基于OBE 理念應用型本科院校“控制工程理論”課程的教學改革*

邱媛媛 ，賀少鵬 ，鳳 超 ，宋喜艷 ，王偉軍 ，張 鵬

（新疆理工學院，新疆 阿克蘇 843100）

0 引言

OBE（Outcome Based Education）理念作為成果導向教育理念，注重學生通過教育能夠獲得什么能力或成果，明確學習的目的和意義，幫助學生取得想要的能力或成果。我國作為國際本科工程學位互認協會《華盛頓協議》的正式成員，積極向國內各高校推廣成果導向的教育模式，力求實現國家本科教學質量的提高[1]。在新工科建設方案提出的背景下，OBE 教育理念進一步為高校工科專業的工程人才培養和課程教學指明了方向，成為我國教育行業教學改革的重要指導理念[2]。OBE 理念關鍵性內容包括三方面，以學生為中心、以成果為導向和以持續促發展，旨在培養學生的學習主觀能動性、目標成果的獲得感和持續終身學習的意識。

隨著社會科學技術的進步，自動控制技術得到迅速發展，并廣泛應用于工農業生產、交通運輸、國防事業、航天航空等各個領域[3-4]。“控制工程理論”是一門針對機械工程專業的專業基礎課程，主要學習如何使用經典控制理論方法解決機械工程領域中廣義系統的動力學問題。課題組將探討應用型本科院校背景下基于OBE 理念的“控制工程理論”課程教學改革，分析“控制工程理論”課程特點及現存問題，提出基于OBE 理念的課程教學設計和考核方式，探索課程成果導向的教學模式，以提升教學效果。

1 課程特點與現存問題

1.1 課程特點

“控制工程理論”是高校針對機械專業開設的重要專業課程，具有理論性強、知識點難、綜合性強的特點，主要介紹經典控制理論如何解決廣義系統動力學問題[5]，可為后續開設專業課程的學習和工程實踐應用打下基礎。控制工程理論作為一種唯物辯證的方法論，注重研究機械工程系統中信息的傳遞、交互與反饋，要求學生掌握控制理論基本原理和方法，并能促進學生邏輯思維的啟發和鍛煉。

“控制工程理論”課程具有理論性強、知識點難、綜合性強的特點，同時兼有課程設置學時少、課程內容多的情況[6]。課程涉及的基礎課程較多，主要包括“高等數學”“復變函數”“理論力學”“電工電子技術”等。該課程需要學生具備較為扎實的基礎課程知識，以輕松解決課程面對的問題，如進行數學公式推理與計算、分析控制系統建立數學模型、進行控制系統的性能分析等。課程學習內容明確且邏輯思路清晰，主要學習控制工程理論基礎概念知識，以及控制系統的數學模型建立、時域分析、頻域分析、穩定性分析和校正與設計等[7]，通過教學培養學生應對機械工程系統動力學問題的科學分析思維和解決問題的能力。

1.2 課程現存問題

1）課程理論性強，傳統“滿堂灌”教學模式教學效果差。“控制工程理論”課程知識理論性強，綜合性強，涉及多門課程知識，對于基礎課程知識的掌握要求高。課程教學采用傳統“滿堂灌”教學模式，以理論知識為主，內容抽象且數學推導計算多，學生普遍學習興趣不高，缺乏以學生為中心的本位思想，教學質量和學習效果均不理想。

2）課程內容多，但學時設置緊張。由于課程內容多且涉及多門基礎課程知識，需要為相關基礎課程知識進行答疑，增加了授課難度，導致教師難有時間精力將理論知識同工程實踐相聯系，未對學生進行必要的拓展和延伸。因此，培養的多數學生缺乏科學邏輯思維、創新思維、知識遷移能力、問題解決能力和終身學習意識，難以達到新工科人才培養的目標。

3）學生存在個體差異，難以因材施教。傳統的“滿堂灌”教學方式和存在時滯性的書面作業均無法及時客觀真實反映學生的個體差異，無法實現因材施教和個性化教學，導致更多學生失去課程的學習興趣。

2 基于OBE理念的課程教學設計

2.1 基于OBE理念的課程教學目標

OBE 教育理念注重以成果為導向，以學生為中心，以持續促發展，其教學目標可歸納為知識目標、能力目標和素質目標三方面[8-9]。立足于新工科建設對于工科專業人才培養的目標，緊密聯系OBE 教育理念，“控制工程理論”課程教學目標如表1所示。

表1 基于OBE 理念的“控制工程理論”課程教學目標

2.2 基于OBE理念的課程教學模式

傳統課程教學模式，采取“滿堂灌”的方式，將理論知識傳授于學生，忽略了專業人才培養方案中的畢業指標，即畢業生應達到的專業水平與能力。在新工科建設的大背景下，運用成果導向教育理念進行反向課程教學設計和正向課程教學實施，開展有效的教學成果評價和人才反饋調研，以持續性改進人才培養質量[10]。為高質量實現基于OBE 理念的課程教學目標，線上線下混合式教學模式應運而生[9]。基于OBE理念的“控制工程理論”課程線上線下混合式教學模式如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的線上線下混合式課程教學模式

基于課程教學目標和線上線下混合式教學模式，教師需要在開課前做好網絡教學資源建設，將教學資料高度完善，包括教案、授課計劃、講稿等，結合人才培養方案和課程教學目標梳理課程的教學內容，明確課程的重難點內容，可將教學內容的重點部分進行微課錄制或者尋找合適的微課資源，建立課程的在線課外閱讀資源庫和課程思政庫，為課程匹配合適的案例分析、討論題以及習題等制作在線題庫，實現課程教學資源信息化設計[11]。

教師將借助網絡平臺提前發布課前預習任務，可安排課程學習委員協助教師開展督導工作，通過QQ群通知學生及時開展預習任務，學生接收任務消息后認真開展預習任務。待預習任務結束后，教師及時查看平臺反饋的學生課前預習的學習情況，重新梳理課程教學內容的重難點和教學組織設計，增設學生疑難問題的相關案例，以提高課程的教學效率并促進學生對課程知識的理解與掌握。在線下課程教學過程中，充分利用好現代教學工具，教師對課前預習情況進行點評，結合案例思考題和討論題引導學生進行小組討論，對學生討論結果進行歸納總結并引入新課學習。教師結合工程實際案例講授課程知識，可借助線上學習平臺進行課上的習題測試，可組織學生開展相應小組討論，學生應認真聽講、主動思考、積極討論和理性總結。課程結束后，教師需要梳理本課教學內容，并對課程知識進行歸納總結，布置學生需要完成的線上任務與線下作業，學生則認真完成任務與作業。

2.3 基于OBE理念的課程教學實施

下面以“控制工程理論”課程第一章緒論為例講述基于OBE 理念的課程教學實施。通過靈活多樣的教學方法和教學手段，激發學生學習的積極性，培養學生分析與解決問題的能力。“控制工程理論”課程緒論部分主要教學內容與課程目標如表2所示。

表2 “控制工程理論”緒論部分教學內容與課程目標

2.3.1 課前預習階段

教師通過網絡在線學習平臺發布學生的課前預習學習任務，包括學習課程學習資源、獨立完成思考題和開展小組討論等。課程學習資源主要包括課程教學課件、課程視頻資源和課程課外閱讀。其中，課程視頻資源主要來源于國家精品課程或985、211 院校課程，包括控制理論的發展及概述、控制系統的定義及工作原理和控制系統的組成及控制要求。課程課外閱讀資料將實現課程思政內容的融合，主要為介紹控制理論在中國古代的早期應用和典型代表指南車的工作原理及控制思想。設置思考題，包括機械工程控制理論的研究對象和任務問題，以及控制理論在機械工程領域中的應用問題。小組討論內容為控制系統的工作原理、組成、分類與基本要求，要求學生積極討論并歸納總結，線下課將進行小組匯報。

2.3.2 課中學習階段

通過在線學習平臺的學情反饋，教師掌握學生反映的疑難問題，主要為控制系統的工作原理和組成。首先，課上進行課前預習學習情況的點評，通過多媒體展示本次預習成績。其次，通過課外閱讀，引入對學生的課程思政教育，引導學生樹立民族自豪感和四個自信，培養創新思維和團結協作的能力；對布置的思考題目進行回答，點評同學們存在的共性問題，開始引入課程的學習；設置典型的液位控制系統和恒溫控制系統，講解系統的基本概念、工作原理和組成，邀請各小組進行匯報和補充，通過線上學習平臺設置測試習題，要求學生進行課堂在線答題，以檢驗學生學習質量，教師對答題情況進行點評。最后，教師對本堂課進行教學小結，幫助學生掌握課程內容體系和知識重難點。

2.3.3 課后作業階段

課后階段，教師將結合學生課前預習學習情況和課上在線答題情況，科學合理布置課后作業任務，主要包括思考題、案例分析和課外閱讀等。

3 基于OBE理念的課程考核方式

傳統教學評價注重期末考試卷面成績，以此成績評價學生課程總體學習表現是不全面、不客觀的，而對學生進行課程學習評價應采用全面、科學的過程性課程考核方式。根據過程性學習評價數據，教師可及時全面掌握學生課程預習、知識掌握與遷移運用以及課后作業等情況，從而及時調整授課方式和進度。基于OBE 理念的多元課程考核方式如圖2所示。

圖2 基于OBE理念的多元課程考核方式

對于多元化的過程性課程考核方式，旨在激發學生學習主觀能動性，減少了期末筆試成績的比例，相應增設了課前預習成績、互動討論成績、實驗成績、分組報告成績等。課程考核成績由平時成績、期末筆試成績、實驗成績和分組報告成績構成。其中，平時成績，包括課前預習成績、課堂出勤、課堂互動討論成績及課后作業成績等；期末筆試成績，主要考核學生對課程基本理論知識的掌握與運用，并設置最新工程實際案例，考核學生的知識遷移能力和發散性思維，以實現新工科人才培養目標；實驗成績，將從實驗方案分析、實驗結果正確性以及實驗報告完成情況等方面對學生進行評價考核；分組報告成績，根據確定的實際案例，對工程需求問題設計控制方案，分組報告提交，鼓勵設計方法的多樣性和創造性，以培養學生的團結協作意識與創新思維。

4 結語

綜上所述，在新工科建設的大背景下，利用OBE理念開展“控制工程理論”課程教學改革，其課程教學設計和課程考核方式體現了“以學生為中心，以成果為導向”的教育理念，充分培養學生的專業素質與能力，科學提升教學的質量與效率，能夠更好地實現應用型本科院校專業人才培養目標和課程目標。