信息化背景下基于OBE-BOPPPS模式的系統工程教學改革研究

張惠，李西洋

（石河子大學，新疆石河子 832000）

隨著數字化和人工智能技術的發展，信息獲取更加便捷，知識更迭日益加快[1-2]。系統工程廣泛應用于航空航天、國防軍事、智能制造等領域，且取得了較好的效果。作為一門跨越多個學科領域的方法性和綜合性的技術科學，如何使系統工程課程的教學既滿足社會和時代發展的需要，培養適應性較強的創新型高素質人才，又滿足不同潛質學生的需求，適應大學生的身心發展和個體差異，是系統工程課程在教學改革中需要解決的問題[3-5]。

OBE 理念是以學生為中心，以學生學習產出為導向，對課程教學目標和相關評價體系進行反向設計[6]。BOPPPS 模式是基于學習心理學和認知心理學理論的一種靈活、高效和富有創造性的課堂教學設計模式[7]。通過OBE 理念與BOPPPS 模式的結合，可以更高效地完成對系統工程課程目標和內容的梳理，借助信息化技術，形成 “需求調研—目標制定—教學實施—考核評價—效果反饋—教學改進”的系統工程課程改革閉環框架，幫助教學者精準掌握學生動態和行業/企業需求，設計出具有針對性和科學性的教學方案，促進師生互動，增強學生自主學習能力。

1 信息化時代下系統工程課程特點

系統工程課程涉及多個學科和領域的知識，系統工程實施需要綜合考慮社會、經濟、環境、技術等多方面因素，以追求全局最優解，學生需要具備較為全面的知識和技能[8-9]。信息化時代的到來，在為課堂帶來了更多可能的同時，也為系統工程教學帶來了挑戰。分析信息化時代系統工程課程和學生特點，有助于實現個性化、精準化的教學設計，打造高效的課堂環境。具體分析如下。

1.1 系統工程知識在各領域應用廣泛

信息化時代使學生對新技術和社會變革帶來的社會、政治、經濟、環境、科技、文化等多個方面熱點問題的關注度提高。系統工程課程知識體系涵蓋了多門學科的理論、方法和技術[10]，在解決復雜問題和推動社會進步方面發揮著重要的作用，與熱點問題密切相關。同時，這些熱點問題也為系統工程教育提供了實際的學習和應用場景，使學生能夠更好地理解和應用所學知識，以便更好地應對未來的挑戰和機遇。

1.2 學生對獲取信息與系統工程知識的關聯缺乏深度和廣度

在信息化時代，學生獲取與系統工程課程相關的知識和信息的渠道更加多樣化、方便、靈活。然而，信息量越來越大，大學生需要篩選、分辨信息來源及其真實性，獲取有效知識和信息的難度加大[11]。另外，大學生對信息的理解可能傾向于淺層次和零散化，忽略了這些信息與系統工程課程知識的關聯性，缺乏系統工程知識銜接實際應用的深度和廣度，且缺乏全面認識。

1.3 課程教學需要激發學生的求知欲

系統工程課程教學內容繁雜，抽象概念和數學計算較多，學生存在學習難度大等問題。此外，系統工程涉及多個學科領域，需要學生具備良好的自主學習能力，能夠不斷學習和掌握新的知識和技能，以適應社會經濟和工程項目的快速發展和變化[12]。這要求教師具備高水平的理論素養和信息化教學技能，能夠將學生感興趣的熱點信息進行處理加工，并自然而然地融入系統工程課程教學中，使教學內容設計更加生動有趣、更具針對性和實踐意義，從而提高學生的學習興趣、參與度和持續學習的動力。

2 基于OBE-BOPPPS 模式的系統工程課程教學改革探索

2.1 課程改革設計思路

傳統的系統工程大多是學生依據教材的內容，按照步驟進行操作[13]。學生過于關注結果，未能在系統建模、評價、決策等過程中深入融合專業其他課程相關內容，也未能實現與專業其他課程相關知識的相互驗證。這不利于學生系統思維和系統分析能力的培養，也導致學生缺乏將理論知識聯系實際的意識。

OBE-BOPPPS 的教學模式是基于社會和行業對系統工程人才的需求，從宏觀到微觀進行課程目標的分級制定，將課程目標設計與教學過程設計緊密結合，將系統工程知識與生產實際、其他專業課程知識相融合，助力學生專業知識體系的構建和綜合能力的培養?；贠BE-BOPPPS 模式的系統工程課程教學改革分為5 個步驟，如圖1 所示。

（1）對行業需求系統工程人才能力的調研?；贠BE 理念，通過調查問卷、企業座談及文獻分析等方式，將行業對系統工程人才的能力需求轉化為高校系統工程課程能力培養目標，以確保培養目標與行業需求的精準匹配。

（2）明確課程培養目標。從專業人才能力培養目標出發，反向設計系統工程課程內容體系。將系統工程課程內容劃分成知識模塊，并對知識模塊逐一分解、細化，使其轉化為更具體、實時性更強、更易測量的指標點。

（3）構建“前置理論課程→系統工程→后置課程”的知識體系。通過剖析系統工程課程所需的前置專業課程理論知識點，以及后置課程對課程理論知識和實踐能力的需求，構建系統工程課程知識體系，不僅可以將系統工程課程更好地融入專業方法體系，也能有效增強學生對系統工程課程的認可度和成就感。

（4）構建課程教學改革保障體系。教學改革的順利實施需要對教學對象、實施團隊、考核方式、課程資源等進行分析和優化。一是分析學生特點，把握學生學習需求，精準激發學生學習能動性。二是組建創新型教學團隊，積極與企業開展座談、產學研合作，推進系統工程課程目標與產業/行業需求對接、課程內容與職業標準對接、教學過程與生產實踐對接。三是考核體系注重開拓創新，探索知識傳授與價值引領相結合的有效路徑，結合“線上+線下”模式，將診斷性評價、過程性評價和期末考核有機融合，進而建立科學可靠的系統工程課程評價體系。四是建立高質量、多樣化的教學資源庫，如課程媒體素材庫、試題庫、案例庫、精品作業庫等，并持續更新，以滿足不同層次學生對課程內容預習、測試、知識拓展等方面的學習需求。

（5）將形成的教學改革模式進行更廣泛的推廣應用。

2.2 課程教學改革具體實施

依據OBE 理念設計系統工程課程教學目標，結合BOPPPS 教學模式進行具體實施。針對信息化時代系統工程的教學特點，利用在線平臺，如雨課堂、學習通、慕課等，實現課前、課端、課中、課尾和課后的學習任務發布、解惑答疑、知識拓展、案例分享、效果反饋等[14]。以系統工程課程“3.4 狀態空間模型”為例進行教學改革實施，具體情況如下。

2.2.1 引入

為激發學生的學習興趣，課程導入內容需富有吸引力，可通過案例、微課視頻、互動討論的方式引入。

2.2.2 目標

根據調研后置課程對系統工程課程的知識需求和行業應用情況，從知識之間的主次、邏輯等關系確定重難點，制定全方位、可測量的評價指標和考核方式。示例中，通過課程學習，使學生了解狀態空間模型的定義、構成和應用場景等方面的知識，并能夠使用該方法在不同領域進行系統分析（重點），掌握狀態空間模型的建立方法（難點）。

2.2.3 前測

根據學生的學科背景，結合雨課堂、學習通、MOOC 等在線平臺，線上測試學生對動態系統研究方法、變量、差分和微分等知識的掌握情況，制作微課視頻“彈簧—質量—阻尼系統（SMD）”狀態空間模型，并在線下就微課內容提問，精準掌握學生知識基礎，通過微課引申使學生對教學內容由陌生到熟悉。

2.2.4 參與式學習

利用學生關注的熱點信息設計案例分析、角色扮演、互動游戲等，開展形式多樣的討論互動活動。讓學生分享關注某熱點問題的原因、該問題與系統工程知識的聯系等，教師在學生答案的基礎上進行知識啟發和引申。此外，以小組為單位討論問題，培養學生以發展的眼光分析問題。

2.2.5 后測

通過信息化教學平臺，以后測環節檢驗學生對知識和技能的掌握程度，及時反饋，幫助學生了解自己的學習情況和優劣勢，也便于教師調整后續教學內容。后測除了常規性的知識點練習測試外，還涉及企業實踐案例分析，分小組選擇進行某產品裝配質量、產品銷售量和企業人才資源等預測研究，并邀請企業專家共同點評。

2.2.6 總結

注重學生知識、技能和態度的統一，運用思維導圖、課堂總結、線上平臺討論等方式，引導學生對于系統工程課程知識的內化、深化。同時，教師總結反思教學效果，了解學生的反饋和建議，及時更新系統工程的內容和方法，持續優化基于OBE 理念的系統工程課程教學目標和知識體系。

2.3 課程改革實施效果

通過石河子大學在線教育綜合平臺和雨課堂，課題組對2019 級工業工程專業2 個班級共64 人開展了基于OBE-BOPPPS 的系統工程課程教學改革實踐。課前、課堂測試各16 次，共計312 道題，制作了23 個微課，小組案例分析任務5 個，綜合匯報1次。進行課改前后的教學效果縱向對比分析（如圖2 所示），與傳統教學方式下2018 級工業工程專業68 名學生的系統工程成績對比分析，學生優秀率、良好率分別提高了4.87%、13.97%，不及格率下降了4.23%。通過對比教學改革前后學生學習成效自我評價調查問卷結果，2019 級有96.87%的學生認為課程對于激發自身學習熱情，提升自主學習、自主探究和合作溝通等能力的效果良好，而2018 級此項占比僅為80.88%。OBE-BOPPPS 教學改革成效良好，主要原因在于：該模式下課程目標與社會人才需求精準匹配，且經過細化分解，學生對各知識點的實踐應用認知更清晰、學習目標更明確。另外，信息化工具的應用，使過程性考核數據記錄更加完整，學生的學習動態和成果反饋更加及時，教師教學思路和策略的調整更具有針對性。

圖2 教改前后學生成績對比分析

基于OBE-BOPPPS 的系統工程課程教學改革是一個持續改進的過程，后續還需跟蹤學生對于該課程知識在后置課程學習、相關領域工作的應用效果，不斷調整優化。

3 結論

隨著信息技術的快速發展，系統工程在實踐中越來越復雜。為幫助學生更好地適應社會變化和解決生產實踐問題，本文提出基于OBE-BOPPPS 模式的系統工程課程改革方案，制定符合行業需求的課程培養目標，詳細設計教學全過程，構建教學改革實施保障體系，實施效果表明：基于OBE-BOPPPS 模式的系統工程課程教學改革能夠激發學生的興趣和學習能動性，切實提高教學質量，對其他學科的教學改革有一定的參考意義。