基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式在研究生課程教學中的創新與實踐

王順宏 雷剛 李杰 潘樂飛 趙久奮

摘? 要：文章針對研究生“飛行動力學與制導”課程特點，著眼提高自學能力和科研創新能力，引入基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式改革。該創新模式將課程內容設置為目標明確且具有相互關聯的研究課題，以完成課程項目研究報告撰寫牽引課程教學。實施過程評價與結果評價相結合，激發了研究生學習潛能，提高了教學效益，為高校研究生課程教學改革提供了有益借鑒。

關鍵詞：OBE;科研驅動式;教學模式

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）05-0013-05

Abstract： According to the postgraduate courses characteristics of "flight dynamics and guidance"， this paper focuses on improving the ability of self-study and scientific research innovation， and introduces a team-based scientific research driven teaching mode based on "OBE" idea. The innovation teaching mode sets the course contents as several research projects with clear objectives and mutual correlation， so as to drive course teaching through complete the course projects research reporter.Through combining the implementation process evaluation and result evaluation， it stimulated the learning potential of graduate students， improved the teaching efficiency， and provided a useful reference for the reform of graduate course teaching incolleges and universities.

Keywords： OBE; scientific research driven; teaching mode

一、緒論

錢偉長院士曾經說過：“大學必須拆除教學與科研之間的高墻，教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育、沒有靈魂的教育。”因此必須將教學與學生科研能力的培養結合起來，這一點對于研究生教學尤其重要。我校“飛行動力學與制導”課程是大學在新一輪研究生學科專業調整后航空宇航科學與技術學科新設立的一門專業基礎課程，其主要課程內容整合原先“飛行器再入動力學與制導”“導引技術”“高超聲速飛行器動力學與控制”等課程的部分內容，內容體系涵蓋飛行動力學與制導方向主要專業課內容，因此提高該課程的教學效果對本學科方向研究生培養質量有重要作用。

該課程集中運用了飛行器原理、空氣動力學、制導與控制原理等航空航天類課程的基礎理論和其他先修課程，信息量大，涉及面廣，公式多而復雜。目前該類課程的授課大多秉承傳統授課方式，使用固定教材，采用講授為主，結合少量實驗和習題，對學習效果的考核評價亦多采用“平時成績”+“期終考試”的模式，用這種考核評價模式對教學目標是否達到進行檢驗，也僅停留在表面，即只能考查對基本原理、概念和方法的掌握，而不能對學生通過該課程的學習，學術科研能力提高進行考核，多年的教學經驗已經表明，學生雖然在考試中得到及格甚至良好的成績，但由于缺乏實踐操作和動手能力的培養，那些突擊學到的知識在短時間內就很快被遺忘。

OBE（Outcome Based Education）是世界一流大學普遍采用的教學模式，它在提高教學質量和課程評價方面的有效性已經過長期實踐和證明， OBE教學模式的理念在于“教”與“學”雙方在開始就必須非常清楚地明確該課程的ILOS（Intended Learning Outcomes，即預期學習成果），要根據學生的需求和ILOS的標準來設計所有的教學過程。

考慮到研究生基礎理論相對扎實、課程安排相對靈活，方便開展小班教學和一對一指導，且背負科研學術論文發表壓力，對科研學術能力提高期望較高，學習主動性較高等現實狀況，因此教學組在研究生課程“飛行動力學與制導”課程教學中采用了基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式，致力將教學過程由傳統的理論教學轉變為“在研究中學習、在學習中研究”的科研攻關過程，同時改變考核評價模式，取消理論考試，將根據學生在整個課程學習過程中的表現來評定其成績，包括學員在完成知識點對應項目設計、過程問題研討、結果報告答辯等過程中的表現，以及課程研究報告、推導數學模型、仿真計算軟件等文檔整理撰寫質量均納入考核評價范圍，以改變學生“重成績、輕過程”“重知識、輕能力”“重細節、輕系統”等現象，提高了研究生課程教學效果，為我校研究生課程教學改革提供了有益創新改革與運用借鑒。

二、基于OBE理念教學模式運用基本思路和方法

（一）基本思路

通過借鑒OBE教學理念，結合教學組多年的教學科研實踐，在研究生課程“飛行動力學與制導”中采用基于團隊科研驅動式的課程教學模式改革探索，實施教研結合的教學方式。該模式將課程內容設計成一系列前后關聯的研究項目，研究生學員通過完成課程研究項目，既能很好地掌握該課程標準規定的教學內容，又在教學過程中培養了科研思維，提高了科研動手能力和學術水平，教學效益得到最大程度的發揮。

（二）主要方法

1. 改革教學內容，將課程內容項目化，項目內容涵蓋課程主要知識點和內容

實踐中將“飛行動力學與制導”課程分解為以下相互關聯的研究項目，通過內容的模塊化、分層次、漸進式設計，由淺入深、層層遞進，完整包含課程全部內容：飛行動力學的基礎知識、火箭飛行的力學環境、空間運動方程的建立、自由段彈道特性分析、運動特性分析與彈道設計、攝動與顯式制導方法、再入制導方法、彈道設計（追蹤法、平行接近法、比例導引）、高超音速滑翔。

2. 改進教學方式，以課程項目研究報告撰寫牽引課程教學

將傳統課后思考習題、課程設計等融入項目研究內容，采取仿真實驗、答辯研討、軟件開發等多種形式，建立學員參與綜合性、設計性強的項目研究平臺，實現“在研究中學習、在學習中研究”，培養學生從系統的觀點去分析和研究問題的習慣，最后上交研究報告，課程研究項目內容和研究報告通常包含以下內容：預期學習目標（老師設置）、項目產生背景（老師設置）、項目前序知識儲備（前序實驗、相關知識與理論基礎、基礎數據）、項目研究內容（教員設置）、項目研究方案及過程（學員完成）、項目實驗結果仿真分析（學員完成）、探索、思考與展望（學員完成）等內容。

3. 豐富教學手段，將指導撰寫研究報告和發表學術論文融入課程教學

在項目研究成果完成后，擇優選取部分具有創新性和開拓性的研究成果，老師引導學員對所完成研究項目進行理論總結和升華，指導學員按不同期刊要求撰寫并發表學術論文。由于項目完成后，已經具備完整理論模型與仿真數據，在仿真模型或仿真算法等方面加入改進和創新后，撰寫學術論文就水到渠成了。學生也因為可以完成學術論文發表任務，學習積極性和主動性也得到極大的激發與調動。

4. 改進考核模式，實施過程評價與結果評價相結合的全程考評模式

由于目前選修該課程研究生人數不多，僅有3-4名，因此將研究生以TEAM形式組成固定研究團隊，如果選修人數達到8-10名以上，則可以分成更多TEAM，每名學生以輪值的方式在研究項目組中擔任不同的角色，完成不同的研究任務。采取過程評價與結果評價相結合的方式展開。學員在獨立探究或協作學習中取得的階段性成果需要在課堂上進行匯報和交流，對結果的評價主要考察學員對知識和技能的掌握程度，在參考項目研究報告的基礎上，重點考察學員在項目完成過程中的表現。

（三）教改成果

根據近兩年來的研究生教學實踐，已經積累了10多項優秀課程研究項目，初步形成項目研究庫，經驗表明，每屆學生使用7-8個左右項目為載體，基本可以承載飛行動力學與制導課程（64學時）所包含的全部重點內容，老師可以根據每屆學生具體情況進行調整。通過教學組的指導，已在各類核心期刊和國際會議發表學術論文近10篇，達到了課程改革既定目標，在掌握課程內容的基礎上，錘煉和提高了學術科研能力，增加了學生就業適應能力。同時結合課程研究項目，積極鼓勵學有余力的學生參加各類競賽和學術活動。

案例1：“飛行的力學環境”部分設計的研究項目

利用馬格努斯原理實現對足球比賽中的香蕉球（圖1a）進行建模仿真，參加了全國研究生建模與仿真大賽，該題目在仿真建模過程中不僅需要考慮空氣的升力與阻力，還要考慮足球在旋轉過程中的進動、地球的引力等因素，是對課程力學基礎理論的現實運用，項目組通過艱苦努力，終于實現了比較滿意的仿真效果（圖1b），在比賽中也取得了優異的成績。該項課題的完成得益于多年來教學組一直堅持的基于“OBE”的教學理念在教學中的應用與創新。

案例2：在對平面位流理論進行仿真實踐的基礎上，創新性實踐其在無人機航路規劃中的應用

（1）平面位流理論的課程實踐

平面位流理論是研究流體運動規律與求解流場的基本原理，流函數與位函數的概念比較抽象，盡管教材都給出了典型位（流）函數的流動形式，但學生仍很難有更深切的領會。為達到更好的教學效果，同時激發學生的學習興趣與提高動手能力，在教學過程中增加了平面位流理論的Matlab課程設計環節。課程設計用到的Matlab主要函數有

ezplot（FUN2，[XMIN，XMAX，YMIN，YMAX]）? %繪制隱函數

[X，Y] = meshgrid（xgv，ygv） %格網化函數

contour（...，LineSpec） %等位線函數

該課程設計的公式比較復雜，編程實現也稍有難度，需要一定的Matlab編程基礎。程序仿真結果如圖2。

（2）基于位流理論的無人機路徑規劃仿真

運用《空氣動力學》知識，將點源模擬為起始點，將點匯模擬為目標點，偶極子模擬為威脅源，通過復勢疊加可得規劃空間總的流場如圖3。

三、課程改革的思考

基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式以學生的學習產出的最大化為目的，提倡課前預習，吃透項目研究內容，改變了傳統的“知識傳授+課后習題”的教學模式，可以有效克服傳統教學模式下研究生學員學習主動性目的性不強，考核促進學習的作用不明顯等問題，既很好地掌握了課程教學內容，又培養了科研思維，提高了科研動手能力，教學效益得到最大程度的發揮，將基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式引入“飛行動力學與制導”研究生課程，為基于OBE理念的教學模式改革帶來新的思路。

（一）豐富了教學內容和手段，提高教學效果和授課質量

老師如果完全按照教材的內容授課，照本宣科，學生雖然在一定程度上能夠掌握課程的基本原理和概念，但由于教材的編寫、出版有一定的周期，知識內容往往與最新的科技成果存在一定的差距，科研驅動式教學模式通過合理梳理研究項目，可以將相關課程所學分散的知識點組合成完整的知識體系，同時加入本學科方向急需研究的方向和內容，可以把最新的學科知識或軍事需求及時反映到教學中去，引導學生實現“在研究中學習、在學習中研究”，既豐富了教學內容與手段，同時也提高了教學效果和授課質量，起到“一箭雙雕”的作用。

（二）創新了傳統教學模式，激發和調動研究生研究性學習的積極性和主動性

傳統教學模式只注重知識的傳授，常常與工程實際聯系不緊密，難以調動激發學生的積極性和主動性，只能被動地參與教學，對相關問題的思考在深度和廣度上都很不夠，運用所學知識解決工程實際問題的能力訓練嚴重不足，本教學模式通過團隊項目研究的形式可以有效地激發和調動研究生自主學習和團隊協作意識。

（三）創新了考核評價模式，發掘研究生的科研潛力，確立其成長方向

處于研究生階段的學生雖然對人生發展規劃有了初步的設想，但大多數研究生對以后自我的發展方向還比較模糊，沒有明確的長遠規劃，究其原因主要是對自身的能力價值不能做出客觀的評價，個人的潛能還沒有得到最大程度的發掘。科研驅動式教學模式不僅可以培養研究生嚴謹求實的工作思維習慣，而且可幫助發掘其對科研學術的興趣，確立其后續職業發展方向和目標。

四、結束語

基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式在研究生課程教學中的創新與實踐立足研究生的教學特點，通過系統分析的方法，科學合理設置相互關聯的課程設計研究項目，以滿足設計的科研項目覆蓋主要教學內容和知識點，并結合學科前沿發展方向，設置相對開放性項目以提高學生的創新思維和動手能力，將項目作為載體，通過指導完成項目研究牽引課程教學，實現“在研究中學習、在學習中研究”的目的，將撰寫研究報告與發表論文融入課程評價體系，以激發學生的學習動力，實踐證明取得了非常好的教學效果，對于開展高校研究生專業課的教學有很強的借鑒意義。

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