的，起到事半功倍的作用。

2.4 教師總結，凝練知識點，實現課程目標

通過翻轉課堂增加了學生學習的主動性，學生成為課堂的主要角色，通過小組討論交流及課堂講解，使每一位學生得到了最大程度的鍛煉。 然而，僅進行課堂翻轉是不足的，因為通過課堂翻轉僅能呈現學生對知識的認識和理解，學生對知識的理解和認識可能存在一定的片面性甚至不準確性，倘若授課教師不能及時糾正學生的錯位理解和認識，則將對學生的學習產生不良影響。 因此，在課堂翻轉之后還須進行授課教師總結，此時回歸到傳統的知識講授型授課模式，此環節對課程目標的達成也同樣具有關鍵性的影響，教師需要對學生的表現及相關知識點進行總結，使課程的質量得到升華。翻轉課堂過程中教師觀察學生的表現，發現每位學生存在的問題，在此環節，對學生存在的問題進行分析和評價，提出相應建議，使學生意識到自己的不足，根據建議提高改進。

此環節教師在總結過程中需要注意以下問題：

（1）注重強調分析方法的重要性，講授常用的問題分析方法。 在此環節，應告知學生根據課程目標及要研究的工程問題，設計研究路線，明確先做什么，后做什么。 只有方法恰當，才能高效地解決問題。

（2）針對各組學生解決問題的思路和方法，給出評價，提出存在問題，幫助學生提高分析及解決問題的能力。

（3）針對核心知識，授課教師要結合工程問題對關鍵性的知識進行具體講解，使學生掌握相關基礎理論，掌握課程知識點和難點。

基于以上三方面要求，設計相應本環節教學內容，確保課程目標的達成。

2.5 課程考核評價改革

課程考核的目的是合理并客觀評價學生的學習效果，對課程的持續改進具有重要的指導性作用。 本教學團隊提出了合理的課程考核評價原則，將能力性的表現作為課程考核的主要參考指標，能力性表現主要包括：提出工程問題的深度、邏輯分析能力及團隊合作溝通能力。由于非能力表現不能衡量學生的課程學習效果。 因此，不再將非能力的表現作為課程考核的參考指標，非能力表現主要包括：出勤率及課堂參與積極性等。 課程成績主要由兩部分組成：平時成績及期末考核成績。 平時成績構成主要包括：平時作業成績、回答問題成績及團隊合作溝通能力。 期末考核成績主要通過試卷考試進行衡量，根據課程目標制定相應的考試題目，考試題目應具有一定的深度和難度，打造金題，避免水題，通過試題全面考查學生分析及解決問題的能力，全面衡量學生的學習效果。

3 教學改革特色

傳統授課模式不注重成果產出，具有一定的單向性，學生通過課程學習是否達到了課程目標未知，與人才培養目標具有一定的矛盾性。針對焊接專業基礎課體系，對教學模式進行改革，提出通用“五步授課法”。 “五步授課法”具體流程圖如圖3 所示。

圖3 焊接專業基礎課“五步授課法”流程圖

通過“五步授課法”解決傳統授課模式存在的問題，真正發揮課程在人才培養過程中的基石作用，將課程與一流人才培養緊密結合。 與焊接專業基礎課的傳統教學模式相比，改進后的教學模式具有以下幾大特色：

（1）教學模式基于OBE 理念，以學生為中心，堅持成果導向，合理客觀進行考核評價，持續改進，不斷提高學生的綜合素質。

（2）打破傳統教學模式中“教為主，學為輔”的固有模式，提高學生在課堂中的參與度，真正融入課堂，完全由被動變為主動，成為課堂的主要角色，課堂的作用發揮最大化。 課堂不僅用于傳播知識，還為提高學生的綜合能力提供載體和條件。

（3）授課中引入實際工程問題，提高學生分析和解決復雜工程問題的能力，強化方法意識，提高學生學以致用的能力。

（4）授課環節涉及文獻檢索、軟件應用、方法選擇、方案設計、團隊合作、信息總結及思維訓練等方面，全方位提高學生的知識技能，幫助學生達成學習目標。

4 結語

本文以《功率器件及控制技術》課程為例，對焊接專業基礎課程授課模式進行改革和創新。相對于傳統教學模式，改革后的教學模式以OBE 理念為教育理念，堅持成果導向，持續改進，不斷優化，課程考核評價更加合理。 課程改革主要從五方面進行，覆蓋課程開始、中間及結束的全部環節，確保各環節發揮最大作用，確保學生在各環節收獲最大。 學生通過課程學習，得到全方位鍛煉與參與，分析和解決復雜工程問題的能力明顯增強，團隊合作能力提升，自身綜合素質得到明顯提高。