基于OBE教育理念的特殊開采課程改革與探索

劉世奇 張村 許延春 苗葳

摘? 要：特殊開采課程是一門面向采礦工程專業地下開采方向學生的專業必選課。針對該課程涉及學科廣泛，相關技術發展快，學生知識點難以掌握的特點，提出將OBE理念引入教育過程的方法，結合教育現代化信息技術進行課程的教學目標、教學內容、教學方法的改革，在教學實踐中進行積極探索。實踐表明，在課堂教學中取得了較好的效果，為工程類專業教學改革提供有益的經驗。

關鍵詞：教學創新;OBE;以學生為中心;互動式課堂

中圖分類號：G641 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0138-04

Abstract： Special Mining is a compulsory course for students majoring in underground mining engineering. In view of the characteristics of this course involving a wide range of subjects， fast development of relevant technology and difficult knowledge for students to master， the method of introducing OBE concept into the education process was proposed， and the reform of teaching objectives， teaching content and teaching methods were carried out in combination with the modern information technology of education， which was actively explored in teaching practice. The practice showed that good results have been obtained in classroom teaching， which provides beneficial experience for the teaching reform of engineering specialty.

Keywords： teaching innovation; OBE; student-centered; interactive classroom

OBE教育理念是本科工程教育國際互認協議——《華盛頓協議》[1]所推行的一種教育理念。該理念起源于上個世紀60年代，受到蘇聯率先成功發射普特尼克一號的反思，美國提出有別于當時重視“教學端輸入”的傳統教學理念，強調教學應以“學習端產出”的教學理念。在此理念指導下，教師事先為自己的課程設計預先設計學習成果，課程活動建立在協助學生達到預期目標上。以“學生能學到什么”為出發點，逆向設計課程教學內容，提出基于學生學習目標與教學內容相融合、學生學習過程與教學過程相融合的教學模式，注重培養學生的自主學習能力、創新和實踐能力，全面提升學生的素養。

隨著采礦工程專業建設的推進，國內各高校對專業知識體系與能力體系進行了積極的探索，國內外很多學者對此進行了深入的研究，提出了很多基于OBE理念的教學改革和探索[2-6]。其中有學者在實踐中提出該理念存在學習成果難以量化，限制學生知識探索等缺陷[7]，因此本文基于OBE教育理念的優點，結合教育現代化信息技術，對學生成果進行有效量化，在課外預習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓學生知識探索不止步于課堂，對特殊開采課堂教學具有重要意義。

一、課程改革與創新方案

基于OBE理念的特殊開采課程的改革策略，以教學目的、教學內容、教學手段和教學實踐四個方面展開，如圖1所示。在教學目的上，以學生應獲取的知識、具備的能力和素質為教學目標。教學內容上對教學大綱進行了優化，增加了實驗課時，提升了互動環節的課堂比例。同時，利用教育現代化信息技術教學手段，實現學生教學成果的量化。最后，學生在教學實踐中多次展開的案例討論，課后的創新訓練中獲得優化的成績評價，完成完整的教學活動閉環。

（一）教學目標

課程改革的思想是根據學生的學習成果來決定教學內容的，同時教學目標還要滿足培養方案對畢業要求的支撐。因此，課程從知識、能力和素質3個方面確定教學目標。

（1）知識方面：要求學生掌握基本概念、基本原理和基礎測量技術。了解巖層沉陷基礎理論、掌握建（構）筑物保護煤柱留設與壓煤開采基本技術、掌握覆巖破壞規律與水體下壓煤開采基本技術、掌握底板突水機理與承壓水體上開采基本技術、井筒煤柱開采與井壁破裂防治。

（2）能力方面：要求學生針對實際問題提出解決方案，學會應用相關技術和工具解決實際工程問題。如圖2所示，將概念圖與工程實際相結合，使學生掌握巖層移動規律及分帶特征，了解覆巖“上三帶”特征，學會“兩帶”發育高度預計基本方法與“上三帶”探測手段和基本方法。

（3）素質方面：在煤炭開采的成功事例和安全事故分析討論中培養學生的創新意識，提高其分析、發現、研究和解決問題的綜合素質。例如組織多次案例討論，以團隊的形式進行，一方面鍛煉學生查閱規范及相關資料的學習能力和協作能力，另一方面通過討論提高學生的主動溝通能力和表達能力，最終達到鍛煉學生思辨能力的目的。通過課外自主學習模式，提升學生自主學習和終身學習的意識。

（二）教學內容

根據以上教學目標，教學內容改革主要包括教學大綱優化，增加實驗課時，互動式課堂這幾個方面。

1. 教學大綱的優化

特殊開采課程設置初期，課程教學大綱中并未設置實驗課時，改革后的部分課程內容在改革前缺失。改革前課程主要以理論課堂灌輸為主，教學效果差。在持續改進過程中，優化了教學大綱，增設4課時實驗課時，分別分配在“巖層移動變形機理”（2課時，以觀摩為主）和“水體下開采”（2課時，以視頻觀摩和實操為主）。實驗課時的增加，不僅符合本門課程以應用為目的課程目標，同時符合多手段教學、“以學生為中心”的教學理念。此外，在新的教學大綱中，增設了“第七章 底板注漿加固防治技術”和“第五章 水體下采煤”中“微山湖下安全采煤”的2個經典案例，以課程負責人科研課題為背景，以案例分析的形式體現教學內容，增加了課程的趣味性和吸引力。

教學大綱改革前后對比見表1。

2. 增設實驗課時

增設實驗教學，提高學生操作技能。實驗教學的目的，除配合理論教學外，主要是培養學生動手能力和學習興趣，讓學生能利用開放實驗室熟悉儀器設備及實驗程序。學校逸夫樓設置有“采動損害”開放實驗室，可直接服務于本課程，實驗室配備采動損害模型、土工試驗儀和礦用專用測試儀器。學生實驗過程中的情況如圖3、圖4所示。

3. 互動式課堂

一堂課好比一場演出，會經歷暖場、高潮、救場、謝幕的過程。在課程教學過程中，充分學習相聲、小品、電影等藝術表演的鋪陳方式，從開始到結束分階段、分情況開展教學增加課程互動比例。比如，講到礦井突水三要素“水源、水量和涌水通道”時，可結合當下的疫情防控，把突水三要素與防疫的“控制病源、切斷傳播途徑、保護易感人群”相聯系，以疫情開啟“突水”教學，不僅增加學習樂趣，而且促進學生理解。

（三）教學手段

課程教學的持續改進過程中，采用可視化教學手段，不斷發展了利用模型、多媒體、虛擬仿真、“雨課堂”的教育教學手段和工具，通過增加教學手段，增強了直觀教學效果，培養學生學習興趣。

iLab虛擬仿真平臺是為豐富教學手段、激發學生的創新興趣而開發的在線教學平臺，以“礦山巖層移動及控制虛擬仿真實驗”為例，如圖5所示，該虛擬仿真實驗采用相似模擬實驗的方式，讓學生在線進行巖層移動的實驗，一方面加深學生對覆巖破壞及巖層移動機理、形式和規律的理解，提高了學生分析能力和專業技能，另一方面，通過預留接口的方式，滿足學生自主設計、創新項目的需求。

雨課堂將復雜的信息技術手段融入到PowerPoint和微信，在課外預習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。使用雨課堂，課堂上實時答題、彈幕互動，為傳統課堂教學師生互動提供了完美解決方案，如圖6所示。

疫情期間，課堂式教學受到阻礙，在不能實現現場講課的情況下，本課程結合課程特點，采用“騰訊會議+微信”的教學方式，配合iLab虛擬仿真平臺、雨課堂等教學手段，將工程結構、機構及有關機器設備展現在學生面前，增加感性認識，使學生將課程與工程背景聯系起來，從而能更好地培養學生解決工程實際問題的能力。直觀教學能使許多力學疑難問題迎刃而解，既可培養學生興趣，又可增強其學習的自信心。

（四）教學實踐

針對學生成果的量化，課程重新制定了教學評價體系。學生成績將進行多元化綜合判斷。基于OBE的教學理念，特殊開采課程考核方式由傳統的知識點考核方式轉變為以教學目的為重心的考核方式，遵循以下原則：

（1）全過程考核的原則，即從開始到結束，從課內到課外均進行考核。

（2）公開考核的原則，提前讓學生知道如何正確對待本課程考試，不為考試而考試的原則，即制定考試方法必須是為實現教學目的服務，而不是為了考試而考試。

（3）重能力、重素質的原則，即將學生能力的表現和素質的體現作為較大的權重系數在考核時加以考慮。

考核改革的具體方式體現在：

（1）閉卷考試改為開卷考試，引導學生不是死記硬背，而是理解運用。

（2）考核成績依據考勤、課堂作業、實驗報告和考試卷面成績的綜合判定，引導學生全過程學習。

（3）增加主觀題分數比例，發揮學生獨立思考的能力。

在教學實踐上，本課程調整培養理念，以培養學生“發現問題、解決問題、創新思維”能力為主要目標，因此在傳授學生基本理論、基本方法的基礎上，重點培養學生的實踐、創新能力;授課教師參與相應科研項目，了解最新國內外動態，并結合相關科研、國內外研究文獻，采用案例分析的方法，講解實際工程的重難點及與理論的差別，幫助學生積累工程經驗，如以荊各莊煤礦奧陶系灰巖突水淹井事故，與學生課堂討論事故原因及解決的方法;組織多次案例討論，在案例討論中按照團隊的形式進行，一方面鍛煉學生查閱規范及相關資料的學習能力和協作能力，另一方面通過討論提高學生的主動溝通能力和表達能力，最終達到鍛煉學生思辨能力的目的。

此外，本課程緊密結合采礦工程畢業設計內容，比如建筑物煤柱留設內容與畢業設計中的工業廣場選址、壓煤量計算和邊界煤柱留設緊密相關，在課程教授過程中，結合畢業設計案例展開。同時積極鼓勵同學參與采礦學科競賽、創新創業大賽等創新訓練賽事，挖掘學生學習潛力，提升學生解決實際問題的能力。

二、結束語

特殊開采屬于多學科交叉的應用型課程，存在教學難度大、教學效果難以保證等痛點問題;通過優化教學大綱與教材、持續改進教學方法、完善課程考核方式，實現了特殊開采課程“以學生為中心”和OBE的教學理念，利用雨課堂等教育現代化信息技術的優勢，量化學習成果，有效地克服OBE理念中產品定義過程的限制與缺陷，將學習從課堂延續到課后，大幅度提高了學生在教學活動中的參與度，增加了學生學習的深度與廣度;同時注重學生自主學習能力的培養，理論與實際相結合，在實驗與虛擬仿真中，提高了學生的動手能力與知識運用能力，對培養新時代能源人才的創新能力具有積極意義。

參考文獻：

[1]樊一陽，易靜怡.《華盛頓協議》對我國高等工程教育的啟示[J].中國高教研究，2014（8）：45-49.

[2]張源，萬志軍，嚴紅，等.基于OBE理念的采礦工程專業實驗教學體系構建[J].高教學刊，2020（10）：82-87.

[3]汪朝，聶興信，顧清華，等.基于OBE的采礦系統工程課程教學模式改革[J].教育現代化，2019，6（A4）：50-53.

[4]邵小平，趙兵朝，丁自偉，等.基于OBE教育理念的采礦工程專業課程教學改革實踐[J].教育現代化，2020，7（23）：19-22.

[5]孫偉，劉磊，王超，等.基于OBE理念的采礦工程專業教學質量提升探討[J].西部素質教育，2019，5（1）：194-195.

[6]梁利東，劉有余，王建彬.淺析工程教育專業認證成果導向理念的正向實施方法[J].中國教育技術裝備，2016（16）：87-88.

[7]Spady W. It's Time to End the Decade of Confusion About OBE in South Africa[J]. South African Journal of Science and Technology，2008，27（1）.

基金項目：國家自然科學基金科普專項“煤炭資源安全智能開采科普活動”（42042043）;中央高校基本科研業務費專項資金資助“煤層底板節理型構造災變機制及微震表征方法”（2021YQNY09）;中國礦業大學（北京）本科教育教學改革項目“生態文明建設背景下《礦山環境保護》課程教學內容升級與結構優化”（J211111）

作者簡介：劉世奇（1987-），男，漢族，河北衡水人，博士，講師，碩士研究生導師，研究方向為特殊開采技術研究與教學。