基于OBE理念的課程教學改革探索與實踐

李三平，孫雪，王揚威

摘? ? 要：為實現全過程育人、全方位育人的總體目標，文章以“機器人技術”課程教學改革實踐為例，借鑒OBE理念，基于“以學生為中心、以能力培養為導向”的教育思想，從更新課程目標、優化教學內容與教學方法、構建全過程跟蹤反饋與多元評價體系、深度融合學科競賽等方面進行探索與實踐。改變傳統教學模式，將知識傳授轉變為方法和能力傳授，促進知識、能力和素質三方面有機融合;構建基于全過程跟蹤反饋的教學模式，學生全過程參與學習評價，提高課程學習的挑戰度，促進學生能力提升;依托機器人方面學科競賽，以賽促學，提高學生學習的積極性和主動性。

關鍵詞：OBE理念;機器人技術;教學改革;學科競賽

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）04-0056-03

工程教育專業認證是指專業認證機構針對高等教育機構開設的工程類專業教育實施的專門性認證，旨在提高教育質量，促進高等教育發展，為相關工程技術人才進入行業領域提供質量保證[1-2]。OBE（OutcomeBased Education）教學理念，即成果導向教育是專業認證標準的基準理念，強調以學生的學習結果為驅動力，反向設計教學活動，重視對學生的學習效果進行評價，強調以學生為中心，教學過程注重發掘學生的潛力，旨在提高教學質量[3]。OBE教學理念著力于提升學生發現、分析并解決問題的能力，培養學生工程實踐與創新的能力，將其應用于本科課程教學改革，對于提升工程技術人才培養質量有著重要的指導意義[4]。

本文以校級在線開放課程“機器人技術”為例，在融合網絡學習平臺與傳統課堂教學的基礎上，借鑒OBE理念，從更新課程目標、改進教學內容與方法、構建全過程跟蹤反饋與多元評價體系、深度融合學科競賽等方面進行教學改革探索與實踐，旨在激發學生的學習積極性，培養學生工程實踐能力和創新能力。

一、課程特點及教學改革要解決的重點問題

機器人技術是一門綜合性的技術，是機電結合典范，“機器人技術”課程涉及機械設計、傳感器、控制技術等多學科內容，主要包括機器人技術的相關概念及其發展應用領域、機器人的分類與機械結構、機器人的運動學與動力學分析、控制系統與傳感器等基本理論[5]。學習本課程可使學生具備必要的理論知識和分析計算能力，能夠結合所學的知識求解簡單的機器人運動學及動力學問題，能設計小型的機器人并對其進行運動分析，為從事機器人領域工作奠定基礎。經過多年的課程建設與教學改革，課程團隊發現以下教學改革要解決的重點問題。

（一）教學目標的高階性

課程教學目標是各種教學活動所期望得到的學生的學習結果，基于OBE理念，教學內容與教學活動都圍繞教學目標進行。新時代本科教學要提升大學生的學業挑戰度，合理增加課程難度，拓展課程深度。然而傳統課程的教學目標偏向于知識目標，對能力和素質目標不夠重視，課程缺乏挑戰度和高階性，對學生發現、分析和解決復雜工程問題的能力培養不足，不滿足工程教育專業認證的教學理念要求[6]。因此，需要改變教學模式，以學生為中心，由知識傳授轉變為方法和能力傳授，促進知識、能力和素質三方面有機融合。

（二）教學內容的不斷更新與優化

目前，機器人方面教材大多數是以工業機器人為對象，對其機械結構設計、運動學與動力學分析、軌跡規劃、控制系統與傳感器等方面知識進行介紹。課程教學主要講解經典機器人學理論知識，存在教學內容陳舊、教學手段單一、新理論與新方法偏少、缺少相關內容的工程實訓等問題[7]。調查發現，部分在校生反饋課程教學內容陳舊且枯燥乏味，畢業生反饋課程教學方法和手段落后、教學內容和企業技術差距較大。因此，為了實現專業人才培養目標，課程內容要反映行業發展前沿技術，需要不斷更新與優化教學內容，注重培養學生的職業素養。

（三）課程考核的挑戰度

傳統的課程考核以考試等結果性考核為主，主要考查學生對理論知識的掌握程度，對學生能力和素質的考核相對較少。機器人學是一門多學科交叉融合的前沿學科，僅通過卷面考試無法全面反映學生的綜合能力。基于OBE理念，需要改革考核方式，增加學習的過程性考核比例，注重對學生實踐能力、分析與思辨能力、團隊協作能力等方面的考核。

二、基于OBE理念的課程教學改革途徑與策略

基于“以學生為中心、以能力培養為導向”的教育思想，為實現全過程和全方位育人的總體目標，課程團隊轉變教學思路，在傳授理論知識的同時，更注重方法和能力的傳授，修訂了基于OBE理念的課程教學大綱和實驗大綱，建設了課程網絡學習平臺，構建了基于全過程跟蹤反饋的教學模式。同時，依托機器人方面學科競賽，以賽促學，提升學生學習興趣，提高其學習主動性，培養學生分析解決問題和創新的能力及社會責任感。

（一）更新課程目標，提升其高階性

本課程以《東北林業大學機械電子工程專業人才培養目標》為基礎，結合本校學生實際情況，實施分層次的知識、能力和素質綜合培養，課程目標主要包括以下幾點。

1.知識目標：掌握機器人的運動學、動力學、控制技術及傳感技術等基本原理和方法，能夠用于分析機器人技術領域工程問題，為從事機器人領域工作奠定基礎。

2.能力目標：能夠確定機器人產品的設計技術路線和設計方案，針對實際問題建立機器人運動學和動力學問題的數學模型，對實際機器人的傳感器進行選型，分析理解實驗原理并獨立完成實驗，能夠根據研究需要設計實驗，編譯和調試控制程序，熟練掌握機器人編程軟件。

3.素質目標：具備獨立思考、團隊協作、分析與解決工程問題及綜合運用知識的能力，理解機器人技術的社會價值以及工程師的社會責任;在設計領域中注意追求創新，并能綜合考慮經濟、安全及環境等因素。

（二）優化教學內容與方法，重視學生的獲得感

網絡學習資源主要包括各章節學習任務與目標、授課PPT與視頻、思考與討論、參考資料、作業與章節測試題等，課程團隊結合行業發展需求，根據高階教學目標要求，重構教學內容知識體系，建設課程網絡學習平臺，將課程教學資源按章節模塊化建設，使學生自主學習。為了便于學生及時了解機器人技術前沿，課程設置了機器人應用領域視頻及學生參加相關學科競賽獲獎情況模塊，極大地激發了學生的學習興趣，增強其專業認同感和自信心。

課程以學生為中心，以能力為目標，采用混合式教學模式展開教學活動[8]，注重提升學生的獲得感。基于在線開放課程學習平臺，教師分階段組織實施教學，既包括“課前—課中—課后”環節，又包括“線上—線下”相融合。課前布置預習任務，學生通過自學和交流進行學情反饋，分享學習過程;課中通過成果展示、交流討論、答疑和互動，圍繞學習目標與任務要求展開教學活動，樂享學習成果;課后進行實踐任務學習及知識拓展訓練，培養創新意識與工程實踐能力。

1.課前線上自學階段。課前，教師發布預習任務，學生利用學習平臺進行自主學習，通過觀看知識點講解視頻等課程資源，掌握理論基礎知識，完成相關測試題，并在線進行討論互動。教師根據學習平臺統計數據分析，實時了解學生的學習情況，及時制訂調整線下教學計劃和內容，充分發揮網絡平臺的課前導學作用。

2.課中線下教學階段。在實體課堂，教師結合學生預習情況，主要講授重難點知識，并根據知識特點，組織專題討論、案例分析、翻轉課堂等多種教學活動，采用小組討論、成果展示、互動點評等方式，激發課堂活力，增強學生的參與度和獲得感。例如，在機器人前沿技術講解中，可引入軟體機器人技術研討，學生通過自主查閱資料，探討該項新技術的應用領域及發展前景;在機械結構部分，要求學生根據常見的手部結構及其工作原理，運用三維建模軟件，制作不同結構的動畫視頻，并進行展示和互評，激發學生的學習熱情，培養他們的綜合應用推廣能力，并通過教師的點評和歸納總結，引導其進行探究式學習，實現高階課程目標。

3.課后鞏固階段。課后，教師通過學習平臺發布作業、章節測試題、知識拓展學習任務、作業互評及課堂學習效果調查問卷等，及時跟蹤學生學習效果，進行教學反思。學生通過完成課后作業、章節測驗題和作業互評，進行自我測試和鞏固學習。教師通過查看平臺學生學習數據，了解學生的完成情況及薄弱環節，對學習有困難的學生給予預警和幫助，實時調整教學計劃和復習拓展內容，更新線上學習資源。

（三）構建全過程跟蹤反饋和多元化評價體系，提升學生能力

基于“成果導向”的OBE理念需要改革傳統考核方式，課程組構建了基于全過程跟蹤反饋的教學模式，一方面利用網絡學習平臺實時跟蹤學生學習情況，并及時進行預警和督學，另一方面，通過課程QQ群在每次線下授課結束后發布群投票，及時了解學生對本次課知識點的理解及掌握情況，為下次授課內容及教學設計提供參考依據;將過程性與結果性相結合，多元多主體參與，實施知識、能力和素質全方位的多元評價體系，學生全過程參與學習評價，提高課程學習的挑戰度，促進學生能力提升。例如，在課堂表現與課后作業評價環節，均采用了生生互評和師生互評，增加學生自評和互評成績比重，激發學生作為評價主體的主觀能動性，既活躍了課堂氣氛，又通過階段性評價推動了學生后續學習。

在教學全過程中均實施考核，對“課前—課中—課后”每個環節都設計評價標準，并進行多元評價，實現考核的過程性與科學性，增強考核結果的可信度，激發學生學習的積極性。將過程考核與平時考核相結合，課程成績由平時成績（20%）、調研報告成績（10%）、實驗成績（10%）和期末考試成績（60%）組成。其中：平時成績包括小組內討論（5%）、課堂提問與作業完成情況（5%）、線上學習完成情況（課程視頻學習、任務點完成情況、網絡訪問量、討論與互動、章節測試題等）（10%）;實驗成績包括實驗操作（5%）和實驗報告（5%）完成情況。通過多元化的評價方式，更加客觀地反映學生的過程性與終結性學習效果。

（四）與學科競賽相結合，學以致用

在授課過程中教師將機器人方面的學科競賽與課程緊密聯系，讓學生自己思考、查找資料、分組討論，更好地培養了其分析解決問題及團隊協作能力，極大地提高了學生的創新意識和創新能力。近年來，依托本課程，教師多次組織專業學生參加中國教育機器人大賽、中國工程機器人大賽、全國大學生工程訓練綜合能力大賽等機器人相關領域學科競賽，獲獎50余項。以賽促學，以賽促教，教學相長，通過參加學科競賽，一方面，極大提高了學生學習的積極性和主動性，開闊了眼界，增強了其實踐動手和創新能力，另一方面，提升了授課教師的專業技能和科研能力。

三、結語

在工程教育認證體系指導下，借鑒OBE理念，本文從更新課程目標，提升其高階性;優化教學內容與方法，重視學生的獲得感;構建全過程跟蹤反饋和多元化評價體系，提升學生能力;與學科競賽相結合，學以致用等方面針對“機器人技術”課程進行了探索與實踐研究。通過本課程的教學改革實踐與探索，學生的課堂參與度和活躍度有了很大的提高，其實踐能力、分析與思辨能力、團隊協作能力等方面均得到了培養;通過學科競賽，極大地提高了學生的創新意識和創新能力，提升了授課教師的專業技能和科研能力，課程教學質量和教學效果均有明顯提升。今后，課程團隊將考慮將該課程與課程思政深度融合，增加“課程思政”教學案例設計，以適應立德樹人的教育理念，培養學生的家國情懷及職業素養。同時，根據學生自身特點，以學生為中心，因材施教，對有能力的學生加大學習難度和深度、提供其參與科研機會，創建更多的實用情境，使課程質量得到持續改進和提升，為培養學生工程實踐和創新能力提供途徑和策略。

參考文獻：

[1]中國工程教育認證協會秘書處.中國工程教育認證工作指南[M].北京：中國工程教育認證協會培訓教材，2013：1-3.

[2]李三平，李健，賈娜，等.基于工程教育專業認證的機械制造工藝學課程改革[J].科教文匯，2017（6）.

[3]王桂錄，張志永.以專業導論課程為引領的成果導向式應用型人才培養模式探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2019（1）.

[4]馬文靜，張慧.基于OBE理念的《工業機器人操作與編程》教學改革研究[J].內燃機與配件，2020（11）.

[5]周浩.《機器人技術基礎》線上金課建設研究[J].科技風，?2021（14）.

[6]張彥斌，宋磊，邱明，等.面向工程教育專業認證的機器人學課程教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2017（9）.

[7]張學剛.地方本科院校《機器人技術基礎》課程中的重難點內容教學方法探討[J].攀枝花學院學報，2021（2）.

[8]李三平，王福生，張琳.基于在線開放課程的混合式教學實踐探索——以傳熱學與熱工學基礎課程為例[J].中國現代教育裝備，2021（13）.