基于OBE理念的計算機控制技術課程改革與實踐

陳顯明 范瑩瑩

摘 要：《計算機控制技術》是一門綜合性很強的課程，學習難度大，傳統的教學效果欠佳。OBE理念是被普遍認可的工程教育改革方向之一，通過在該課程中引入OBE理念實施教學改革。文中論述了OBE理念下《計算機控制技術》課程目標的修訂、課程路徑的設計、課程知識矩陣的重構、教學模式和評價機制的探索等。通過這樣的改革，提升該課程教學效果。

關鍵詞：課程改革；OBE理念；計算機控制技術；工程教育

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）14-0155-03

Abstract： Computer Control Technology is a comprehensive course with great difficulty in learning and poor traditional teaching effect. The OBE concept is one of the widely recognized reform directions of engineering education. The teaching reform is carried out by introducing the idea of OBE concept into the course. This paper discusses the revision of the objectives of Computer Control Technology under OBE， the design of course path， the reconstruction of course knowledge matrix， the exploration of teaching mode and evaluation mechanism. Through such reform， the teaching effect of this course can be improved.

Keywords： Curriculum reform； OBE concept； Computer Control Technology； engineering education

《計算機控制技術》是自動化類專業開設的一門專業核心課程，它是將控制理論和計算機相結合，利用相應硬件和軟件實現系統自動控制的一個過程。隨著社會科技的不斷進步和國家自動化水平及信息化程度的不斷提高，以及工業4.0戰略的實施與推進，計算機控制技術在日常生活和生產制造上正發揮越來越重要的作用，其技術地位也越加彰顯。計算機控制技術融合了控制理論、計算機技術、微電子技術、信息處理技術、網絡技術和通信技術等，要求從事該專業的工程技術人員不僅要掌握控制理論和計算機技術，還要有較為寬廣的相關知識，了解并掌握工業過程控制、運動控制、檢測與自動化儀表、電力電子技術、電子與計算機技術、信息處理等領域的系統分析、系統設計、系統運行、科學研究與開發等方面的專業知識與技能。學生也應該掌握計算機控制技術在簡單控制系統中的應用，能進行系統硬件電路設計與軟件編程[1，2]。

《計算機控制技術》是多門課程相交叉且綜合性很強的課程，內容抽象，信息量大，各章節聯系緊密，教學難度較大，難于理解，實踐環節多，學生普遍反映難以掌握，較難產生學習興趣。根據學生的期終測評和知識掌握調研，結果另人失望，學生對知識的掌握程度大多都達不到教學大綱規定的標準，創新應用更是落后一大截，若從OBE理念的角度分析，更加無法滿足用人單位的標準。OBE是英文Outcome based education的縮寫，譯為成果導向教育（亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育）[3-5]，是一種先進的教育理念。目前OBE理念是被普遍接受的工程教育改革方向之一，因此，如何基于該理念實現《計算機控制技術》課程改革是擺在我們面前的一個重要課題。

一、OBE理念下課程目標的修訂

傳統課程目標的制定是基于知識驅動，強調的是對基礎知識的掌握。傳統的《計算機控制技術》課程目標旨在培養學生掌握計算機控制的基本概念，基本分析方法和設計方法。要求學生從理論上掌握計算機控制系統的基本原理及應用，為學生提供有效地分析和設計計算機控制系統所需的洞察力、知識和理解力。該課程目標以學生掌握書本知識作為核心，一切課程活動都是圍繞該目標進行，導致課程的開展主要以教師的“教”與“授”進行，學生處于被動接受知識的過程。課程實踐活動基本上都是驗證性實驗，目的是為驗證課堂所教授知識而存在。這樣的課程活動不利于發揮學生的主觀能動性，課程效果欠佳。在OBE理念下，課程目標的制定是以能力作為驅動，強調的是能力的獲得。以OBE理念作為指引，以未來實際控制工程環境需求為導向，《計算機控制技術》課程應具備以下幾方面的能力：1.具備基本的計算機控制系統的分析、設計、編程和調試能力；2.具備創新意識，有與時代共進能力；3.能夠通過多種渠道進行知識更新和完善自我的能力；4.具備與其它課程/學科交叉合作的能力。在能力和目標導向下，課程開展強調的是學生的主觀能動性，也更加強調學生的實踐活動。對于該課程，我校已進行了大的調整，電氣專業的實踐課時由過去的9個學時增加到26學時，而理論課時則由過去的45學時下降為28學時，增加了不少綜合性實驗和其它實踐環節。這樣的改革就是為了提升學生的動手能力，加強學生主觀能動性。

二、OBE理念下課程改革路線

傳統的《計算機控制技術》課程是學科導向的，它遵循專業設置按學科劃分的原則，教育模式傾向于解決確定的、線性的、靜止封閉問題的科學模式，知識結構強調學科知識體系的系統性和完備性，教學設計更加注重學科的需要，而在一定程度上忽視了專業的需求。圖1是OBE理念下課程改革的路線圖，該圖描述了OBE體系下課程設計的原則和路線。從圖中可以看出，OBE教育遵循的是反向設計原則，其“反向”是相對于傳統教育的“正向”而言的。反向設計是從需求（包括內部需求和外部需求）開始，由需求決定培養目標，由培養目標決定畢業要求，再由畢業要求決定課程體系。正向設計是從課程體系開始，逆反向過程到畢業要求，到培養目標，再到需求。然而，這時的需求一般只能滿足內部需求，而不一定能滿足外部需求，因為它是教育的結果而不是教育的目標。因此，傳統教育對國家、社會和行業、用人單位等外部需求只能“適應”，而很難做到“滿足”。而OBE教育則不然，它是反向設計、正向實施，這時“需求”既是起點又是終點，從而最大程度上保證了教育目標與結果的一致性[3]。

《計算機控制技術》課程設計應以時下或未來自動化與控制工程對人才的需求目標為出發點，結合學生個人的內在需求與期望制定課程目標（如前述），從整個專業角度定義課程在課程體系中的位置，然后導出該課程的教學要求和教學內容，最終通過多維的評價機制評價學生的產出情況，以是否達到需求作為課程終點，形成課程閉環。

三、OBE理念下的課程知識矩陣

傳統的工程教育體系中，《計算機控制技術》課程作為電子電氣及自動化專業的核心課程之一，強調知識體系的系統性和完備性，其內容從硬件到軟件，從理論到實踐，從實驗室到工程應用等無所不包。縱觀學科專業的課程體系設置，《計算機控制技術》課程在整個知識體系中具有許多交叉重疊的地方，而在目前的知識傳授體系中各課程的教授都是各自為戰，上各門課的教師都是按教學大綱盡可能地把所有的知識點向學生傳授，交叉重疊的知識會被反復教授，占用了不應占用的時間，不利于學生能力的培養。OBE培養模式中，知識點在何處何時出現在構建課程體系時就清晰明了，相同的知識點不會在不同的課程中反復傳授，各課程或各知識模塊的設置應對需求產生貢獻，不產生貢獻的將被去除。這需對專業課程體系進行重構，并對知識矩陣進行重新梳理。《計算機控制技術》課程在OBE模式下也需對各知識模塊進行重新匹配，構建更加合理的知識矩陣[8，9]，這正是在目前傳統工程教育模式下所欠缺的。

中國高等教育正處于改革浪潮中，肇慶學院被認定為應用型本科高校，如何落實“應用型”正是各高校要不斷探索和研究的課題。對于工科專業，加強學生的動手能力和實踐能力是教育改革方向之一。對于應用型本科高校，縮減理論課時和大幅度增加實踐課時正是應對策略之一。我校電氣專業的《計算機控制技術》理論課時已由過去的45學時下降為28學時，實踐則由9學時增加到26學時。這極大地加強了實踐教學，同時要求理論授課更加精煉，知識點的把控更加精準。這需對現有教材知識點進行梳理和凝煉，并研究各課程之間的關聯性。圖2體現了《計算機控制技術》是一門綜合性相當強的課程，它與PLC、單片機、DSP、微型計算機與接口、各種編程語言、自控原理等課程結合得都很緊密，許多編者為了課程的完備性和自成體系，在編寫教材的時候把其它課程的知識點都糅合進該門課程中，致使教材內容豐富多彩，也增加了授課難度。教師在選擇教材和授課內容時要明確課程在整個專業體系中的位置和與其它課程的關聯度和重合度，重新梳理授課的知識矩陣，做到有的放矢。

表1是于海生編著的《微型計算機控制技術》教材內容，該教材涵蓋內容非常廣泛，并與其它課程內容在知識點上有許多交叉重疊的地方，這些交叉重疊的內容在授課時可以少講或不講，由學生自學或在其它課程中獲取。教師在授課時要重點把握以下幾個核心模塊：控制系統的硬件搭建（第二章）+控制器特別是PID控制器的連續化和離散化設計技術（第四章）+控制系統的組態和編程（第六章和第七章）+測控網絡的組建（第八章）。當然編程能力主要由程序設計課程提供，網絡構建根基在于計算機網絡課程，本課程中給出了測控網絡和常規網絡的區別和特色。總之，OBE理念下一切課程活動都是為了學生的學習產出，因此依據不同內容和其它課程的關系，表1給出了教授和學習策略，對課程知識進行重構。

四、OBE理念下的教學模式與評價機制

傳統的教學模式是一種“滿堂灌”和“填鴨式”的教學方法，這種教學方式抑制了學生主觀能動性的發展，不利于學生能力的培養。《計算機控制技術》是一門實用性比較強的課程，在教授知識的過程中可以發展案例式教學方法、基于項目的教學方法、基于情景的教學方法、基于探究式的教學方法等。參加競賽也是培養學生動手能力和工程能力的一個重要途徑，現在不同層次的電子競賽比較多，學院層次、學校層次、市級、省級、國家級等，鼓勵學生積極參與不同的學科競賽，在學中做、做中學，激發學生的學習興趣。積極創造條件，開拓企業渠道，把企業的課題引進來，讓學生參與，培養學生的項目工程觀。

目前，《計算機控制技術》課程的評價是任課教師根據“考試成績+平時表現+實驗成績”進行綜合評定，這種評價體系并不能完全體現出學生的綜合素質。OBE理念中，對學生成績的評定是一個立體的過程，針對具體課程，研究符合課程性質的立體評價體系也是課程改革的任務和目標之一。這種立體評價體系包括教師的評價、學生的自評、社會的評價、用人單位的評價、基于項目的評價、基于競賽的評價等。現在世界上，包括我國在內，對工程教育正在發展國際工程認證，由第三方機構對學生的課程進行考核認證，這是對同一課程實現全省、全國乃至全球互通的一個良好途徑。

五、結束語

當今世界處于一個高速發展的時期，各種新技術新工藝新設備不斷涌現，社會對人才也在不斷提出新的需求，特別是對工程技術人才，需求的更新速度更快。我校作為應用型本科高校，高等教育的改革一直在進行。最近幾年，培養方案做了幾次調整，課程體系也重構了幾次。最新一期培養方案對于實踐教學提出了很高的要求，增加了大量的課時。遺撼的是，新的培養方案并不是基于OBE理念的，我校只有少數課程和少數教師有意識地引進OBE理念。《計算機控制技術》課程作為電氣專業培養方案中的一個基礎構成，只有整個培養方案都處于OBE理念下才能更好地體現改革成效。衷心希望我校對OBE理念進行大量研究，特別是工程專業，并以此為鍥機，實行工程教育改革，提升教學質量。

參考文獻：

[1]周旭，李燕.《計算機控制技術》課程教學的研究與實踐[J].大眾科技，2017，19（210）：79-80.

[2]丁健，孫強，干開峰.工程教育專業認證下的“計算機控制技術”課程改革與實踐[J].合肥學院學報，2016，26（1）：135-138.

[3]李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014（17）：7-10.

[4]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[5]楊毅剛，孟斌，王偉楠.基于OBE模式的技術創新能力培養[J].高等工程教育研究，2015（6）：24-30.

[6]樓上晴朗天.OBE理念與人才培養方案制定[EB/OL].百度文庫，2016-06-08，https：//wenku.baidu.com/view/07a781ee763231126fdb114a.html.

[7]宋躍，余熾業，胡勝，等.基于OBE的嵌入式測控技術課程群建設與探索[J].實驗室研究與探索，2016，35（6）：208-210.

[8]邊心田，陳貴賓.基于OBE理念的應用光學課程改革與實踐[J].高教學刊，2017（18）：125-127.