基于“OBE＋思政”理念的基礎機器人課程建設與改革

覃 勇，徐 詠，唐毓納，楊程鈞

（河池學院 人工智能與制造學院，廣西 河池 546300）

隨著我國新工科、新醫科、新農科、新文科的建設和“工業4.0”藍圖的出爐，社會對人才的衡量標準和現實要求也在不斷提高。傳統教育強調“教師教什么”，其體系很大程度上依賴于標準化流程，即學生在特定時間、特定地點，參加由一位老師主講的課程或講座。顯然，傳統教學模式已不能滿足現今的需求，大部分學校在調整和改革人才培養模式及課程體系。以學生為中心的成果導向教育（Outcome－Based Education，簡稱“OBE”）理念已經成為一種全球教育教學趨勢，基于OBE理念的混合教學模式引起了教育教學領域的廣泛關注［1］。對比傳統教育理念，OBE理念強調“學生學到什么”，它是以學生為中心，結合學生實際情況，通過課程、自學和實踐使學生最終掌握知識、技能和價值的一種教育模式。在新一輪科技革命、新一代人工智能（Artificial Intelligence，簡稱“AI”）和“中國制造2025”的推進過程中，地方本科高校作為培養工程人才的主要陣地，正積極以OBE教學理念開展高等教育教學改革和全面提高教育教學質量，滿足地方經濟發展需要，并為地方提供更多高素質人才［2］。

學生的學習成果是國際工程教育公認的質量標準，OBE就是一種基于學習成果輸出的教育模式，它要求確定教育的輸出，明確培養什么樣的人，注重學生的學習經驗和成果轉化，弱化了教師所提供的課程質量。我國教育規模長期位居世界第一，為了提高人才培養質量，適應國家、社會和經濟發展需要，增強人才的適應能力和競爭力，2006年國內開始探討工程教育專業認證，直到2016年簽署《華盛頓協議》才標志著國內全面啟動工程教育專業認證工作，“以學生為中心”“OBE”“持續改進”的教育理念和認證標準體系逐漸融入高等教育過程之中［3－4］。目前，我國各高校積極參與工程教育專業認證工作，廣大教師也對此工作展開了積極的探索與實踐。截至2022年底，全國共有321所普通高等學校2 385個專業通過了工程教育認證，涉及機械、電氣等24個工科專業類［5］。

2020年，《高等學校課程思政建設指導綱要》正式發布，其強調“把思想政治教育貫穿人才培養體系，全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量”［6］。廣西壯族自治區教育廳積極行動，制定并出臺了《全面推進廣西高等學校課程思政建設的實施意見》，部署在全區高校所有學科專業中構建全面覆蓋、類型豐富、層次遞進、相互支撐的課程思政體系，帶動廣西高校教師提升課程思政建設能力。在高校課程建設和改革過程中融入思政內容，加強課程思政建設，踐行“三全育人”理念，有利于培養學生的社會主義核心價值觀，引導學生將實現個人價值與國家發展、民族復興、人類福祉緊密相連。

綜上所述，課程思政的目標是培養具有習近平新時代中國特色社會主義思想的有“德”學生；基于OBE理念的工程教育教學的目標是培養具有工程素養和國際視野的應用型人才。在當前工程教育專業認證改革背景下，如何培養學生成為“德”“才”兼備，“德”“學”雙修的高素質應用型人才，對發展國家科學技術和地方經濟，搞好工程建設，提高人民生活質量有著重要意義和深遠影響。基礎機器人課程是電氣工程及其自動化專業的基礎課程之一，它為后續專業課程的學習提供實踐基礎，在人才培養方案和課程體系中具有不可替代的作用。因此，基礎機器人課程如何結合OBE和課程思政，如何重新確立培養目標，如何分解畢業要求指標點，如何持續改進專業課程目標、教學內容和評價體系，是目前培養“德”“才”兼備的地方應用型人才面臨的主要問題和重要挑戰。

一、融入“OBE＋思政”理念的電氣工程及其自動化專業人才培養方案

《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》《工程教育認證標準》《電子信息與電氣工程類專業補充標準》對電氣工程及其自動化專業的培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍和支持條件等有明確的要求［7－8］，其中課程目標是畢業要求的基礎，畢業要求是培養目標的重要體現，畢業要求指標點決定著課程目標。對比歐美發達國家的工程教育認證標準，我國的普通高等學校本科工程教育認證標準增加了愛國敬業、改革創新和艱苦奮斗等社會主義接班人必備的素質，強調了工程應用、工程素養和工程實踐能力，內容更加豐富、完善，也更符合國情，例如培養工程意識、協作精神，工程設計能夠考慮環境、法律和倫理等制約因素。

在高校“三全育人”工作中，人才培養是一個至關重要的環節。對于電氣工程及其自動化專業，地方高校需要根據工程技術發展、行業需求和學校定位等來確定人才培養方案，從而培養出具有科學創新思維、知識面廣、工程實踐能力較強和有終身學習能力的工程應用型人才。河池學院電氣工程及其自動化專業自2012年開設以來，在辦學基礎條件、師資隊伍建設、教學科研水平以及人才培養質量等方面均有了較大提升，現已成為具有一定亮點的廣西區級特色專業和廣西區級一流本科專業。隨著工程技術的不斷發展進步和工程教育認證的不斷推進，電氣工程及其自動化專業作為工程領域的一個重要范疇，受重視程度逐漸提高。同時，該專業的人才培養也存在一些問題，例如分解指標點中思政內涵模糊、課程支撐缺乏系統性、思政能力指標對應的考核方式不合理、畢業要求評價體系和綜合實踐思政要素缺乏等［9］。為迎接新工業革命的挑戰和培養復合型新型工程人才，結合社會主義辦學方向、學校專業發展定位和專業內涵式建設，融入“OBE＋思政”理念的電氣工程及其自動化專業人才培養指導方案的總體結構，如圖1所示。

圖1 融入“OBE＋思政”理念的電氣工程及其自動化專業人才培養指導方案

該人才培養指導方案中的內外需求包括：國家和社會發展需要、市場和行業職業要求、學校定位和發展、學生個人和家庭期望。一個專業的人才培養計劃是否成功，關鍵是要建立可以達到和評估的人才培養目標，例如專業就業崗位、畢業生應該具備的專業技能和素質等。人才培養目標是電氣工程及其自動化專業學生在畢業5年后能夠達到的職業高度和專業成就。通過對企業單位、授課教師、畢業生和在校生等相關人員的問卷調查和深入訪談，我們認為，此專業人才培養目標可增加的價值和情感目標主要包括：第一，綜合運用電氣工程及其相關學科的基礎理論、專業知識和工程技術標準，解決電力工程設計與系統、裝備制造、自動化與控制和機電控制工程等方面的復雜工程問題，在工程實踐中體現創新能力；第二，運用電氣工程及其相關行業的安全法規、法律知識和專業能力解決本領域設計、制造和工作中出現的問題，能夠評估電氣工程的成效和影響；第三，具備良好的人際交往能力，能夠從法律、倫理、社會、環境和經濟等角度管理電氣工程項目；第四，能夠應用專業知識服務國家、廣西和河池地方，具備科學情懷、工程師素質和使命擔當精神；第五，具備前沿視野和可持續發展理念，能夠愛崗敬業和攻堅克難，具有較強的工程實踐能力和創新精神。

基礎機器人課程是河池學院電氣工程及其自動化專業的一門必修基礎實踐課程，一般開設在大學一年級。該課程通過兩輪小型機器人的制作、設計和PBASIC編程［10］2，培養學生的科學邏輯、編程思維、開發實踐等能力。按照工程教育認證標準，電氣工程及其自動化專業的學生畢業要求有12條，與基礎機器人課程相關的矩陣點是其中的第二點“問題分析”和第三點“設計開發解決方案”。經過專業課程思政要素分解，融入課程思政的畢業要求指標點分別為：指標點2.4，能運用基本原理，借助文獻研究，分析電氣工程設計、應用和自動化過程的影響因素，獲得有職業道德、有社會責任感和科學有效的結論；指標點3.1，掌握電氣工程及其自動化領域工程設計和產品開發全周期、全流程的基本設計、開發方法和技術，通過家國情懷和可持續發展理念了解影響設計目標和技術方案的各種因素。

二、構建基于“OBE＋思政”理念的基礎機器人課程

河池學院基礎機器人課程瞄準電氣工程技術智能化發展方向，根據人才培養方案，以基礎機器人技術為主線，以學生為中心，貫通“OBE＋思政”理念。專業課程建設和改革是人才培養的“主戰場”，建設一門能通過工程教育認證和能培養學生創新實踐能力的課程不是一蹴而就的，應該從充分了解學生情況、具有特色的課程目標、課程建設與教學設計、教學效果檢驗和評價等方面著手。

（一）充分了解學生情況

OBE理念在高等教育中快速發展的重要原因，就是其以學生為中心，強調學生的個人進步和學習，側重學生實現預期的學習效果。實現這個目標需要教師充分了解本專業、本行業和學生的情況，搞清楚“世界等待什么，中國需要什么，廣西承擔什么，河池能做什么，河池學院學生該學什么”。目前，河池學院電氣工程及其自動化專業學生，對基礎機器人課程充滿期待和興趣，但缺乏對課程學習的連續性；對課堂傳授的機器人知識和編程技巧好奇且積極聆聽，但部分學生缺乏自主性；部分學生基礎薄弱，課后的擴展工程實踐效果不太理想。

（二）具有特色的課程目標

課程目標是社會行業需求、學校發展定位和專業人才培養的集中體現，是結合地方特色、學校定位、學院發展、專業目標和學生學情等各方面因素，充分評估學生的知識、素質和能力之后而科學制定的。作為一所廣西區內生源比例高達78%、貧困生較多、學生基礎較差的地方應用型本科院校，河池學院根據專業人才培養目標和結課學生的反饋意見，對畢業要求指標點2.4和3.1支撐的融入思政要素的課程目標進行了優化。其中，融入嚴謹求實和工匠精神的“課程目標1”是對畢業要求指標點2.4的支撐，而支撐畢業要求指標點3.1的是緊扣河池產業需求的“課程目標2”。具體如表1所示。

表1 基礎機器人課程目標

（三）課程建設與教學設計

為響應國家對未來新型人才的培養需求，解決當前畢業生的能力與行業需求不匹配問題，我們需要不斷參考借鑒優質課程資源，優化基礎機器人課程結構。基于“OBE＋思政”理念的基礎機器人課程建設，包括教學大綱、教學計劃、教學課件等相關內容，著力建設符合學生發展狀態和學習需要的、具備地方特色的實驗實踐資源，使課程內容由淺入深、循序漸進和生動有趣，包含較多的促進學生思考的素材。例如，引入韋拔群、黃庭堅等名人事例，引出“自主導航無人駕駛”“模擬嫦娥五號月球探測”“惡劣邊境巡防”等機器人綜合應用實訓項目。

此外，教學設計應合理分配教學時數，明確每次課的教學目標，選擇合適的課程思政教學資源，采用能達到教學目標和教學效果的教學方式方法。根據人才培養方案和教學大綱，河池學院基礎機器人課程共32學時，其中課堂上重難點問題的分析和講解是24學時，配套的實驗與實踐環節是8學時。為落實專業課育人要求，學生課外需完成線上線下的預習、討論、復習、測試和作業等學習任務，提升他們精益求精的工匠精神和嚴謹求實的優良作風。

在課程思政內容設計方面，以機器人技術發展作為切入點，穿插我國機器人、5G和芯片等自主研發典型事例，增強學生的責任感和使命感。同時，注重引導學生向業界前輩學習，主動服務廣西，主動服務河池，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

（四）教學效果的檢驗和評價

學生學習和成果產出是一個復雜的過程，需要不斷持續改進才能實現預期的效果。教學評價使教育教學過程的輸入、輸出、相互聯系的因果關系和依賴關系形成一個閉環回路［11］，使教育教學過程可以被檢查、追蹤、復查和評價。基礎機器人課程以學生為中心，以產出為導向，不以筆試成績作為學習成果的最終評價標準，而是強調把學生積累的學習成果、學習經驗作為評判成績的重要指標，鼓勵和動員學生自覺學習。同時，此課程把學生學習效果檢驗作為評價教學效果的一部分，包括學生會說、學生會做、學生會教等內容，最終學生成果的產出包括學習的心得、體驗和學習效果的提高、互助互學氛圍的養成。

三、基于“OBE＋思政”理念的基礎機器人課程教學實施

課程建設有助于解決專業同質化問題，課程質量是工程教育專業認證的核心，若課程建設開展得很好，卻無法落實到教學，則難以達到教書育人效果。課程建設最重要的是理念，教學實施最重要的是方法，目前我國工程教育專業認證的“最后一公里”是將OBE融入課程中［12］。如何建設好課程教學這個“主渠道”，如何落實好“OBE＋思政”理念、方案及有關改革措施，如何開展好“三全育人”工作以實踐立德樹人根本任務，是教育工作者需要迫切解決的問題。電氣工程及其自動化專業人才培養強調育人和育才相統一，突出學生的內部驅動力，培養具有解決復雜工程問題能力和工程實踐與創造能力，綜合素質高的工程師。因此，在基礎機器人課程的教學實施過程中，河池學院以工程教育專業認證為導向，有機融入“OBE＋思政”理念，落實電氣工程專業技能培養目標，塑造和增強學生的自信心、職業素養和行為習慣。

（一）以工程師專業能力為導向，融合電氣智能化知識，充分利用現代化教育技術，促進學生主動學習

電氣工程既是一個學科交叉的專業，又是一個高度實用的行業，其要求畢業生具備訓練有素的工程人才技能以及解決工程問題的創新能力、管理能力和實踐能力。傳統的教學過于注重書本知識的學習和掌握，忽視現實社會和工程實踐相關知識的應用，難以指導學生形成創造性思維，較難達到電氣工程師的要求。河池學院根據人才培養方案、畢業要求和課程目標，以工程師專業能力為導向，把握理論課中學生積極性和學習效率的變化，注重每課之間、章節之間內容的關聯，科學授課，精講課程重點和難點，引導學生明了該學什么，學到什么程度，注重使用老知識解決新問題，培養學生善于發現新規律。

河池學院基礎機器人課程的教學實施落實立德樹人根本任務，以學生學習成果產出為目標，基于工程教育專業認證工作，融合電氣智能化知識，理論和實踐相結合，加強思政教育，擴展課外技能，提升學生的工程實踐能力。學院根據學生的個體差異設計個性化教學，為每個學生提供合適的學習機會，完成具有挑戰性的組合式任務，強調學生學習過程和過程成果，關心培養學生的綜合素質和能力。通過一些能讓學生實踐的工程案例，例如機器人組裝、觸覺導航和紅外線導航等，引導學生分析和解決問題，充分調動學生學習機器人的積極性。通過線上線下混合式教學活動，促進學生運用知識解決實際問題，把重點放在幫助學生主動學習知識和技能，以便學生實現明確的預期結果，提高成就感，鍛煉學生獨立分析問題和解決問題的能力。

（二）以工程項目和問題學習為核心，協同理論與實踐，培養學生工程思維能力

對于電氣工程及其自動化專業的學生來說，基礎機器人課程要求他們能夠靈活運用機器人系統的設計與編程技巧，故采用項目教學法將知識傳授、能力培養及思想教育相結合，實現教學目標、教學內容、教學方法、教學手段及教學效果的深度融合與有效創新。不同于傳統的課堂教學，此課程教學以工程項目和問題學習為核心，學習任務為明線，知識與技能、素質培養為暗線，教師作為項目和問題探討的協調人，發揮指導作用，提出具有挑戰性的任務，利用示范、評價和反饋，使學生能夠集思廣益和積極思考，使用已經掌握的知識解決實際工程問題，協同理論與實踐，幫助學生實現預期的學習效果，促使學生學習和應用新知識，不斷改進、不斷優化。通過企業和學院教師合作設計的項目式教學方法和問題式教學方法，例如機器人迷路時的人工智能決策、如何計算運動距離等，學生可以更好地實現對知識的理解和遷移，逐步演繹和分析問題，發現其內在規律，設計并實現兩輪小型機器人系統，完成預定項目任務，培養學生的工程思維能力。

（三）改革考核與教學評價方式，注重過程評價，充分肯定學生成長

傳統考試是一種單一的總結性評價方式，其缺乏評價系統性、評價過程性和評價診斷性。河池學院基礎機器人課程基于OBE理念，基于以培養目標、畢業要求和課程目標為持續改進基準的三循環評價與改進模型［12］，采用形成性評價和總結性課程考試相結合的考核方式。其中，課程目標形成性評價采用課程過程評價法進行評價和測試教學效果，注重學生的學習態度和過程，對學生學習過程中的每一個環節進行評價，充分肯定學生的成長，給予學生更多的獨立思考機會，培養學生良好的學習能力。

為建立面向產出的課程教學評價機制，河池學院基礎機器人課程目標與課程考核的關系如表2所示，課程目標的達成度通過總結性課程考試成績（占60%）和平時成績（占40%）綜合而來。平時成績分數由線上學習與作業、課堂表現與學習態度、基本功能實驗與報告和綜合應用實踐構成。線上學習與作業成績占40%，課堂表現與學習態度成績占20%，基本功能實驗與報告成績占20%，綜合應用實踐成績占20%。其中，線上學習與作業成績中，課程參與占10%，練習與作業占20%，隨堂測試占20%，章節測試占20%，互相探討占30%。采用全過程、形成性和總結性的綜合教學評價方式可以引導學生解決問題，挖掘學生的興趣，激發學生的內在動機，使學生積極參與學習，改變傳統教學中學生被動學習的狀況。

表2 基礎機器人課程目標與課程考核關系

（四）落實校企合作，推進企業項目課程化，深化產教融合、協同育人

依托廣西高校系統控制與信息處理重點實驗室和廣西區級電氣虛擬仿真實驗教學中心，河池學院與企業共建達到行業水平和工程教育專業認證標準的創新實踐教學實驗室，在課程教師和企業員工指導下，讓學生參與企業項目工程，鞏固學生所學的基礎理論和專業知識，為學生提供貼近實際的工程實踐機會。此外，河池學院還結合新一代智能電氣工程行業的需求，持續深化校企合作。例如，河池學院與廣西南丹南方金屬有限公司和廣西盛隆冶金有限公司等展開校企合作，組建“愛匯百變河池學院機器人技術研發中心”等校企合作平臺，鼓勵企業工程人員參與課程建設與教學。由企業工程人員和課程教師將工業化、自動化、智能化的企業工程項目內容整合到專業課程教學與實踐中，強調理論與工程實踐并重，以學生成果產出為導向，融合實踐教育、思政教育和工程教育，開展綜合性項目式實踐教學，培養學生的科學基礎、工程素養、創新實踐能力和工匠精神。

四、基于“OBE＋思政”理念的基礎機器人課程教學實踐效果

河池學院基礎機器人課程，是電氣工程及其自動化專業基于“OBE＋思政”導向創新實踐的一門專業基礎課程，2020年12月獲得學校課程思政示范課程建設項目立項。經過課程教學實施和實踐改革，此課程入選中國通信工業協會2021年“課程思政示范課”。同時，此課程所支撐的研究與實踐成果《地方高校工科專業“三三式”人才培養模式探索與實踐》，獲得2021年廣西高等教育自治區級教學成果一等獎。2022年，此課程骨干教師參加“余姚杯”首屆中國高校智能機器人創意大賽，榮獲三等獎。此外，近3年以來，學生參加中國教育機器人大賽，榮獲特等獎2項和一等獎4項；學生參加2022 RoboCom機器人開發者大賽CAIR工程競技賽道全國總決賽奪寶奇兵自動賽，榮獲三等獎。我們對基礎機器人課程融入“OBE＋思政”理念的教學效果進行了評估，課程教學目標達成情況如表3所示。

表3 基礎機器人課程教學目標達成情況

電氣工程及其自動化專業基礎課程設置的合格標準達成度為70%。從近3年課程目標達成度來看，“課程目標1”和“課程目標2”的達成度逐步提升，但仍有一定的優化空間，尤其是“課程目標2”對應的教學內容側重實踐操作，但評價考核相對比較抽象，難以體現教學內容的特點，可進一步豐富機器人綜合應用實訓項目，優化教學內容和評價方法，持續改進此課程教學。

五、結語

為落實全國教育大會精神，培養具有愛國敬業、使命擔當、大國工匠精神和工程素養的“德技雙馨”高素質應用型人才，河池學院電氣工程及其自動化專業在2016年引入OBE教學理念，2019年全面推進專業課程思政建設，2020年在工程教育專業認證工作的基礎上，基礎機器人課程提出了融入“OBE＋思政”理念的課程建設與教學改革。課程改革以學生學習產出OBE為核心，結合工程教育認證要求，有機融入思政育人，構建基于“OBE＋思政”的教學新模式。實踐證明，基于“OBE＋思政”理念的基礎機器人課程建設與改革，提高了課程教學的實效性和協同性，促進了電氣工程及其自動化專業學生的全面發展，有效支撐了專業工程教育實施和認證工作。