基于OBE理念的能源開發(fā)概論課程教學模式改革探索

李永亮，楊寶貴，王兆會

（中國礦業(yè)大學（北京）能源與礦業(yè)學院，北京 100083）

能源開發(fā)概論課程是中國礦業(yè)大學（北京）面向全校本科生的通識教育導學類必修課，也是該校的特色課程之一。作為能源與礦業(yè)類的知名高等學府，設置該課程的目的是讓學生深刻認識我國能源開發(fā)與利用現(xiàn)狀，了解常規(guī)能源（主要包括煤炭、石油和天然氣等）與新型能源（太陽能、風能、海洋能等）開發(fā)的基本概念和關鍵技術[1]。為學生后續(xù)相關專業(yè)課程學習，以及在能源與礦業(yè)領域繼續(xù)深造或工作奠定堅實基礎，同時拓寬學生的視野，促進學科交叉融合。該課程設置課堂講授環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)，其中課堂講授環(huán)節(jié)是以教師為中心，采用多媒體課件給學生講解不同類型能源的特點與關鍵的開發(fā)技術，實踐教學環(huán)節(jié)是課堂教學環(huán)節(jié)的重要補充，可加深學生對課程知識的了解，能夠更容易識記不同種類能源開發(fā)過程中所涉及的技術與裝備。目前的教學模式并沒有把課堂講授環(huán)節(jié)與實踐教學環(huán)節(jié)二者的協(xié)同教學作用發(fā)揮出來，導致學生上課積極性不高，集體參與度低，教學效果不理想，與設置該課程的預期目標有一定差距。

OBE（Outcome based education）是一種以學生學習成果為導向的教育理念，由Spady在1981年率先提出，該教學理念強調從教師為中心向以學生中心轉變。經過多年的發(fā)展，已成為美國、英國和加拿大等國家教育改革的主流理念。近年來，OBE教學理念逐漸受到我國各大高校的重視[2-4]。根據能源開發(fā)概論課程教學模式目前存在的一些問題，可在OBE教學理念的指導下，進行教學模式的改革與探索。以課程設置目標和學生學習成果為導向來設計教學策略，實現(xiàn)課堂講授環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)的密切配合，增加課程的趣味性，進而激發(fā)學生的學習興趣。

1 目前存在的主要問題

（1）能源開發(fā)概論教學模式多是以教師為中心，教師通過多媒體課件講解各種能源開發(fā)的基本概念和相應的關鍵技術與裝備，而學生對于本課程的參與度不高，學生多為被動式聽講，對一些理論知識不能進行積極主動的思考，難以提高學生主動學習的能力，導致學生對該門課程的關注度下降與投入的課后學習時間。隨著課時講解的不斷深入，學生對于該課程的學習熱情逐漸降低，課堂氣氛較為沉悶，難以取得理想的教學效果。

（2）由于能源開發(fā)概論課程中涉及的能源種類較多，各種能源在開發(fā)過程中有時需要復雜的系統(tǒng)與多種多樣的裝備[5]。對于一些非能源類專業(yè)的學生而言，由于缺乏有效的輔助教學手段和方法，不能很好地建立起相應的立體空間概念，尤其涉及復雜地下工程系統(tǒng)的能源開發(fā)。例如，常規(guī)能源中的煤炭開發(fā)，一些學生不能形成各種井巷工程的立體空間布置關系，對煤炭開發(fā)中的基本概念和技術裝備的認識較為模糊，讓學生覺得相關知識晦澀難懂，造成課堂氣氛不夠活躍，不利于知識的有效傳播。

（3）理論教學過程中缺乏本課程所蘊含的思想政治教育元素。能源是整個世界發(fā)展和經濟增長的最基本驅動力，亦是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎，在國民經濟發(fā)展中具有極其重要的地位。隨著人類社會對能源需求的增加，能源安全逐漸與政治、經濟安全緊密聯(lián)系在一起。在能源開發(fā)領域，為實現(xiàn)國家的能源安全，有大批杰出的科技工作者和英雄人物，蘊含了大量的思政元素。因此，在該課程講授過程中要更多地融入思政元素，樹立榜樣力量，重視國家的能源安全。

（4）課程實踐教學環(huán)節(jié)是課堂講授環(huán)節(jié)的重要補充，有助于加深課堂講授中難點與重點的理解。目前實踐教學環(huán)節(jié)的安排較為單一，主要是參觀能源開發(fā)模型實驗室。雖然可加深對部分知識的理解，但是模型實驗室所展示的能源開發(fā)場景不夠系統(tǒng)與全面，且所涉及的能源種類有限，學生也不能夠根據自己的興趣愛好進行相應的模擬操作，對能源開發(fā)關鍵技術與裝備的理解還不夠深入和全面。

（5）課程作業(yè)相對單一，由于每名學生的題目都一樣，可能會導致部分學生自己不查閱資料，而是學生之間相互借鑒，久而久之會造成學生的惰性思維，缺失創(chuàng)新理念。單一的作業(yè)模式不利于提高學生主動學習的能力，也不利于學生對理論教學中難點與重點的掌握，不能滿足課程設置的目標。

2 教學模式改革措施

2.1 建立翻轉課堂，發(fā)揮學生的主觀能動性

為了激發(fā)學生的主動學習能力，建立翻轉課堂[6]。根據能源開發(fā)的種類，讓學生從常規(guī)能源與新能源中任選一種作為授課主體，通過課后查閱文獻資料，讓學生自己準備課件，講述該類能源的過去、現(xiàn)在和將來，即主要分享能源開發(fā)的歷史、能源的開發(fā)利用現(xiàn)狀、以及未來的主要創(chuàng)新技術與裝備；同時還要結合自己所學專業(yè)，分析在未來能源開發(fā)利用中能做哪些工作，而其余學生要積極參與主講學生的授課與討論。

2.2 加入科普視頻與動畫教學，增強學生的專注度

當能源開發(fā)涉及復雜的系統(tǒng)與裝備時，可適當增加一些科普的短視頻，幫助學生建立起三維立體概念，培養(yǎng)學生的空間思維能力，讓學生能夠對能源開發(fā)各個系統(tǒng)進行準確的辨識。同時增加一些與課程知識相關的有趣動畫，通過動畫再現(xiàn)能源開發(fā)的主要生產過程和關鍵的技術與裝備，讓學生能夠輕松理解晦澀難懂的知識點。通過增加的科普視頻和有趣的動畫，進而提高課堂講授的趣味性，增強學生的專注度。

2.3 教學過程融入思政元素，培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)精神

尋求能源開發(fā)概論課程中所蘊含的思想政治教育元素，并融合到課堂教授環(huán)節(jié)。當涉及具體的能源開發(fā)時，可講解一些對該能源技術開發(fā)進步做出卓越貢獻的科技工作者，融入思政元素，樹立榜樣的力量。例如，講解到煤炭開發(fā)時，可分享礦山壓力理論奠基人錢鳴高院士的科研工作事跡；當講解到石油開發(fā)時，可分享鐵人王進喜的先進事跡；講解到核能開發(fā)時，可分享“兩彈元勛”鄧稼先的奮斗事跡……讓每一名學生牢固樹立國家能源危機意識，為國家未來新能源的開發(fā)與技術改造升級儲備人才，進而培養(yǎng)學生的愛崗敬業(yè)精神與高尚的道德情操。

2.4 模型實驗與虛擬仿真實驗共同支撐實踐教學，激發(fā)學生學習興趣

在實踐教學環(huán)節(jié)，在參觀能源開發(fā)模型實驗室的基礎上，增加虛擬仿真實驗室實踐。首先讓學生參觀模型實驗室，了解能源開發(fā)的基本場景與逼真的開發(fā)裝備模型，讓學生對整個能源開發(fā)系統(tǒng)有個宏觀的認識。然后進行虛擬仿真實驗室實踐，通過能源開發(fā)系統(tǒng)的全景透視展示和生產過程的虛擬再現(xiàn)，以及學生的沉浸式漫游，提高學生對能源開發(fā)整個系統(tǒng)的理解和認識，進而激發(fā)學生的學習興趣。

2.5 課程作業(yè)采用團隊模式，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神與動手能力

能源開發(fā)概論課程結束后，除了有試卷考核之外，增加課程設計作業(yè)，課程設計作業(yè)由4～6人的團隊協(xié)作完成。采用開放型的題目類型，從所學的常規(guī)能源與新型能源中任選一種，在其開發(fā)系統(tǒng)或裝備中任意選擇一個方面進行模型設計，提高學生的動手設計能力。在考試前一周，進行課程設計作品比賽，團隊成員要對設計的作品進行講解，課程作業(yè)成績包括設計的作品與講解兩個部分，給予相應的總成績，并將課程作業(yè)成績納入課程的最終成績。鼓勵獲得優(yōu)秀設計作品的團隊參與一年一度的采礦實踐作品大賽。

3 應用實例與效果

將能源開發(fā)概論課程改革后的教學模式應用于筆者所教授的班級，所在班級學生為計算機專業(yè)背景。在課堂講授過程中引導學生關注信息技術在能源開發(fā)中的作用，未來能源的發(fā)展必然是智能化與無人化，離不開計算機專業(yè)方面的人才，鼓勵他們學科交叉，將來積極投身國家的能源開發(fā)事業(yè)。翻轉課堂環(huán)節(jié)，設置有煤炭、石油、地熱能、太陽能、風能和海洋能，共6種能源的知識講解環(huán)節(jié)，學生可自由選擇1種，準備10min以內的PPT，隨機抽取學生與大家分享并討論。在實踐教學環(huán)節(jié)，采用模型實驗與虛擬仿真實驗相結合的模式，將教學中的難點與重點進行虛擬仿真再現(xiàn)，強化學生對理論教學內容的理解和掌握。設置4人組的課程設計作業(yè)團隊，進行設計作品的講解，并對課程作業(yè)成績做出合理的評判。

通過課后調查，所有的學生都認為能源開發(fā)概論課程豐富且有趣，翻轉課堂極大提高了學生的主動學習能力；課堂講授與實踐教學的有機結合，尤其是結合虛擬現(xiàn)實技術的能源開發(fā)系統(tǒng)的沉浸式漫游學習，給大家留下了深刻的印象，使學生不僅學習到了我國能源開發(fā)利用現(xiàn)狀，也深刻認識了能源開發(fā)過程中的各個系統(tǒng)和關鍵的技術與裝備，拓展了自己的視野；課程設計作業(yè)團隊協(xié)作，不僅鍛煉了學生的動手能力，更重要的是培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作精神。結合班級學生的計算機專業(yè)背景，大部分學生將來準備在能源行業(yè)領域繼續(xù)學習和深造，立志從事智能化與無人化的能源開發(fā)行業(yè)。能源開發(fā)概論課程采用新的教學模式后，提高了學生的積極主動學習能力和動手能力，培養(yǎng)了學生的愛崗敬業(yè)精神和團隊協(xié)作精神，有效激發(fā)了學生對該門課程的學習興趣，取得了良好的教學效果。

4 結語

能源開發(fā)概論課程是面向全校本科生的通識教育必修課，讓學生深刻了解我國能源開發(fā)利用現(xiàn)狀，對學生后續(xù)相關專業(yè)課程學習、拓寬學術視野和促進學科間交叉融合具有重要意義。為了進一步提高教學效果，充分發(fā)揮學生的主動學習能力，本文以OBE教學理念為指導，重點分析了目前教學中存在的一些問題，主要通過建立翻轉課堂，發(fā)揮學生的主觀能動性；加入科普視頻與動畫教學，增強學生的專注度；教學過程融入思政元素，培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)精神；模型實驗與虛擬仿真實驗共同支撐實踐教學，激發(fā)學生學習興趣；課程作業(yè)采用團隊協(xié)作模式，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神與動手能力，進行教學模式改革探索，進一步完善本課程的課堂講授環(huán)節(jié)與實踐教學環(huán)節(jié)。應用案例表明取得了理想的教學效果，新的教學模式與以學生為中心的OBE教學理念較為契合，為類似課程的教學模式改革提供了有益的借鑒和參考。