基于OBE的燃料電池專業課程設計與實踐

刁 宏

(1.南昌理工學院教務處,江西 南昌 330013;2.博仁大學中文國際學院,泰國 曼谷 10210)

發展清潔的可再生新能源十分重要。燃料電池以燃料和氧氣作為主要原料,直接將化學能轉化為電能,由于跳過了熱機過程,能量轉化效率較高,且反應清潔、完全,產生的有害物質很少,具有廣闊的發展前景[1]。

培養具有燃料電池基礎知識且具備較強研發能力的人才,對于燃料電池的發展具有重要的意義。燃料電池專業課程屬于能源交叉學科,涉及能源化學、傳熱學、機械設計、電學等多個學科,目前在教學內容等方面存在不少問題,無法適應行業和產業發展的需求。只有科學地設計課程,才能提升教學質量,取得實效。

成果導向教育(OBE)理念“以學生為中心”,改變以教師輸出為主的教育方式,以學生能力培養為主要目的。本文作者在OBE 理念指導下,對燃料電池專業課程設計進行探索。

1 燃料電池專業教學現狀與原因分析

1.1 教學目標不夠明確清晰

教學目標是課程教學實施的最終方向及預期的結果。教學目標確定了兩個方向:①教師對學生學習效果的期望,為整個課程教學確定了基本的方向;②課程教學任務的評價標準。目前,燃料電池專業課程的教學目標不明確,導致教學方向較為籠統,僅教授了教材中的內容,未明確重要的知識點和關鍵技能,導致學生在課程結束時,往往未能搭建起清楚的知識框架,也未真正掌握重要的知識點和關鍵技能。教學內容未能與行業需要的技能緊密聯系,學生缺乏學習動力及行業認知。

1.2 教學內容不夠全面

教學內容是實現教學目標的重要基礎。燃料電池專業課程的教學內容主要包括兩部分:理論知識和基本技能。目前的教學中,絕大部分教師僅依據教材開展教學工作,教學內容與教學目標之間缺乏緊密的聯系,使教學內容無法支撐教學目標。部分教師已意識到此問題,但由于日常教學任務較重,無法騰出更多的時間和精力來完善教學內容。另外,教材的更新不及時,導致內容與同行業脫節,學生畢業后很難將所學知識融入實際工作中,影響職業發展。

1.3 對學生分析不足,未能因材施教

每個學生都有各自的特征,沒有適用于所有班級和學生的萬能教學方法,因此需要對學習者的特征進行精準科學的分析。燃料電池專業課程知識點偏多,且涉及到多個學科,學生之間的學習進度和掌握程度存在差異。認知準備狀態、學習準備狀態和教學模式是影響學生學習成效的重要因素。大部分教師在教學過程中往往只從自身的角度去教授知識,忽視了學習者的特征,對所有的學生采取相同的教學模式,有些學生無法跟上進度,整體教學效果不佳。

1.4 教學評價體系不夠科學合理

傳統的教學評價方式以考試為主,不夠科學合理。燃料電池專業課程增設了不少新式評價標準,如課前測評、小組討論、組間互評等等,但多流于形式,評價結果未能用于改進課程內容和教學方式[2]。此外,僅以期中期末考試為主的評價方式,導致部分學生平時不努力學習,僅在考試前突擊看書,依靠僥幸通過考試,所學的知識通常只是短期記憶,掌握得并不牢固,影響后續的知識拓展,無法實現教學目標。

2 OBE 理念的內涵與意義

2.1 OBE 理念的內涵

成果導向教育(OBE)是20世紀90年代出現的一種教育理念,教育模式主要基于學習產出來構建[3]。該理念鼓勵學生通過學習活動獲得成果,并圍繞這一中心思想展開教育活動,教學成果不僅是學生的課業成績,還包括學生掌握的能力。傳統教學中,學生處于被動學習的狀態,知識的傳授往往是單向,學生缺乏自主性,學習的效果不佳。OBE 理念的核心在于以學生為中心。OBE 著眼于學生的多方面發展,偏重培養學生的創新創造能力,一切教育活動、教學內容設計等都需圍繞著學生的預期學習成果展開。近年來,OBE 逐步成為教育研究的熱點,并在實踐中取得了一些成果[4]。

2.2 OBE 理念的意義

OBE 理念能夠對燃料電池專業課程設計具有一定的啟發,意義主要體現在以下幾個方面。

2.2.1 明晰人才培養目標

高校教育的主要目的在于幫助學生掌握某項技術,使學生具備基礎職業能力,以滿足社會發展的需求[5]。在實際教學過程中,培養目標的描述過于寬泛,不太契合社會對人才的需求。將OBE 理念融入課程教學中,有助于明晰人才培養目標,以社會需求為導向開展課程和教學路徑設計。

2.2.2 明確教學與學習目標

OBE 理念中,無論是教師還是學生都有明確的教學和學習目標,并充分體現在學生的學習成果上。燃料電池專業課程涉及多個學科,不但基礎理論知識龐雜,還要進行充分的實踐操作。在傳統教學中,學生往往被動接受知識。OBE 理念強調學生是學習的主體,教師則扮演引導者的角色[6],通過與學生相互協作,完成教學過程,達到預期的學習成果。

2.2.3 豐富教學內容

傳統教學模式中,教師多基于教材的編寫順序來教學,其中部分知識點與實際生產生活相去甚遠。這些內容加重了學生的學習負擔,教學效果也不佳。在OBE 理念下,教學內容要求與學習目標和成果相對應,教學內容更貼近行業,能夠讓學生用有限的時間和精力掌握重要的知識和技能。

2.2.4 多元化教學方法和評價方式

傳統教學方式以講授為主,而OBE 理念提倡多元化的互動式教學,促進學生從被動學習轉向主動學習,提升學習積極性。教學方式多元化后,教學評價方式也隨之改變,不再簡單地以課業成績作為主要評價依據。評價內容擴展至學科表現、職業道德、實踐動手能力、協作精神和創新能力等方面[7];評價形式從教師主評擴展為學生自我評價、小組評價、組間評價等。這不僅能從多個方面幫助學生發現自身問題,也有助于教師更全面客觀地了解學生,提升教學效果。

3 基于OBE 理念燃料電池專業課程設計

3.1 教學目標設計

燃料電池專業課程教學方式以OBE 理念為指導、教師為主導、學生為主體進行,將學校、產學、模擬與實踐相結合,旨在夯實學生的專業理論知識,提升學生的實踐技術水平。讓學生從基礎知識開始學起,通過實驗操作、項目計劃、產品研發、執行管理、成果展示等環節進行培訓,貫徹培養具有燃料電池基礎知識且具備較強研發能力的人才的培養目標。

3.2 課程內容設計

燃料電池專業課程基于OBE 理念對教學內容進行優化設計,教學內容將根據學習目標、能力培養進行劃分,制訂相應的教學目標與教學環節。知識目標主要是讓學生掌握燃料電池的基本定義、分類、工作原理以及在不同工業領域中的具體應用,教學環節包括傳統的授課、小組討論、課后作業、案例分析和實驗操作等。能力目標主要培養學生對燃料電池材料、性能等性質的分析能力,以及能夠解決復雜工程應用問題的能力,教學環節包括案例分析、小組討論、實踐調研、文獻檢索、論文和答辯等。

結合教學目標和教學內容,分課前、課堂和課后等3 個階段進行教學內容設計,具體設計如下。

①課前階段:預習+文獻調研+現場測驗

課程開始之前,通過簡單介紹課程大綱、教學計劃和教學內容,讓學生對這門課程有較為全面的認識。每次課前將下節課的相關資料和素材發給學生,供學生預習。每次課前預先確定一個重要的知識點,要求學生圍繞這個知識點開展文獻調研,撰寫調研報告,準備課堂上的交流匯報。最后利用信息技術,安排小測驗,以了解學生預習時知識的掌握情況,有助于教師及時調整授課內容和深入程度。

②課堂階段:案例分析+小組討論+實驗操作

課堂中,教師對實際問題采用引導式的教學方式,對重點、難點的內容進行詳解,根據課前測驗的結果,有針對性地對學生尚未掌握的知識點進行深入剖析,并將最新的研究成果融入授課中,使學生能及時了解前沿技術。圍繞一些重要的知識點,開展小組討論,提高學生學習的主觀能動性,并通過一些實驗操作來鞏固理論知識,提高動手能力。③課后階段:論文+實踐調研+課后測驗+校企合作

根據課程的教學進展,合理安排課外實踐調研活動,鼓勵學生運用學過的專業知識來解決實際問題。同時,以實際工程應用案例作為學生的論文主題,提升學生文獻檢索的能力,培養學生解決實際工程問題的本領。通過課后測驗,了解學生知識的掌握程度,有助于教師后續教學內容的調整。

學校在教學中可依托自身的資源,如燃料電池研究實驗室,也可與企業合作,建立聯合實驗室。企業可向學校投入資源,助力研究成果的轉化應用,學校實驗室也可直面行業的需求和痛點,有側重地進行教學。還可考慮建立創新人才培養實踐基地,安排學生到企業的工廠車間實地感知一線的需求,以便更好地學以致用,找到自己的發展空間。

3.3 課程設計評價與成效

基于OBE 理念,優化設計評價指標與方式,見表1。

表1 課程評價指標與方式Table 1 Curriculum evaluation indexes and methods

實施基于OBE 理念的教學模式,可提高學生學習的積極性和能動性,學生成為學習的主體,從被動學習轉變為主動學習。將理論知識與實踐操作結合,使學生更積極地參與到學習與解決實際問題的過程中,不僅可鞏固理論知識,也可鍛煉實踐動手能力,學習的目的性更強。小組討論、實踐調研、文獻搜索、論文和答辯等環節的訓練,使學生運用理論知識解決實際問題的能力得到提升,綜合素質也得到提高。

應用OBE 理念優化教學內容和評價方式,教學效果可實現多元化評價,教師可及時掌握學生的學習狀態、掌握程度、學習進度及難點,調整教學內容和方法,提升教學質量。

4 結論

社會對具有基礎知識且具備較強研發能力的復合型人才的需求增加,專業課程的教學日益受到重視,提升教學質量成為學校和教師追求的目標。

為更好地提升教學質量,教學活動應以學生為中心,以成果為導向。將OBE 理念貫穿到燃料電池專業課程設計中,科學合理地設計教學內容,優化評價方式,可獲得較好的實施效果,不僅提高了學生學習的主觀能動性,也提升了學生的綜合素質,改善了教學質量。