基于OBE理念的能源開發概論課程教學模式改革探索

李永亮，楊寶貴，王兆會

（中國礦業大學（北京）能源與礦業學院，北京 100083）

能源開發概論課程是中國礦業大學（北京）面向全校本科生的通識教育導學類必修課，也是該校的特色課程之一。作為能源與礦業類的知名高等學府，設置該課程的目的是讓學生深刻認識我國能源開發與利用現狀，了解常規能源（主要包括煤炭、石油和天然氣等）與新型能源（太陽能、風能、海洋能等）開發的基本概念和關鍵技術[1]。為學生后續相關專業課程學習，以及在能源與礦業領域繼續深造或工作奠定堅實基礎，同時拓寬學生的視野，促進學科交叉融合。該課程設置課堂講授環節和實踐教學環節，其中課堂講授環節是以教師為中心，采用多媒體課件給學生講解不同類型能源的特點與關鍵的開發技術，實踐教學環節是課堂教學環節的重要補充，可加深學生對課程知識的了解，能夠更容易識記不同種類能源開發過程中所涉及的技術與裝備。目前的教學模式并沒有把課堂講授環節與實踐教學環節二者的協同教學作用發揮出來，導致學生上課積極性不高，集體參與度低，教學效果不理想，與設置該課程的預期目標有一定差距。

OBE（Outcome based education）是一種以學生學習成果為導向的教育理念，由Spady在1981年率先提出，該教學理念強調從教師為中心向以學生中心轉變。經過多年的發展，已成為美國、英國和加拿大等國家教育改革的主流理念。近年來，OBE教學理念逐漸受到我國各大高校的重視[2-4]。根據能源開發概論課程教學模式目前存在的一些問題，可在OBE教學理念的指導下，進行教學模式的改革與探索。以課程設置目標和學生學習成果為導向來設計教學策略，實現課堂講授環節和實踐教學環節的密切配合，增加課程的趣味性，進而激發學生的學習興趣。

1 目前存在的主要問題

（1）能源開發概論教學模式多是以教師為中心，教師通過多媒體課件講解各種能源開發的基本概念和相應的關鍵技術與裝備，而學生對于本課程的參與度不高，學生多為被動式聽講，對一些理論知識不能進行積極主動的思考，難以提高學生主動學習的能力，導致學生對該門課程的關注度下降與投入的課后學習時間。隨著課時講解的不斷深入，學生對于該課程的學習熱情逐漸降低，課堂氣氛較為沉悶，難以取得理想的教學效果。

（2）由于能源開發概論課程中涉及的能源種類較多，各種能源在開發過程中有時需要復雜的系統與多種多樣的裝備[5]。對于一些非能源類專業的學生而言，由于缺乏有效的輔助教學手段和方法，不能很好地建立起相應的立體空間概念，尤其涉及復雜地下工程系統的能源開發。例如，常規能源中的煤炭開發，一些學生不能形成各種井巷工程的立體空間布置關系，對煤炭開發中的基本概念和技術裝備的認識較為模糊，讓學生覺得相關知識晦澀難懂，造成課堂氣氛不夠活躍，不利于知識的有效傳播。

（3）理論教學過程中缺乏本課程所蘊含的思想政治教育元素。能源是整個世界發展和經濟增長的最基本驅動力，亦是人類社會賴以生存和發展的基礎，在國民經濟發展中具有極其重要的地位。隨著人類社會對能源需求的增加，能源安全逐漸與政治、經濟安全緊密聯系在一起。在能源開發領域，為實現國家的能源安全，有大批杰出的科技工作者和英雄人物，蘊含了大量的思政元素。因此，在該課程講授過程中要更多地融入思政元素，樹立榜樣力量，重視國家的能源安全。

（4）課程實踐教學環節是課堂講授環節的重要補充，有助于加深課堂講授中難點與重點的理解。目前實踐教學環節的安排較為單一，主要是參觀能源開發模型實驗室。雖然可加深對部分知識的理解，但是模型實驗室所展示的能源開發場景不夠系統與全面，且所涉及的能源種類有限，學生也不能夠根據自己的興趣愛好進行相應的模擬操作，對能源開發關鍵技術與裝備的理解還不夠深入和全面。

（5）課程作業相對單一，由于每名學生的題目都一樣，可能會導致部分學生自己不查閱資料，而是學生之間相互借鑒，久而久之會造成學生的惰性思維，缺失創新理念。單一的作業模式不利于提高學生主動學習的能力，也不利于學生對理論教學中難點與重點的掌握，不能滿足課程設置的目標。

2 教學模式改革措施

2.1 建立翻轉課堂，發揮學生的主觀能動性

為了激發學生的主動學習能力，建立翻轉課堂[6]。根據能源開發的種類，讓學生從常規能源與新能源中任選一種作為授課主體，通過課后查閱文獻資料，讓學生自己準備課件，講述該類能源的過去、現在和將來，即主要分享能源開發的歷史、能源的開發利用現狀、以及未來的主要創新技術與裝備；同時還要結合自己所學專業，分析在未來能源開發利用中能做哪些工作，而其余學生要積極參與主講學生的授課與討論。

2.2 加入科普視頻與動畫教學，增強學生的專注度

當能源開發涉及復雜的系統與裝備時，可適當增加一些科普的短視頻，幫助學生建立起三維立體概念，培養學生的空間思維能力，讓學生能夠對能源開發各個系統進行準確的辨識。同時增加一些與課程知識相關的有趣動畫，通過動畫再現能源開發的主要生產過程和關鍵的技術與裝備，讓學生能夠輕松理解晦澀難懂的知識點。通過增加的科普視頻和有趣的動畫，進而提高課堂講授的趣味性，增強學生的專注度。

2.3 教學過程融入思政元素，培養學生愛崗敬業精神

尋求能源開發概論課程中所蘊含的思想政治教育元素，并融合到課堂教授環節。當涉及具體的能源開發時，可講解一些對該能源技術開發進步做出卓越貢獻的科技工作者，融入思政元素，樹立榜樣的力量。例如，講解到煤炭開發時，可分享礦山壓力理論奠基人錢鳴高院士的科研工作事跡；當講解到石油開發時，可分享鐵人王進喜的先進事跡；講解到核能開發時，可分享“兩彈元勛”鄧稼先的奮斗事跡……讓每一名學生牢固樹立國家能源危機意識，為國家未來新能源的開發與技術改造升級儲備人才，進而培養學生的愛崗敬業精神與高尚的道德情操。

2.4 模型實驗與虛擬仿真實驗共同支撐實踐教學，激發學生學習興趣

在實踐教學環節，在參觀能源開發模型實驗室的基礎上，增加虛擬仿真實驗室實踐。首先讓學生參觀模型實驗室，了解能源開發的基本場景與逼真的開發裝備模型，讓學生對整個能源開發系統有個宏觀的認識。然后進行虛擬仿真實驗室實踐，通過能源開發系統的全景透視展示和生產過程的虛擬再現，以及學生的沉浸式漫游，提高學生對能源開發整個系統的理解和認識，進而激發學生的學習興趣。

2.5 課程作業采用團隊模式，培養學生的團隊協作精神與動手能力

能源開發概論課程結束后，除了有試卷考核之外，增加課程設計作業，課程設計作業由4～6人的團隊協作完成。采用開放型的題目類型，從所學的常規能源與新型能源中任選一種，在其開發系統或裝備中任意選擇一個方面進行模型設計，提高學生的動手設計能力。在考試前一周，進行課程設計作品比賽，團隊成員要對設計的作品進行講解，課程作業成績包括設計的作品與講解兩個部分，給予相應的總成績，并將課程作業成績納入課程的最終成績。鼓勵獲得優秀設計作品的團隊參與一年一度的采礦實踐作品大賽。

3 應用實例與效果

將能源開發概論課程改革后的教學模式應用于筆者所教授的班級，所在班級學生為計算機專業背景。在課堂講授過程中引導學生關注信息技術在能源開發中的作用，未來能源的發展必然是智能化與無人化，離不開計算機專業方面的人才，鼓勵他們學科交叉，將來積極投身國家的能源開發事業。翻轉課堂環節，設置有煤炭、石油、地熱能、太陽能、風能和海洋能，共6種能源的知識講解環節，學生可自由選擇1種，準備10min以內的PPT，隨機抽取學生與大家分享并討論。在實踐教學環節，采用模型實驗與虛擬仿真實驗相結合的模式，將教學中的難點與重點進行虛擬仿真再現，強化學生對理論教學內容的理解和掌握。設置4人組的課程設計作業團隊，進行設計作品的講解，并對課程作業成績做出合理的評判。

通過課后調查，所有的學生都認為能源開發概論課程豐富且有趣，翻轉課堂極大提高了學生的主動學習能力；課堂講授與實踐教學的有機結合，尤其是結合虛擬現實技術的能源開發系統的沉浸式漫游學習，給大家留下了深刻的印象，使學生不僅學習到了我國能源開發利用現狀，也深刻認識了能源開發過程中的各個系統和關鍵的技術與裝備，拓展了自己的視野；課程設計作業團隊協作，不僅鍛煉了學生的動手能力，更重要的是培養了學生的團隊協作精神。結合班級學生的計算機專業背景，大部分學生將來準備在能源行業領域繼續學習和深造，立志從事智能化與無人化的能源開發行業。能源開發概論課程采用新的教學模式后，提高了學生的積極主動學習能力和動手能力，培養了學生的愛崗敬業精神和團隊協作精神，有效激發了學生對該門課程的學習興趣，取得了良好的教學效果。

4 結語

能源開發概論課程是面向全校本科生的通識教育必修課，讓學生深刻了解我國能源開發利用現狀，對學生后續相關專業課程學習、拓寬學術視野和促進學科間交叉融合具有重要意義。為了進一步提高教學效果，充分發揮學生的主動學習能力，本文以OBE教學理念為指導，重點分析了目前教學中存在的一些問題，主要通過建立翻轉課堂，發揮學生的主觀能動性；加入科普視頻與動畫教學，增強學生的專注度；教學過程融入思政元素，培養學生愛崗敬業精神；模型實驗與虛擬仿真實驗共同支撐實踐教學，激發學生學習興趣；課程作業采用團隊協作模式，培養學生的團隊協作精神與動手能力，進行教學模式改革探索，進一步完善本課程的課堂講授環節與實踐教學環節。應用案例表明取得了理想的教學效果，新的教學模式與以學生為中心的OBE教學理念較為契合，為類似課程的教學模式改革提供了有益的借鑒和參考。