基于OBE理念的機器人視覺課程成效評價體系設(shè)計

趙嵐 杜一君

摘? 要? 針對機器人視覺課程的特點與教學(xué)要求，結(jié)合應(yīng)用型本科教育培養(yǎng)目標(biāo)，以O(shè)BE理念為指引，綜合當(dāng)今新型社會需求，設(shè)計課程成效評價方法。將學(xué)生自我認(rèn)知評價納入課程成效評價體系，完成基于綜合評估法的評價指標(biāo)模型建立，形成該模型下的指標(biāo)權(quán)重設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞? OBE理念；機器人視覺；課程成效評價；層次分析法；德爾菲法

中圖分類號：G642.475? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）12-0075-03

Abstract? According to the characteristics and teaching re-quirements of robot vision course， the course effectiveness evaluation method is designed combined with the training objectives of application-oriented undergraduate education，?guided by the concept of OBE， integrating the needs of todays?new society. Students self-awareness evaluation is incorpo-rated into the curriculum effectiveness evaluation system， the?establishment of the evaluation index model based on the com-prehensive evaluation method is completed， and the index weight design scheme under the model is formed.

Key words? concept of OBE; robot vision; curriculum effec-tiveness evaluation; analytic hierarchy process; Delphi me-thod

0? 引言

OBE即基于成果導(dǎo)向的教學(xué)[1]，其教學(xué)活動的開展都要以學(xué)生能力的培養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)為宗旨，并以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為驅(qū)動力，持續(xù)改進教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。自2016年加入《華盛頓協(xié)議》組織，我國工程教育改革加大步伐，各大高校紛紛開始將工程教育理念融入教學(xué)中，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核辦法等方面開展一系列教學(xué)改革。其中如何構(gòu)建課程成效評價方法，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的科學(xué)化規(guī)范化評估，是OBE教學(xué)理念實踐過程中需要解決的重要問題。本文以南京工程學(xué)院自動化學(xué)院機器人視覺課程為例，探討納入學(xué)生能力自我評價的課程成效評價方法。

1? 當(dāng)前機器人視覺課程成效評價方法存在的不足

機器人視覺是面向機器人工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，具有知識覆蓋面廣、實踐應(yīng)用性強的特點，屬于前沿技術(shù)課程，其定位對學(xué)生的綜合知識和應(yīng)用能力提出比較高的要求，不僅需要學(xué)生具有機器人技術(shù)和機器視覺等領(lǐng)域的專業(yè)知識，具備解決實際問題的能力，而且需要學(xué)生具備較強的自學(xué)能力、良好的創(chuàng)新意識以及較高的社會和人文素養(yǎng)。

機器人視覺課程的成效評價主要由過程考核與結(jié)課考核兩部分組成。過程考核關(guān)注學(xué)生在理論課程學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，包括課堂參與度、課后自主學(xué)習(xí)時長和頻次、課后作業(yè)完成情況等方面。結(jié)課考核則是對學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題能力的綜合性評價，能檢驗最終學(xué)習(xí)成效。目前，過程考核和結(jié)課考核的權(quán)重主要還是任課教師依據(jù)以往經(jīng)驗值或者主觀判斷來制定，對任課教師的主觀因素依賴性過強。這種權(quán)重設(shè)計方法在科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性方面略顯不足。另外，評價過程沒有考慮學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體這一重要因素，學(xué)生沒有參與評價，不符合以學(xué)生為主體的OBE理念。因此，目前的課程成效評價方法存在評價不全面的問題，以此方法得到的評價結(jié)果往往不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

2? 基于OBE理念的機器人視覺課程成效評價方法

由于課程評價體系是一種多指標(biāo)多層次的評價體系，因此可以通過德爾菲法[3]和層次分析法[2]將評價問題分解為多指標(biāo)的若干層次，根據(jù)教師和學(xué)生對各個指標(biāo)的重要性定性排序，設(shè)計每一個層次的評價指標(biāo)權(quán)重。

2.1? 評價指標(biāo)的確定

評價指標(biāo)的確定采用德爾菲法，又稱為專家咨詢法。通過分析參考文獻，研究評價指標(biāo)體系和實踐類課程的評價標(biāo)準(zhǔn)，初步構(gòu)建由四個一級指標(biāo)和八個二級指標(biāo)構(gòu)成的評價體系；然后咨詢同行業(yè)專家，根據(jù)他們的經(jīng)驗對第一輪初步擬定的指標(biāo)進行篩選和重要性判斷，采用平均數(shù)、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和重要性來衡量指標(biāo)的重要程度；將第一輪的指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)反饋給專家，專家根據(jù)反饋的信息修改各自觀點，并進行第二輪討論……如此反復(fù)，直到專家意見基本一致，最終確定圖1所示課程成效評價指標(biāo)及評價體系的層次結(jié)構(gòu)模型。

模型分為三層，從上往下分別為目標(biāo)層、一級指標(biāo)層和二級指標(biāo)層。目標(biāo)層為課程總評成績，三個一級指標(biāo)包含過程考核、期末考核以及自我認(rèn)知評價。對于每個一級指標(biāo)可進一步細(xì)化指標(biāo)內(nèi)容。其中，過程考核包括課堂表現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)、平時作業(yè)情況等三個二級指標(biāo)。結(jié)課考核由項目設(shè)計結(jié)果以及項目報告完成質(zhì)量等兩個二級指標(biāo)組成。

2.2? 運用層次分析法設(shè)計評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

從課程成效評價模型可知，總評成績由過程考核、結(jié)課考核和自我評價三部分組成，各部分權(quán)重的大小將采用層次分析法建立。首先，根據(jù)評價模型構(gòu)造判斷矩陣來確定各層次指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。以評價模型中的一級指標(biāo)層的過程考核、結(jié)課考核、自我評價這三個指標(biāo)為例，說明層次分析法確定權(quán)重的過程。將一級指標(biāo)層的這三個指標(biāo)作為層次結(jié)構(gòu)模型中準(zhǔn)則層的三個指標(biāo)，綜合專家建議、教師和學(xué)生投票，確定三個指標(biāo)點之間兩兩比較的重要性比值，得到如下判斷矩陣：

元素aij表示第i個指標(biāo)相對于第j個指標(biāo)的重要性比值，這個值使用的是Saaty的1～9標(biāo)度方法，如表1所示。該判斷矩陣的最大特征值為3，對應(yīng)的特征向量進行歸一化處理之后為[0.3? 0.54? 0.16]。一致性檢驗可以通過計算判斷矩陣的一致性指數(shù)來確定。本文中的判斷矩陣的一致性系數(shù)CI=0.005，通過一致性檢驗，是可接受的結(jié)果。因此，得到課程評價體系的三個一級指標(biāo)的權(quán)重分別為：過程考核占30%，結(jié)課考核占54%，自我評價占16%。

以同樣的方法可以得到每個一級指標(biāo)下的二級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。過程考核的三個二級指標(biāo)的權(quán)重均為10%，結(jié)課考核的兩個二級指標(biāo)的權(quán)重分別為30%和24%。每個課程目標(biāo)對應(yīng)的三級指標(biāo)的分值（百分制）以及指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

3? 考核方式及成績評定

3.1? 過程考核

過程考核主要評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)態(tài)度，三個評價指標(biāo)分別為課堂表現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)和平時作業(yè)。其中課堂表現(xiàn)以教師評價為主，以學(xué)生互評為輔。考核方式是以小組為單位在課堂上進行課題研究成果匯報和展示，教師根據(jù)現(xiàn)場表現(xiàn)給小組打分，小組成員之間根據(jù)研究過程和成果展示中個人的貢獻和表現(xiàn)進行互評打分。自主學(xué)習(xí)和平時作業(yè)的考核方式則更為客觀，自主學(xué)習(xí)以超星學(xué)習(xí)通等在線學(xué)習(xí)平臺統(tǒng)計的學(xué)生的學(xué)習(xí)時長和學(xué)習(xí)頻次進行評分，平時作業(yè)則以完成度以及正確率為客觀依據(jù)進行評分。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是豐富多樣的，不同的學(xué)生會有不同的學(xué)習(xí)方法，從而產(chǎn)生不同的學(xué)習(xí)結(jié)果。傳統(tǒng)的目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)業(yè)評價將評價的目標(biāo)框定在教師認(rèn)為的重要的有限的范圍內(nèi)，削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。過程性評價則將視野投向?qū)W生的整個學(xué)習(xí)經(jīng)驗領(lǐng)域，認(rèn)為有價值的學(xué)習(xí)結(jié)果都應(yīng)該得到肯定的評價，這樣做能極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)自主性。

3.2? 結(jié)課考核

結(jié)課考核要求學(xué)生能綜合運用所學(xué)的視覺采集、圖像處理、相機標(biāo)定、機器手眼標(biāo)定等理論知識以及視覺處理軟件Halcon、視覺庫OpenCV來進行系統(tǒng)集成，解決機器人視覺中的測量、抓取等實際問題。OBE理念強調(diào)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，設(shè)計選題多樣化，涉及機器視覺案例中的多個典型應(yīng)用，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇合適的題目來完成。結(jié)課考核以教師考核為主，對設(shè)計方法、設(shè)計結(jié)果、設(shè)計答辯和設(shè)計報告質(zhì)量進行評價。

3.3? 自我評價

核心能力和課程目標(biāo)達成情況自我評價以問卷形式通過超星學(xué)習(xí)通平臺發(fā)放。在廣泛收集學(xué)生對課程知識點掌握情況和相關(guān)工程能力是否具備的自我評價之后，將問卷結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)分值，按該指標(biāo)對應(yīng)權(quán)重納入課程總體成效評價體系。學(xué)生在結(jié)課考核后，將根據(jù)一學(xué)期以來的學(xué)習(xí)成果，對比分析期初和期末的知識水平提升情況與核心能力達成程度，進行自我評價。

以機器人工程專業(yè)18級為例，結(jié)課問卷通過超星學(xué)習(xí)通向機器人工程2018級兩個班89名學(xué)生發(fā)放，一共有82名學(xué)生參與問卷調(diào)查，其中女生占15%，男生占85%。問卷內(nèi)容主要包括課程目標(biāo)的達成度自我評價，以及OBE理念涉及的十項核心能力（溝通能力、創(chuàng)新意識、批判性思考、集成開發(fā)、全球視野、人際關(guān)系、領(lǐng)導(dǎo)能力、終身學(xué)習(xí)、解決問題、團隊精神）的自我評價。問卷中的十項核心能力按照畢業(yè)指標(biāo)點進行細(xì)化，包括設(shè)計開發(fā)集成能力、溝通能力、團隊合作、創(chuàng)新意識等。要求學(xué)生根據(jù)李克特量表進行1～5級評分[4]，1～5級分別代表非常不同意、不同意、不確定、同意、非常同意。將學(xué)生的自我評價等級按10分制換算，1～5級評價分別對應(yīng)2、4、6、8和10分。學(xué)生將十項核心能力的自我評價得分累加，即為該指標(biāo)的最終得分。

對十項核心能力的自我評價，持肯定和非常肯定回答的學(xué)生人數(shù)占比如圖2所示。從學(xué)生自我評價可以看出，學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)成果的達成度整體上認(rèn)識較好，對自己的核心能力素養(yǎng)的評價都較高。隨著知識和能力的積累，學(xué)生對自身知識能力素質(zhì)的認(rèn)知越來越清晰，間接反映出基于課程評價的學(xué)生學(xué)習(xí)成果達成度評價具有一定的科學(xué)性和合理性。

4? 結(jié)束語

根據(jù)OBE教學(xué)方法，探討機器人視覺課程的課程成效評價方法。為了更加合理全面評價課程成效，應(yīng)用德爾菲法和層次分析法建立課程成效評價體系，有助于教師從多個角度全方位地評價學(xué)生專業(yè)核心能力，檢驗教學(xué)成效，更好地發(fā)現(xiàn)和解決教學(xué)難點問題。另一方面，將學(xué)生的自我認(rèn)知和學(xué)習(xí)反饋作為課程成效評價指標(biāo)納入評價體系，建立教師考核評價與學(xué)生自我認(rèn)知評價相結(jié)合的雙重評價機制，將過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合、定性評價與定量評價相結(jié)合、統(tǒng)一評價與個性評價相結(jié)合，實現(xiàn)評價目標(biāo)多元化、評價手段合理化。實踐證明：學(xué)生自我認(rèn)知反饋能夠明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高對工程實踐能力的理解和認(rèn)識，進而激發(fā)學(xué)習(xí)動力，更好地實現(xiàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻

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[3] 王澤穎，趙啟斯.基于德爾菲法和層次分析法的微課評價指標(biāo)體系的構(gòu)建[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2016，15（7）：65-67.

[4] 沈文珺，桑棋，陶加強.基于李克特五分量表法的體驗營銷對顧客滿意度的影響研究[J].市場周刊，2021，34（8）：75-78.