新興技術范式下基于OBE 理念的教師教學方法創(chuàng)新與應用

顧曉薇，胥孝川，王 青，趙昀奇

(東北大學 資源與土木工程學院，沈陽 110819)

在全世界，高等教育最核心的關鍵詞是——質量。一流大學必須有卓越的教學。世界上高等教育發(fā)展的最新理念是“學生中心”。2016 年6 月，我國成為《華盛頓協(xié)議》正式成員。這標志著具有國際實質等效的工程教育專業(yè)認證的帷幕在我國已經拉開。工程教育專業(yè)認證遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心、持續(xù)改進[1]。這些理念對引導和促進專業(yè)建設與教學改革、保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質量至關重要。

成果導向教育(Outcome Based Education，簡稱OBE，亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育)作為一種先進的教育理念，已成為美國、英國和加拿大等國家教育改革的主流理念，世界一流大學都已經開始瞄準基于OBE 理念的本科教學。應用OBE 理念來進行課堂教學改革，既是進入新經濟時代，面臨采礦深部、綠色、智能發(fā)展的主趨勢，而進行的課堂教學“革命”，是成果導向教育視域下，適應新時代要求的“學生學習成果探析”的必然之舉，具有現(xiàn)實意義[2]。

一、成果簡介及主要解決的教學問題

“新興技術范式下基于OBE 理念的教師教學方法創(chuàng)新與應用”的開展是進入新經濟時代，面臨采礦深部、綠色、智能發(fā)展的主趨勢，而進行的采礦工程專業(yè)課堂教學“革命”，是成果導向教育視域下，適應新時代要求的“學生學習成果探析”的必然之舉[3]。

本項目的完成充分呼應采礦行業(yè)發(fā)展趨勢對采礦專業(yè)人才知識結構提出的新要求。項目的開展完全以目標為導向，基于OBE 理念，依據新工科人才培養(yǎng)理念與要求，系統(tǒng)梳理采礦專業(yè)知識邏輯體系，從學生主體認知特點出發(fā)，圍繞虛擬仿真教學、混合式線上、線下教學、在線開放課程、MOOC(大規(guī)模在線開放課程)、SPOC(小規(guī)模視頻公開課)和翻轉課堂等，從學習者的“學”出發(fā)，探究智慧環(huán)境下新工科專業(yè)的課堂教學模式改革;探索適應現(xiàn)代化教育教學手段的數字化、新形態(tài)的課堂教學新形式，深入推進信息技術與教育教學的深度融合，探索人工智能、云計算、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實和數據挖掘等新興技術促進教與學的方法與路徑。

二、成果內容及創(chuàng)新點

我國高等教育要奮力推進新工科研究與實踐，全面實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”2.0，大力實施產學合作協(xié)同育人，開展新工科建設的多樣化探索，探索新工科建設的新理念、新標準、新模式、新方法和新技術，打造新文化，把新工科建設作為高等教育綜合改革的催化劑[4]，推動全局性改革突破，書寫高等教育“奮進之筆”，助力我國高等教育不斷走向世界舞臺中央。

(一)成果內容

課堂教學改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)教學模式要樹立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”;構建新興工科和傳統(tǒng)工科相結合的學科專業(yè)“新結構”;探索實施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”;打造具有國際競爭力的工程教育“新質量”;建立完善中國特色工程教育的“課堂教學新體系”[5]。在上述人才培養(yǎng)總目標引領下，以OBE 理念-新型礦業(yè)經濟形勢、國際采礦技術發(fā)展、現(xiàn)代采礦人才需求為導向，結合采礦卓越工程師及新興技術范式下創(chuàng)新人才教育培養(yǎng)目標，圍繞礦產資源綠色開發(fā)、深部開采、智能采礦的關鍵需求，實施教學方法改革與創(chuàng)新。

項目的開展全面解決了傳統(tǒng)的課堂教學模式不能滿足互聯(lián)網時代的需要這一問題，將互聯(lián)網與傳統(tǒng)課堂相結合，開展基于虛擬仿真等新興技術的教學應用研究，打破了空間與時間的限制，拉近了師生、生生之間的距離，徹底改變學生學習方式和教師教學方式，實現(xiàn)了資源共享，提高了教學質量。是一場真正的教師課堂教學革命和改革風暴。

(二)成果主要創(chuàng)新點

(1)建立課程思政、OBE 新理念，讓課程優(yōu)起來。遵循學生中心，目標導向，持續(xù)改進的教育、教學新理念;深入挖掘課程和教學方式中蘊含的思想政治教育元素，讓課程思政全面走進專業(yè)課堂，推動課程思政的理念在全體課程組老師中形成廣泛共識，每門專業(yè)課均有課程思政的元素貫穿課程始終，構建全員全方位育人大格局，建設適應新時代要求的一流本科教學，讓課程優(yōu)起來、效果實起來。

(2)建立基于OBE 理念的課堂教學新體系。傳統(tǒng)教育是學科導向的，它遵循專業(yè)設置按學科劃分的原則，教育模式傾向于解決確定的、線性的及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(tǒng)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(yè)的需求。成果導向教育遵循的是反向設計原則，其“反向”是相對于傳統(tǒng)教育的“正向”而言的[6]。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(yǎng)目標，由培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求，再由畢業(yè)要求決定課程體系。它是反向設計、正向實施，“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。課程組新的教學方法、教學設計始終貫穿OBE 理念。教師對自己的課堂要明確“我們想讓學生取得的學習成果是什么？為什么要讓學生取得這樣的學習成果？如何有效地幫助學生取得這些學習成果？如何知道學生已經取得了這些學習成果？”從而基于成果導向的需求，建立起明確有指向的課堂教學體系。

(3)課程內容與時俱進，體系化、時代化。課程內容依據學科前沿與社會發(fā)展需求動態(tài)更新知識體系，研究分析新經濟對采礦專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，更新課程體系和教學內容，在課程內容上推動高新技術與采礦專業(yè)的知識、能力、素質要求深度融合，課程內容結構符合學生成長規(guī)律，契合課程目標，教學資源豐富多樣，體現(xiàn)思想性、科學性與時代性(圖1)。

圖1 社會發(fā)展背景下的露天開采發(fā)展方向

(4)改革教學方法，課堂活起來，學生忙起來。課堂教學是人才培養(yǎng)的主渠道、主陣地，充分利用信息技術創(chuàng)新教學模式和教學手段，形成新的教學環(huán)境和教學氛圍。教育改變人生，網絡改變教育。“互聯(lián)網+教育”、信息技術與教育教學深度融合，將引發(fā)更為深刻的教與學的變革。教學團隊制作一系列采礦工藝過程的三維動畫多媒體教學課件，同時，結合教學內容，讓學生自己動手制作采礦工藝過程的三維動畫，這種主動式、參與式的基于問題的學習過程，充分鍛煉學生們解決復雜工程問題的能力，讓學生們動起來、忙起來;制作現(xiàn)場實際生產過程虛擬仿真教學軟件，形成采礦工藝多媒體交互式教學系統(tǒng);基于院、校、國家網絡平臺，搭建采礦專業(yè)網絡學習平臺;利用MOOC、虛擬仿真實驗課、精品資源共享課、學堂在線以及雨課堂等先進教學網絡平臺和手段輔助教學，實現(xiàn)翻轉課堂教學;此外，邀請企業(yè)、行業(yè)專家走進課堂，走近學生，以學生的實際需求為目標開展有針對性的課堂教學。新的教學方法讓課堂徹底活起來。

(5)利用“人工智能+教育”“互聯(lián)網+教育”創(chuàng)新線上線下混合式教學新模式。充分利用信息技術和現(xiàn)代教育手段，探索“人工智能+教育”“互聯(lián)網+教育”教學模式，開展基于虛擬仿真的教學應用研究。教學組開發(fā)了虛擬仿真實驗課程，不僅實現(xiàn)了線下教學的“智能+教育”，同時基于ilab 仿真網絡實驗平臺，學生可以在線上自己動手，應用課堂學到的知識，對露天礦山進行虛擬仿真優(yōu)化設計，做出設計及計劃方案，既深化了對所學知識的理解、鞏固了知識的掌握，真正提升了教學效果，也解決了教師教與學生學模式的創(chuàng)新問題。

(6)創(chuàng)新實踐教學，開辟課程設計和畢業(yè)設計的新路徑。課程組老師開發(fā)的虛擬教學軟件，除應用于正常教學，軟件還可用于課程設計和畢業(yè)設計，在有限的時間里提高設計水平，鍛煉設計能力。新的教學模式和手段的開發(fā)在新冠肺炎疫情爆發(fā)的特殊時期，對教學發(fā)揮了極其重要的助力作用，彰顯了教學方法改革的重要性。學生在家里，通過線上課程的開放，隨時隨地接受教師指導，完成自己想要的設計方案和結果，真正培養(yǎng)了學生應用所學知識解決實際問題的能力和獨自確定參數、方案的技術決策能力。創(chuàng)新了實踐教學新路徑。

(7)探索基于OBE 理念的科學評價新體系。課程組教師基于OBE 理念，以激發(fā)學習動力和專業(yè)志趣為著力點完善過程評價制度。加強對學生課程內外、線上線下學習的評價，提升課程學習的廣度與高階性。加強研究型、項目式學習，豐富探究式、論文式和報告答辯式等作業(yè)評價方式，提升課程學習的深度，突出課程的創(chuàng)新性，增加課程的挑戰(zhàn)度。

(8)新的教學方法實現(xiàn)了5 個轉變、7 個提升。新的教學方法讓教學從灌輸課堂轉變?yōu)閷υ捳n堂、從封閉課堂轉變?yōu)殚_放課堂、從知識課堂轉變?yōu)槟芰φn堂、從重學輕思轉變?yōu)閷W思結合、從重教輕學轉變?yōu)榻讨饔趯W;讓課程有了新的提升：理念新起來、課程優(yōu)起來、教師強起來、課堂活起來、學生忙起來、制度嚴起來、教學熱起來。

三、成果推廣應用情況——以東北大學資源經濟學及采礦學課程教學為例

依托教學方法創(chuàng)新和改革，建設的課程教學模式：線下雨課堂教學、虛擬仿真實驗教學，線上教學，線上、線下混合式教學成果在本專業(yè)、本學院、本學校、本學科及本領域均取得到很好的應用，效果顯著。

2016 年，資源經濟學及采礦學課程組教師基于兩門課程遼寧省精品資源共享課的前期建設成果開始著手進行MOOC 建設。根據學生學習反饋，進一步調整教學內容，修剪視頻，完善試題庫，在討論區(qū)設置更為廣泛的討論話題，更加注重引入與國際接軌的前沿知識等。

2017 年，資源經濟學及采礦學課群獲得東北大學MOOC 建設立項，并于3 月正式上線，兩門課程首次上線選修人數即達到5 000 余人。

2019 年1 月經過持續(xù)建設，兩門課程分別被評為國家精品在線開放課程。在新冠肺炎疫情期間，兩門課程除在大學MOOC 平臺開放外，在“學習強國”平臺上線開放，滿足全國的學習者線上學習的需要，為本領域線上開放教學做出了貢獻。兩門課程7 個學期的線上注冊學習人數共計20 116 人，具有很好的推廣、應用效果。

此外，2018 年開始課程組根據專業(yè)設課的實際需要，將金屬礦床露天開采課程單獨進行慕課建設，并于當年建設完成，于2019 年正式上線，該課程經過三個學期的上線運行，選課人數達到1 500 人，目前，課程組教師正在積極準備該門課程的國家精品開放課程的申報工作。此外，采礦學、資源經濟學兩門課參評2019 第二屆最美慕課評選，網上投票總計達到50 萬;依托金屬礦床露天開采課程開發(fā)的金屬礦床露天開采虛擬仿真實驗，一經上線，總瀏覽、學習人數達到10 萬人次，在參評國家虛擬仿真教學項目網上評議，學習者打分為5 分。

成果應用數據表明，教學方法的創(chuàng)新與改革不僅解決怎么講好課的問題，同時實現(xiàn)了知識的傳遞和推廣，提升了教學手段和方法的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。中國礦業(yè)聯(lián)合會、中國工程教育認證專家古德生院士、冶金工業(yè)出版社、遼寧工程技術大學、遼寧科技大學及北京科技大學等認為顧曉薇教授負責的教學改革項目、教材編著、資源共享課及網絡教學平臺建設、課堂教學等體系完善新穎、教學方法和教學手段先進、成果顯著，特色鮮明，創(chuàng)新性強，在本領域內達到國內先進水平，具有廣闊的推廣前景。

四、結束語

當前，世界范圍內新一輪科技革命和產業(yè)變革加速進行，綜合國力競爭愈加激烈。國家實施創(chuàng)新驅動發(fā)展、《中國制造2025》戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議等，以新技術、新業(yè)態(tài)、新產業(yè)為特點的新經濟蓬勃發(fā)展，要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，加快新工科建設，助力經濟轉型升級[7-10]。新工科以新經濟、新產業(yè)為背景，新工科的建設，要求高校一方面要設置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，另一方面要推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新[11]。采礦工程專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，隨著礦業(yè)經濟全球化、一體化發(fā)展，以及“一帶一路”國家發(fā)展倡議新經濟形勢下，采礦工業(yè)正朝著綠色開發(fā)、深部開采和智能采礦方向拓展，礦業(yè)人才培養(yǎng)更應緊隨國際潮流，輸送出具有創(chuàng)新性、復合型的國際人才。

因此，東北大學采礦工程專業(yè)露天開采教學組的教師們，在多年教育改革成果基礎上，以構建創(chuàng)新型國家和社會需求為導向，按照教育部培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新工程人才的總體要求，充分借鑒世界先進國家采礦工程專業(yè)高等工程教育的成功經驗，引入先進的教育教學理念，發(fā)揮產學研合作教育傳統(tǒng)與優(yōu)勢，創(chuàng)新工程教育模式，實施采礦工程專業(yè)“新興技術范式下基于OBE 理念的教師教學方法創(chuàng)新與應用”綜合改革。教學方法的改革與實施是時代的要求，是新工科背景下提高教學質量和人才培養(yǎng)質量的有力支撐。本項目改革成果，也必將為相關高校礦業(yè)學科及其他專業(yè)課堂教學方法改革，一流金課建設提供指導和借鑒意義，項目特色鮮明，創(chuàng)新性強具有非常廣泛的應用前景，積極的示范和推廣效應。