基于OBE教育理念的“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程教學(xué)改革與探索

孫瀾瀾

摘要：課程層面的教學(xué)改進(jìn)是與學(xué)生最貼近、最直接的教學(xué)質(zhì)量改進(jìn)。引入OBE教學(xué)理念，對“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程進(jìn)行了課程教學(xué)改革的研究與探索，從學(xué)生、教學(xué)模式以及教學(xué)評價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行學(xué)情分析，找準(zhǔn)教學(xué)痛點(diǎn)，圍繞教學(xué)目標(biāo)，對課程的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容以及課程評價(jià)方式進(jìn)行改進(jìn)，通過線上線下混合式教學(xué)、增設(shè)教研講壇、細(xì)化學(xué)生考核方案，健全課堂評價(jià)等方法，實(shí)現(xiàn)課程質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)與教學(xué)質(zhì)量的不斷提升。

關(guān)鍵詞：OBE；課堂教學(xué)改革；混合式教學(xué)；物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)

一、前言

2019年教育部發(fā)布了《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》（簡稱《意見》），《意見》中將全面提高課程質(zhì)量作為提升教學(xué)質(zhì)量的重要一環(huán)，要求著力打造一批國家級和省級“一流課程”“金課”[1]。這意味著本科教學(xué)改革的目光已經(jīng)向課堂教學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移[2]。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是典型的交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信等多個(gè)領(lǐng)域[3]。“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”是面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的必修課程，以實(shí)用工程案例為切入點(diǎn)展開教學(xué)，使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)控制理論基礎(chǔ)知識，具備對復(fù)雜控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)化的能力，能夠運(yùn)用所學(xué)知識，研究和解決物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，提升學(xué)生在多學(xué)科背景下的溝通、協(xié)作能力[4-5]。

“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程內(nèi)容具備多學(xué)科課程交叉、課程知識抽象復(fù)雜、實(shí)操要求高的特點(diǎn)。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍對理論知識接受度低、仿真能力弱、對課程不感興趣，教學(xué)改進(jìn)刻不容緩。

課堂教學(xué)是教師教的活動(dòng)與學(xué)生學(xué)的活動(dòng)的集合，提升課堂教學(xué)質(zhì)量的難點(diǎn)在于將兩類活動(dòng)有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長的良性循環(huán)。成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）是美國學(xué)者斯派蒂（Spady，William G）于20世紀(jì)70年代提出的一種教育哲學(xué)思想[6-7]，吸納了人本主義心理學(xué)、企業(yè)質(zhì)量管理等思想，逐漸形成了“以學(xué)生為中心”“注重結(jié)果導(dǎo)向”和“持續(xù)改進(jìn)”三大鮮明教育理念[8]。該教學(xué)理論在北美、歐洲等地區(qū)有很大的影響力[9]，為提升“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程教學(xué)質(zhì)量，采用OBE教育理念，對課程進(jìn)行教學(xué)改革與探索，經(jīng)過三輪教學(xué)，教學(xué)質(zhì)量有明顯提升。

二、課程特點(diǎn)與學(xué)情分析

（一）課程特點(diǎn)

“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程具有兩方面的特點(diǎn)。

1.多學(xué)科交叉，學(xué)習(xí)門檻高

需要學(xué)生具備扎實(shí)的“數(shù)字電路”“模擬電路”“信號與系統(tǒng)”“電子信號處理”等先行課知識。

2.理論知識密度大

課程涵蓋了經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制以及智能控制三大控制理論，涉及大量復(fù)變函數(shù)、模糊函數(shù)推導(dǎo)以及算法仿真，對學(xué)生的數(shù)學(xué)功底以及編程能力都有一定要求。

（二）學(xué)情分析

為能夠有針對性地對課程進(jìn)行教學(xué)改革，采用問卷調(diào)查的形式，從教學(xué)對象、教學(xué)模式、教學(xué)評價(jià)方式三個(gè)維度對課程教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行學(xué)情分析。

從教學(xué)對象看，課程在第五學(xué)期開設(shè)，該階段學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論功底較扎實(shí)，數(shù)學(xué)功底較強(qiáng)，具有一定獨(dú)立思考的能力和較強(qiáng)的求知欲，接受新鮮事物能力強(qiáng)。但學(xué)生對復(fù)變函數(shù)、模糊函數(shù)的掌握程度普遍較低，存在課堂上能聽懂，課后不會(huì)用的情況。

從課程教學(xué)模式看，主要采用以教師為主導(dǎo)的線下教學(xué)模式，基于教材脈絡(luò)進(jìn)行授課。授課過程中往往呈現(xiàn)“滿堂灌”的現(xiàn)象，未能凸顯學(xué)生主體地位，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)不積極主動(dòng)，教學(xué)質(zhì)量明顯下降。

從課程評價(jià)體系看，對學(xué)生和課程的評價(jià)方法較為單一。教學(xué)過程中，只重視靜態(tài)評價(jià)，對動(dòng)態(tài)、可視化、發(fā)展性評價(jià)的重視度不夠，缺少第三方評價(jià)，導(dǎo)致對學(xué)生、課程的評價(jià)均不全面、準(zhǔn)確，也無法為課程質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)提供準(zhǔn)確方向。

從上述分析可見，當(dāng)前教學(xué)中存在以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心的問題，學(xué)生的主體地位不能凸顯，評價(jià)不夠細(xì)化。

三、OBE理念下的課程目標(biāo)

OBE在實(shí)行過程中注重采用“強(qiáng)調(diào)頂峰成果、反向設(shè)計(jì)”的思路規(guī)劃培養(yǎng)方案。延安大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)自設(shè)立之初，就一直緊隨專業(yè)認(rèn)證腳步，按照三要素設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案時(shí)，將“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”定位為專業(yè)核心課程，在課程體系與畢業(yè)要求關(guān)系矩陣中，課程與工程知識、設(shè)計(jì)與開發(fā)解決方案、研究三個(gè)畢業(yè)要求呈現(xiàn)強(qiáng)支撐關(guān)系。根據(jù)培養(yǎng)方案，基于OBE理念，反向設(shè)計(jì)課程目標(biāo)。

課程目標(biāo)1（對應(yīng)畢業(yè)要求：工程知識）：掌握物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的基本概念，常見控制算法與改進(jìn)方法，能夠進(jìn)行控制系統(tǒng)分析、解釋與優(yōu)化、掌握常見控制裝置的工作原理與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)方法以及可靠性提升措施。

課程目標(biāo)2（對應(yīng)畢業(yè)要求：設(shè)計(jì)與開發(fā)解決方案）：能夠根據(jù)實(shí)際工程問題，選擇和采用控制理論方法，設(shè)計(jì)合理的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，做系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

課程目標(biāo)3（對應(yīng)畢業(yè)要求：科學(xué)研究）：形成以實(shí)踐檢驗(yàn)真理的唯物主義觀點(diǎn)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)、求真、勇于探索和創(chuàng)新的科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生科研興趣。

四、OBE理念下的課程教學(xué)改革

針對上述教學(xué)痛點(diǎn)，堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以結(jié)果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的OBE理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

1.教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，補(bǔ)齊短板

“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程專業(yè)性強(qiáng)，只有學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的復(fù)變函數(shù)、信號與系統(tǒng)基礎(chǔ)、電子電路等儲(chǔ)備知識，教師才能夠順利開展課程教學(xué)。課程原授課內(nèi)容分為課程導(dǎo)入篇、控制算法篇、設(shè)計(jì)與應(yīng)用篇三部分。為了做好課程知識的順利斜接，在課程導(dǎo)入篇后，加入工具箱載入篇，對重難點(diǎn)基礎(chǔ)知識進(jìn)行有的放矢的講解，補(bǔ)齊基礎(chǔ)知識，保證課程順利銜接，有力擊退學(xué)生恐懼心理，徹底解決公式推導(dǎo)課上看不懂、課下不會(huì)應(yīng)用的問題（見表1）。

2.結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)教研大講堂

為引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，激發(fā)其科研興趣，結(jié)合課程內(nèi)容創(chuàng)辦教研結(jié)合大講堂。該講壇一方面由教師主導(dǎo)，配合教學(xué)進(jìn)度，精選優(yōu)秀論文、最新科技知識，用通俗的語言給學(xué)生講解，擴(kuò)展學(xué)生視野。另一方面，以學(xué)生為主導(dǎo)，將學(xué)生分組，要求其根據(jù)興趣自行查找科研論文，并以小組形式匯報(bào)講解，在鍛煉科研思維與自主學(xué)習(xí)能力的同時(shí)，學(xué)生最大限度地參與到教研大講堂中，提升學(xué)生參與的積極性。

（二）教學(xué)形式的改革

授課形式從線下教學(xué)改為線上線下混合式教學(xué)，將節(jié)省出的線下教學(xué)時(shí)間，一部分用來搭建聚焦重難點(diǎn)知識精講、細(xì)講的互動(dòng)式課堂，另一部分提升學(xué)生的MATLAB仿真能力。

本次改革依托愛課堂平臺(tái)中西安理工大學(xué)劉丁科研團(tuán)隊(duì)的“自動(dòng)控制理論”精品課程，開展線上線下混合式教學(xué)，使學(xué)生自行完成線上學(xué)習(xí)，帶著思考進(jìn)入線下課堂的學(xué)習(xí)，進(jìn)而促成線下課堂形成問題導(dǎo)向授課方式，教師將更多的精力放在對重難點(diǎn)的講授上，形成有效的課堂互動(dòng)。

從學(xué)情分析看，學(xué)生在MATLAB仿真中存在短板，線上線下混合式教學(xué)可以幫助線下課程節(jié)約出一部分時(shí)間，從而在課堂上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的演示和講解，提升學(xué)生仿真能力。

（三）考核形式的改革

之前課程考核只含有對學(xué)生的考核評價(jià)，其中平時(shí)作業(yè)占比30%，期末考試占比70%。這種靜態(tài)的、以教師為主體的評價(jià)方式不能全面、立體地展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，更不利于全面評價(jià)課堂教學(xué)情況，形成有效教學(xué)反思與持續(xù)改進(jìn)。針對該問題，從對學(xué)生的評價(jià)、對課程的評價(jià)、對教師的評價(jià)三個(gè)方面建立了立體的教學(xué)評價(jià)體系。

對學(xué)生的評價(jià)體系中，降低考試、作業(yè)等靜態(tài)評價(jià)占比，提升動(dòng)態(tài)評價(jià)占比，具體考核占比分布見表2。

通過問卷調(diào)查收集學(xué)生對課堂質(zhì)量、授課教師的評價(jià)與建議，形成了立體的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)，評價(jià)結(jié)構(gòu)見表3，以便形成對課堂教學(xué)的反思、對教師教學(xué)的反思，最終推動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

五、教學(xué)改革效果

截至目前，課程改革已經(jīng)進(jìn)行了3輪，共涉及三個(gè)年級、163名學(xué)生，開課情況、調(diào)查問卷收發(fā)統(tǒng)計(jì)情況見表4。課程的各項(xiàng)目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)過三年的持續(xù)改革，三類課程目標(biāo)達(dá)成度均有明顯提升，其中課程目標(biāo)1達(dá)成度提升了8.82%，課程目標(biāo)2達(dá)成度提升了5.13%，課程目標(biāo)3達(dá)成度提升了3.53%（見圖1）。

六、結(jié)語

為提高“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程的質(zhì)量，依據(jù)OBE理念，對“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)”課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及考核評價(jià)方式三個(gè)方面進(jìn)行改革與探索。經(jīng)過三輪改進(jìn)，課程教學(xué)質(zhì)量明顯提升，各課程目標(biāo)達(dá)成度逐年提高。由此可見，基于“以學(xué)生為中心、以結(jié)果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的OBE理念，進(jìn)行課程改革探索是有益的，值得逐漸范式化，在其他課程的教改工作進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見[EB/OL].[2019-10-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html.

[2]張男星.以O(shè)BE理念推進(jìn)高校專業(yè)教育質(zhì)量提升[J].大學(xué)教育科學(xué)，2019（02）：11-13+122.

[3]王甜，李霄，李曉芳，等.新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)工程課程建設(shè)探索與實(shí)踐——以“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程為例[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（09）：151-155+158.

[4]郭斌，王柱，於志文，等.智能時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系改革探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（03）：124-129.

[5]陳俊彥，何倩，雷曉春，等.面向物聯(lián)網(wǎng)方向的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)方法探究[J].計(jì)算機(jī)教育，2024（03）：161-164.

[6]Maureen Tam，Outcomes-based approach to quality assessment and curriculum improvement in higher education[J].Quality Assurance in Education，2014，22 （02）：158-168.

[7]夏歡歡，Hamish Coates.“雙一流”建設(shè)背景下高校內(nèi)部人才培養(yǎng)和評價(jià)體系研究——以美國哥倫比亞大學(xué)教育學(xué)院為例[J].中國高教研究，2019（03）：12-17.

[8]張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與實(shí)踐邊界——兼議專業(yè)教育的范式轉(zhuǎn)變[J].高等工程教育研究，2020（03）：109-115.

[9]Ayub M A ， Yusoff N ， Heinmann B .Implementation of mechatronic problem-based learning for outcome-based education[J].INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART MATERIALS AND STRUCTURES，ICSMS-2022， 2023.

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳2023年科學(xué)研究項(xiàng)目一般專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：23JK0729）

作者單位：延安大學(xué)數(shù)計(jì)學(xué)院

■ 責(zé)任編輯：王穎振、鄭凱津