基于OBE理念的自動化專業軟件類課程群教學改革探索

陳丹丹 張秀宇 劉玉秋 韓曉菊 祝國強

摘要自動化是國家現代化水平的重要標志，在國家智能制造和“雙碳”目標背景下，自動化專業人才的需求日益緊迫。特別是人工智能、大數據等新一代信息技術與自動化的高度融合，使得軟件能力成為自動化人才的核心競爭力。文章從自動化專業軟件類課程群的建設入手，以OBE理念為指導，積極探索自動化專業人才程序設計能力培養的新模式。

關鍵詞 OBE理念；自動化專業；軟件類課程群；教學改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.023

自動化是工業、農業、國防和科技現代化的重要標志。自動化專業學科跨度大，適應面廣，在國家智能制造和“雙碳”目標背景下，社會對自動化專業人才的需求日益緊迫[1]。此外，人工智能、大數據等新一代信息技術與自動化的高度融合，使得軟件能力成為自動化人才的核心競爭力[2]。在此大背景下，電力行業向更智能化、高效化方向發展。東北電力大學自動化工程學院（以下簡稱“我院”）的自動化專業以電力行業為依托，強化自動化專業人才的軟件能力，已成為培養高素質復合型的“新工科”人才的戰略之舉。OBE（OutcomeBasedEducation，成果導向教育），強調學生的主體地位，更注重對學生能力的培養。本文基于OBE理念，從自動化專業軟件類課程群的建設入手，推進軟件類課程的教學改革，積極探索自動化專業人才程序設計能力培養的新模式。

1國內外軟件類課程的現狀及存在的問題

縱觀國內外開設的軟件類課程，大多各自為戰，缺乏軟件類課程體系的全盤考慮，缺少先進的課程體系模式，相關課程前后銜接不緊密，不利于培養學生軟件方面系統化的框架設計思想和思維模式。存在的問題主要體現在：①軟件類課程授課內容陳舊，不能及時和國外接軌。②軟件類課程授課方式落后，大多重視軟件理論或技術，輕實踐與創新，缺乏針對軟件系統設計思想的培養。③考試方式落伍、模式單一，考核標準多以知識考核為主，缺乏對學生能力達成度的評價體系，不利于激發學生的學習興趣和動力，對學習效果的監測和反饋不及時。④培養體系中對核心能力的培養不突出，無法體現OBE強調能力本位的內涵，不能有效培養學生適應未來不確定性的能力。⑤理論脫離實際，缺少具有明確應用背景的具體案例，導致學生使用軟件解決問題的工程軟件設計及使用能力不足，無法滿足培養高素質復合型的“新工科”人才的需要[3]。

2自動化專業軟件類課程群教學改革思路

2.1確定課程群的能力成果，修訂教學大綱

傳統的教學大綱強調學習內容，OBE理念更側重能力成果。因此，軟件類課程群教學改革的首要任務，是在傳統課程大綱中增加學習該課程后要具備的能力成果。這就需要根據專業人才培養方案，了解本專業人才培養目標、畢業要求，確定課程群中各課程的學習教學目標和能力目標，建立課程群與畢業要求的支撐關系矩陣。修訂教學大綱的過程中要注重梳理教學內容與預期學習成效、制訂合理的課程目標達成度評價標準，為順利開展教學活動，提高教學質量提供有力保障。必要時，可根據實際情況，打破以教材為依據的傳統[5]。同時，要善于挖掘課程中包含的思政元素，將國家榮譽、家國情懷、工匠精神等元素有機融入教學大綱中，達到“潤物細無聲”的效果。

2.2分析培養對象的特點，確定能力培養模式

本科培養方案共四年8個學期，不同階段培養對象的特點也不同。因此對于學生軟件能力的培養，可以基于程序設計的基本要素，分階段逐步、有序地增強學生的程序設計及軟件開發能力。采用“分而治之”的思想，按階段細致打磨，反復錘煉，更能有效達成能力成果。

2.3選擇合理的教學方式，開展任務驅動教學

OBE理念強調落實學生的主體地位，更關注學生學習的輸出。軟件類課程可以改變以教師輸入為主的教學方式，在課上開展任務驅動教學。設置分級能力驅動任務，包括：基礎型、驗證型、設計型和綜合拓展型，分層次逐步提升學生能力。

2.4融合先進的教育技術手段，釋放教與學的能量

隨著互聯網技術的快速發展，學習通、雨課堂等現代教育技術手段應運而生。這些專業的學習平臺能夠面向智能手機、平板電腦等智能移動終端，將現代教育技術手段融入PPT、微信等教師和學生常用的教學軟件和APP中，將傳統的課前、課上、課后等環節賦予了全新的體驗，最大限度地釋放了教與學的能量，真正做到了課堂互動永不下線，能夠有效推進課程的教學改革與實踐[5]。

2.5引入多元化的評價體系，有效衡量學生能力的達成度

基于OBE理念的教學改革始終圍繞學生的學習效果實施，傳統的以評價試卷為主的考核方式，已不再適合衡量學生能力目標的達成度。多元化的評價方法包括線上線下學習成果的考核，以及根據學生的不同能力水平，制訂個性化的評定標準，不以成績評判學生，適時地給予激勵措施，促使學生自主學習并實現學習成果。同時設計階段性的考評機制，按學習進程分階段考核，每一個階段均是上一階段的升華，學生在階段考核過程中能力逐步提升，不斷獲得階段性成果的滿足感，學習興趣得到激發，學習效果顯著增強，最終達成相應的能力目標。

3自動化專業軟件類課程群教學改革的具體措施

3.1構建以“軟件技術基礎”為核心的自動化專業軟件類課程群

軟件類課程群的構建并不是幾門軟件類課程簡單的相加性組合，而是要明確各門課程的定位，探尋各課程之間的內在聯系，統籌制訂教學大綱，整合教學內容。此外，課程群內的各課程目標要相互支撐，從而實現群內課程多維度、多層面的有效融合[6]。

“軟件技術基礎”課程是我院自動化專業的學科基礎課。課程主要講授線性表、棧和隊列、樹、圖等常用的數據結構，研究數據結構的內在邏輯關系及其在計算機中的存儲表示。此外，課程還涉及軟件工程概述以及排序、查找等算法設計內容。該課程重點培養學生的算法分析與設計能力，在自動化專業軟件類課程群中起著承上啟下的重要作用，其向前與“C語言程序設計”銜接，向后為“微型計算機原理及接口技術”“計算機網絡技術”等專業主干課奠定基礎。因此，課程組在明確了“軟件技術基礎”的核心地位及群內各課程的能力成果后，將自動化專業軟件類課程群分為基礎知識類、程序設計與技術類、工程實踐類三個類別。其中基礎知識類課程包括“C語言程序設計”“大學計算機基礎”，程序設計與技術類課程包括“軟件技術基礎”“微型計算機原理及接口技術”，工程實踐類課程包括兩門理論課：“計算機網絡技術”“虛擬儀器”，以及兩個實踐環節：“計算機控制系統課程設計”“軟件類設計實訓”。

3.2設計“4+3+4”程序設計能力培養模式

“4”即構成程序設計的四個基本要素：計算思維、算法設計、程序設計與實現和系統分析能力。“3”即能力培養的三個階段：啟蒙入門階段，發展提高階段和開發應用階段。“4”即四個階段的培養對象：大一、大二、大三和大四學生。該培養模式將課程群中的核心課程及實踐環節按照程序設計的四要素分階段對培養對象進行能力培養。

啟蒙入門階段以知識積累為主，培養對象為大一新生，主要培養程序設計四要素之計算思維，將軟件類課程群中的基礎知識類課程納入該培養階段。

在發展提高階段，主要進行程序設計課程的學習，培養對象為大二學生。課程群中程序設計與技術類課程納入該培養階段。具體地，在第3學期主要進行課程群中“軟件技術基礎”課程的學習，在第4學期主要進行“微型計算機原理及接口技術”課程的學習，該課程除了講授單片機等微機原理基礎知識外，還涉及匯編語言及C51語言相關的知識。該階段重點培養四要素之算法設計及程序設計與實現能力。

在開發應用階段，主要進行軟件開發實踐，培養對象為大三、大四學生。該階段重點培養四要素之系統分析能力，學生在該階段主要完成群內工程實踐類課程的學習與實踐。

3.3引入基于OBE理念的“任務驅動”教學方法

OBE理念更注重學生的輸出及學習效果。培養方案中的畢業指標是宏觀的概念，在課程層面考核學生的學習效果更為具體。“任務驅動”是指對畢業要求指標點進行柔性分配，并將之融入課程群內的具體課程中，設計與之相匹配的有實際應用背景的案例驅動項目。任務驅動分階段設置，以達到不同層次的能力目標。針對我院實際情況，課程組設計了以智能家居為背景的實際工程案例，以此培養和提高學生的軟件設計與開發能力。該任務驅動案例分成三個階段，第一階段要達成的能力目標為隊列及哈希查找的應用，需在“軟件技術基礎”課程教學中完成案例驅動；第二階段要達成的能力目標為智能主機硬件開發，包括最小系統、電源電路、通信電路、時鐘電路、掉電存儲電路、高頻屏蔽以及定時器等應用，需在“微型計算機原理及接口技術”課程教學中完成案例驅動；第三階段要達成的能力目標為服務器平臺軟件部署、智能終端、TCP/IP協議的應用、HTTP網絡協議與本地服務通信等，需在“計算機網絡技術”“虛擬儀器”課程教學中完成案例驅動。

3.4采用“多維度混合式”的現代教學手段

“多維度混合式”是指借助先進教育技術手段多角度、全方位地調動學生的積極性。如：利用雨課堂布置課前預習和課上練習，利用學習通布置課后作業、小測驗以及拓展實訓項目等。此外，課程組基于C#語言自主開發了在線判題系統，學生可以在課后利用該平臺自行練習C/C++編程，該平臺可以幫助學生糾正軟件設計開發過程中常出現的編譯錯誤、運行超時以及程序輸出格式錯誤等問題。

3.5采用“多元化+階段性”的考核方式

合理的課程考核方式及評價體系更能有效衡量能力成果。以“軟件技術基礎”課程為例，新的評價體系分為6個階段：課前預習、課上練習、課后作業、階段性測試、討論小組驅動任務以及期末考試。其中，課前預習和課上練習在雨課堂完成；課后作業在學習通完成；階段性測試通過在線判題系統完成；討論小組驅動任務主要是以小組為單位的實訓項目編程作業，并在課程結束后一周提交完整的軟件代碼、項目設計說明書及相關講解視頻。同時，要求小組成員提交對該實訓項目的個人工作貢獻度，該貢獻度將作為階段性考核成績的關鍵參考因素。期末考試的形式為筆答考試或大作業，具體可根據實際情況靈活調整。

4結語

在OBE理念的引領下，課程組構建了以“軟件技術基礎”為核心的自動化專業軟件類課程群，探索了自動化專業人才軟件能力培養的新模式。“任務驅動+多維度混合式”的先進教育技術手段，多角度、全方位地調動了學生學習的積極性，對遞進式提升學生軟件綜合能力效果顯著。全新的考評體系可動態跟蹤每名學生的學習狀態，及時反饋學習效果。軟件類課程群教學改革將OBE理念貫穿始終，首先明確軟件類課程最終要達到的能力成果，反向設計教學方法和考評機制，階段性地監測學習效果，再根據反饋結果調整教學手段和內容，最終達成預期的能力目標，真正讓學生受益。

*通訊作者：陳丹丹

基金項目：2022吉林省高等教育教學改革研究課題“基于OBE理念的自動化專業軟件類課程群教學改革與實踐”（JLJY202277648960）；東北電力大學教學改革研究課題“基于OBE理念的自動化專業軟件類課程群教學改革探索”（JX2133）。

參考文獻

[1]胡堃，鄧先明.“雙碳”目標驅動下電氣工程及其自動化專業人才培養模式探究[J].煤炭高等教育，2022，40（2）：128-132.

[2]于微波，楊宏韜，董博.新工科背景下自動化專業人才培養方案研究與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估）， 2021（10）：1-2.

[3]張文會，閻春利，馬振江.工程教育專業認證背景下專業課程群建設研究與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2021（10）：3-5.

[4]張玉艷，韓希昌，高慶忠，等.基于OBE理念的自動化專業人才培養模式改革與實踐[J].沈陽工程學院學報（社會科學版）， 2021（3）： 114-118.

[5]學堂在線.學堂在線推出智慧教學工具——雨課堂[EB/OL]. https：//www.tsinghua.edu.cn/info/1176/27603.htm.

[6]李小智，丁長松，劉偉.計算機專業軟件類課程群協同育人策略研究[J].計算機時代，2021（11）：94-96.