OBE理念下的《導航原理與系統》線上教學方法探討

孫淑光 孫穎慧

摘? ?要：針對線上教學學生遠程學習效果實時反饋難的問題，文章以《導航原理與系統》的線上教學為實驗手段，緊密圍繞學生學習效果，遵循成果導向教育（OBE）理念，選擇超星教學平臺與ZOOM視頻會議相結合的方式，通過課程直播，結合教學視頻及圖形化數理公式的直觀描述進行課程內容的傳授，借助課后測驗、作業以及擂臺賽，實現知識的短周期鞏固和長周期內化，利用智能組卷確保學生知識考查的全面性，同時實現考試的公平性與合理性。結果顯示，該方法能有效促進學生自主學習，達到了較好的教學效果。

關鍵詞：線上教學;成果導向教育;教學效果

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2021）14-0057-05

一、引言

2020年，突如其來的新冠肺炎疫情打亂了新學期的教學計劃，常規的線下教學模式突然被迫暫停，匆忙轉入線上教學，就像一輛緩緩前行的馬車突然闖進了高速公路，不管是教師還是學生，都在匆忙地面對各種陌生和不適，探索著教與學的模式。

《導航原理與系統》課程作為中國民航大學電子信息工程專業一門重要的專業課程，對學生的數理基礎要求較高，并伴有各種復雜的力學推導、矩陣變換[1]，同時還要面臨高年級學生學習興趣及學習動力不足的問題，如何確保遠程教學中另一端看不見、摸不著的學生能夠認真上課并掌握相關知識，成為課程教學當中亟需解決的問題。

由于學校在開學前就已經定下新學期的課程采取線上教學的方案，課程組在開學前兩周開始進行網絡授課的課前準備，并在教學過程中持續與其他課程教師進行經驗交流，密切關注教學效果，根據教學過程中出現的問題不斷調整教學模式與教學方法，經過一學期的摸索，《導航原理與系統》課程最終探索出一套適合線上教學的面向成果導向的后驅動教學方法，確保了教學效果。

二、超星平臺+ZOOM視頻會議的組合教學實施過程

授課手段是保障教學效果的第一要素。《導航原理與系統》課程組在開課前認真對比了智慧樹以及超星教學平臺的運行模式及教學資源，考慮到該課程是行業類專業特有的課程，可借鑒的平臺資源少、相關度低，而超星平臺可以方便地選擇并鏈接各種參考文獻，最終決定選用超星平臺進行錄播授課，再通過微信群進行實時答疑交流。

課程教師在開課前就準備好適應網課錄播的教學PPT，并撰寫了講稿腳本，借助錄屏軟件進行教學視頻的錄制，并對錄制的教學內容進行了反復試聽、修改。教師在開課之前錄制了十幾節課的內容，上傳到超星教學平臺，學生上課期間可以直接登錄平臺進行課程學習，并通過微信群進行實時課堂、課后答疑。但開學后的第一次課，由于大量高校學生同時使用授課平臺，導致平臺出現了擁堵癱瘓，學生登錄不上或錄播課程卡頓，課程內容完成度不高。

此外，授課教師還發現，雖然錄播課程可以提前撰寫腳本、重復錄制，準備比直播更充分，但根據前期的試聽，課程教師發現錄播的課程容易陷入演講表演的播音模式，導致學生學習時會陷入一種非實時狀態，易出現平淡疲勞，且由于教學內容一直在網上，容易給學生造成后邊隨時可以看，不著急的假象，造成學生學習進度滯后，學習效果不佳。而且錄播課程無法確保學生確實在聽課，也無法實時推進學生對講授內容的理解，學生不明白的地方有時即使重復觀看也難以解決問題。

因此，從第二次課程開始，課程組轉變授課手段，使用ZOOM視頻會議直播，直播借助PPT課件和ZOOM的白板功能，可以隨時切換教學環境，對需要推導或詳細講解的部分利用白板進行手寫講解;實時聊天區域便于學生及時提問，教學環境接近線下現場教學。同時，每個學生獨立電腦的學習環境使得所有學生都成為第一排學生，視覺效果良好，網絡聊天的便捷也使得大部分原本課堂不愿意發言的學生積極參與到課堂討論中，教學參與度明顯提高。根據學生反饋，直播授課教學效果明顯好于錄播授課。

由表1可以看出，ZOOM視頻會議軟件可以較好地實施“類現場教學”的功能，但無法實施教學管理，而超星平臺專門針對線上教學，具有優良的課程管理及學生學習狀況的跟蹤功能，因此，課程最終采用超星平臺+ZOOM視頻會議的組合教學實施過程。

三、OBE的課程教學管理與實施

課程內容傳授只是教學的第一步，學生對知識的掌握與消化才是學習的重點。無論是直播還是錄播，都無法很好地實現學生學習的現場監督與督促，因此，課程的后期管理對于線上教學的課程尤其重要。為確保學生的學習效果，《導航原理與系統》采取了后驅動措施，利用超星平臺的強大課程管理功能，通過課后測驗、作業、擂臺賽以及智能組卷考試等手段加強學生課后學習的管理。

1.學習目標明晰化

對大多數學生而言，課程就像是“在水一方的伊人”，有心向往之，下決心溯洄從之，怎奈遠遠望去，道阻且長，不由心生畏懼退縮之意，追逐的步履自然蹣跚而踉蹌，又由于身邊的誘惑頗多，課程學習的過程最終往往變成一道飄飄忽忽、且近且遠的風景，時而明晰、時而糊涂，最終的結果大多是考試成績勉強通過，而學習的內容則在考試過后以最快的速度歸還教師。因此，如何在課程的傳授過程中引導學生保持追尋“伊人”的熱情與好奇，使他們能夠真正理解所學習知識并將之付諸實踐，就成為教學的目標與首要任務。

學生對知識的掌握程度，首先取決于其對學習對象的基本了解及需求程度，即學生需要有明確的目標驅動[2]，同時需要知道針對目標所應該達到的程度，這樣才能很好地激發學生學習的動力。因此，《導航原理與系統》的第一課重點講述課程的目的意義及其對學生職業發展的重要意義、學習要求、融匯課程思政元素，為學生樹立正確的學習目標與學習觀（見圖1）。

學習目標的提醒僅在第一次課中提及是遠遠不夠的，還需要在整個學習過程中不斷強化。因此，在課程講授過程中，授課教師不斷穿插工程實際問題，引導學生進行問題分析，要求學生撰寫分析報告或設計方案，保證學習目標引領不斷線。針對學生作業質量不高的問題，授課教師專門進行了一次課外專題講座，引導學生分清事實與觀點，培養學生批判性、創造性思維，通過什么是事實、什么是觀點，如何利用事實形成自己的觀點、如何科學決策的引導，促使學生系統化地改進自己的學習習慣與思維模式。

2.知識學習全局化

工科學生專業課學習的關鍵是工程思維的養成。課程的教學過程就是“伊人容貌明晰化”的過程。通常的教學進程中，課程開始于概論，簡單介紹課程的內容、發展歷史、技術現狀、應用情況等，不同的課程稍有差別，但差別不大。根據授課教師多年的教學經驗，對大多數學生來說，概論遠不是教師所以為的那么簡單明晰，因為他們大多沒有相關課程、相關知識的聯系與背景，在教師眉飛色舞的介紹中，他們可能一頭霧水，不知所云。

為避免這種情況的出現，《導航原理與系統》課程從上課之初就以研討的方式引導學生課堂參與，讓學生真正融入到教學中。從與學生探討飛機在空中如何才能飛到目的地開始，分析討論飛機所應具備的功能、功能的類型與特點，可用于描述功能的參數等。通過這些討論，使學生了解導航的基本功能、在整個航空電子系統中的作用與地位，與其他飛機系統之間的關系，由此從全局的角度認識導航系統。

課程的講授過程就是一個清晰描繪“伊人溯洄路線”的過程。要讓學生高屋建瓴，有全局觀念，從而輕松把握學習過程。工科的專業課程與基礎課程有很大的不同，專業課程通常是針對功能實現和對象的。如果學生在專業課程的學習中繼續基礎課程的做練習、背題的學習方法，則往往會被淹沒在各種原理、公式中，或通過背題應付完考試卻完全不知自己學了什么。

為避免這種情況的發生，《導航原理與系統》課程的教學過程從功能需求出發，引導學生討論，自主提出對系統的各種功能需求，然后根據功能需求來考慮實現方法，用工程設計的理念來引導學生的學習過程。例如，在大氣數據部分的學習中，首先拋出一個某型飛機的大氣數據系統在飛行測試中出現的告警現象（設計問題），來分析大氣數據系統所應具備的各種功能、面臨的問題，然后針對這種需求尋求解決方案，給出技術實現路線，進而給出大氣數據系統的傳感器數據測量時所應該采用的方法以及波音、空客飛機大氣數據系統的設計原則與設計思路。通過自上而下的分析引導，使學生對所學內容有深刻的理解。

3.知識鞏固持續化

孔子曾說“溫故而知新”。知識的鞏固需要及時重現以及熟悉[3]。為確保學生切實執行所學知識的復習鞏固，《導航原理與系統》課程通過課后測驗、章節作業的形式實現知識鞏固的短周期鞏固和長周期內化。知識的短周期鞏固利用超星平臺的課程測驗模塊，每次課的課后都會有6—15道選擇題，以隨機的形式發放給學生在限定時間內進行測驗。隨機發放確保了每個學生的測驗各不相同，避免了互抄答案的現象。測驗時間限定在本次課程結束和下次課程開始之間，測驗時間限定20分鐘，確保學生在下次上課前完成對前一節知識的鞏固。章節測驗共25次，覆蓋全部課程內容。圖2是章節測驗的部分信息及測驗成績統計。

知識的長周期內化利用超星平臺的作業功能，每一個章節結束后，都會布置一次課程內容分析總結或飛行事故分析的作業。通過綜合化分析，實現知識的長周期梳理鞏固。圖3為學生的課程學習總結。學生通過分析總結，利用思維導圖，將所學知識從功能、工作原理、儀表構成、誤差分析有機融合，形成一個完整的體系圖，體現了學生對知識的整體把握。

飛行事故分析的其中之一是選取災難記錄片《空中浩劫》第一季中的“flying blind”，以秘魯603航班空難為例，通過視頻觀看引導學生利用所學知識，分析在靜壓孔被膠帶密封之后，大氣壓力的變化，導致高度、空速的變化，高度表、空速表的告警表現以及對飛管系統、飛控系統的影響。學生在觀看視頻和事故原因分析的過程中，需要對所學知識進行整體梳理，同時還要結合內外因分析，既鞏固應用了課堂知識，也增強了責任心與使命感。

4.知識內化趣味化

麻省理工學院的Charles M. Vest強調：“學生是由激情、好奇心、參與和夢想而驅動的。盡管我們不能準確知道應該教給他們什么，但我們能夠把注意力集中在他們學習的環境和背景，他們的動力、想法和靈感，為他們提供充分展示自己的空間”。知識的獲取與內化需要學生的意志力及學習興趣的保持[4]。學生興趣的引導在教學過程中可以由教師主導，《導航原理與系統》課程采取抽象理論直觀化、知識交流趣味化的形式進行，分別從教與學兩個方面進行引導。

借助自行設計的視頻文件以及網絡資源，將系統原理、數理推導等部分學生理解較困難的知識點，通過動畫或形象化擬合展現給學生，使學生能充分理解實現原理和公式的物理含義，真正理解所學內容的工程內涵。系統原理動畫實現主要有陀螺儀原理、無線電導航原理、慣導坐標系轉換等。圖4為DME測距機的原理動畫和伯努利方程的推導過程及物理含義的示例。70%以上的相對抽象的關鍵導航原理或公式都可以實現可視化演示。

動畫演示給學生直觀感覺與理解，但深入學習興趣的引導更多在于學生自身的參與，為實現學生學習研究的浸入式體驗，課程設計了擂臺賽，以打擂比武的形式引導學生實現知識的深層內化。擂臺賽以引導學生深入研究某一導航專題為目標，通過方案設計，以挑戰別人的方案完善本組方案的方式，使學生學會多角度、多維度地分析解決問題。擂臺賽的基本原則如表2所示。

擂臺賽極大地促進了學生的學習興趣與研究興趣，學生自行組隊，各小組選擇自己擅長或感興趣的研究對象，擂臺賽的題目及守擂小組如表3所示。

整個擂臺賽持續一個多月，學生發起或回復討論76條，全部討論共計117條，涉及幾乎所有的導航參數或系統。部分問題的解決方案遠超授課教師的預期，出現了可喜的效果。

5.知識考核靈活化

課程學習效果最直觀的表現形式為考試成績。課程考試采用網上考試，為確保考試的公平性以及考試內容的廣泛性，《導航原理與系統》建立了課程題庫，涵蓋所有課程章節。具體題型包括選擇題、簡答題、名詞解釋以及論述題[5]。其中，簡答和論述題需要學生根據所學知識舉一反三，建立自己的分析思路。例如：根據你所學過的衛星導航的知識，分析中國北斗二代系統要實現全球導航需要解決哪些關鍵問題，如果要將其應用于民航飛機的導航，需要采取那些措施之類的開放性問題。題庫內相關題型的數量及分布如圖5所示。

課程考試采用線上考試方式。為確保學生的學習效果與質量，保證考試的公平性與合理性，期末考試利用平臺智能組卷功能，隨機組卷20套，選課學生65人，平均每3人一套題，杜絕了學生考試期間相互傳遞答案作弊的可能。

在考題難易程度基本與往年一致的情況下，從卷面考試成績來看，考試結果好于往年。考試成績分布如圖6所示。

四、結論

整體來看，《導航原理與系統》課程線上教學通過ZOOM視頻會議直播形式進行課堂教學過程的實施，配合班級微信群的課后答疑實現課堂教學內容的傳授，利用課后測驗以及作業確保課程內容的及時鞏固，配合綜合性作業和擂臺賽實現學生自主知識內化，超星平臺智能組卷的靈活考核方式確保考試的合理性與內容考查的廣泛性，整體效果良好。但仍有少量學生學習效果不佳，可在后期的線上教學中針對這部分學生進一步改進，提高教學效果，滿足課程教學目標。

參考文獻：

[1]孫淑光.把握技術發展 實現理論實踐一體化教學——導航原理與系統課程改革[J].教育教學論壇，2015（48）：99-100.

[2]張莉，譚火彬.目標驅動的軟件工程碩士培養模式探索[J].計算機教育，2015（1）：22-25.

[3]王長青.鞏固數學知識的有效方法[J].課程教材教學研究（中教研究），2007（Z4）：86.

[4][美]Edward F Crawley，Johan Malmqvist，S？觟ren ？觟stlund，et al.重新認識工程教育——國際CDIO培養模式與方法[M].顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.北京：高等教育出版社，2009.

[5]超星智慧考試系統使用手冊（教師）[DB/OL].https：//jwc.ayit.edu.cn/info/1038/2431.htm.

（編輯：李曉萍）