基于OBE教育理念的“物聯網控制技術”課程教學改革與探索

孫瀾瀾

摘要：課程層面的教學改進是與學生最貼近、最直接的教學質量改進。引入OBE教學理念，對“物聯網控制技術”課程進行了課程教學改革的研究與探索，從學生、教學模式以及教學評價三個方面進行學情分析，找準教學痛點，圍繞教學目標，對課程的教學方式、教學內容以及課程評價方式進行改進，通過線上線下混合式教學、增設教研講壇、細化學生考核方案，健全課堂評價等方法，實現課程質量持續改進與教學質量的不斷提升。

關鍵詞：OBE；課堂教學改革；混合式教學；物聯網控制技術

一、前言

2019年教育部發布了《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》（簡稱《意見》），《意見》中將全面提高課程質量作為提升教學質量的重要一環，要求著力打造一批國家級和省級“一流課程”“金課”[1]。這意味著本科教學改革的目光已經向課堂教學設計轉移[2]。

物聯網工程專業是典型的交叉學科，涉及計算機、自動控制、通信等多個領域[3]。“物聯網控制技術”是面向物聯網工程專業高年級學生開設的必修課程，以實用工程案例為切入點展開教學，使學生掌握物聯網控制理論基礎知識，具備對復雜控制系統分析、設計、優化的能力，能夠運用所學知識，研究和解決物聯網控制技術相關領域的復雜工程問題，提升學生在多學科背景下的溝通、協作能力[4-5]。

“物聯網控制技術”課程內容具備多學科課程交叉、課程知識抽象復雜、實操要求高的特點。經過調研發現，學生普遍對理論知識接受度低、仿真能力弱、對課程不感興趣，教學改進刻不容緩。

課堂教學是教師教的活動與學生學的活動的集合，提升課堂教學質量的難點在于將兩類活動有機結合在一起，實現教學相長的良性循環。成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）是美國學者斯派蒂（Spady，William G）于20世紀70年代提出的一種教育哲學思想[6-7]，吸納了人本主義心理學、企業質量管理等思想，逐漸形成了“以學生為中心”“注重結果導向”和“持續改進”三大鮮明教育理念[8]。該教學理論在北美、歐洲等地區有很大的影響力[9]，為提升“物聯網控制技術”課程教學質量，采用OBE教育理念，對課程進行教學改革與探索，經過三輪教學，教學質量有明顯提升。

二、課程特點與學情分析

（一）課程特點

“物聯網控制技術”課程具有兩方面的特點。

1.多學科交叉，學習門檻高

需要學生具備扎實的“數字電路”“模擬電路”“信號與系統”“電子信號處理”等先行課知識。

2.理論知識密度大

課程涵蓋了經典控制、現代控制以及智能控制三大控制理論，涉及大量復變函數、模糊函數推導以及算法仿真，對學生的數學功底以及編程能力都有一定要求。

（二）學情分析

為能夠有針對性地對課程進行教學改革，采用問卷調查的形式，從教學對象、教學模式、教學評價方式三個維度對課程教學質量進行學情分析。

從教學對象看，課程在第五學期開設，該階段學生專業基礎理論功底較扎實，數學功底較強，具有一定獨立思考的能力和較強的求知欲，接受新鮮事物能力強。但學生對復變函數、模糊函數的掌握程度普遍較低，存在課堂上能聽懂，課后不會用的情況。

從課程教學模式看，主要采用以教師為主導的線下教學模式，基于教材脈絡進行授課。授課過程中往往呈現“滿堂灌”的現象，未能凸顯學生主體地位，導致大多數學生學習不積極主動，教學質量明顯下降。

從課程評價體系看，對學生和課程的評價方法較為單一。教學過程中，只重視靜態評價，對動態、可視化、發展性評價的重視度不夠，缺少第三方評價，導致對學生、課程的評價均不全面、準確，也無法為課程質量持續改進提供準確方向。

從上述分析可見，當前教學中存在以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心的問題，學生的主體地位不能凸顯，評價不夠細化。

三、OBE理念下的課程目標

OBE在實行過程中注重采用“強調頂峰成果、反向設計”的思路規劃培養方案。延安大學物聯網工程專業自設立之初，就一直緊隨專業認證腳步，按照三要素設計培養方案時，將“物聯網控制技術”定位為專業核心課程，在課程體系與畢業要求關系矩陣中，課程與工程知識、設計與開發解決方案、研究三個畢業要求呈現強支撐關系。根據培養方案，基于OBE理念，反向設計課程目標。

課程目標1（對應畢業要求：工程知識）：掌握物聯網控制系統的基本概念，常見控制算法與改進方法，能夠進行控制系統分析、解釋與優化、掌握常見控制裝置的工作原理與應用、計算機控制系統可靠性設計方法以及可靠性提升措施。

課程目標2（對應畢業要求：設計與開發解決方案）：能夠根據實際工程問題，選擇和采用控制理論方法，設計合理的物聯網控制系統，做系統的可靠性設計與驗證。

課程目標3（對應畢業要求：科學研究）：形成以實踐檢驗真理的唯物主義觀點，培養嚴謹、務實、求真、勇于探索和創新的科學精神，激發學生科研興趣。

四、OBE理念下的課程教學改革

針對上述教學痛點，堅持以學生為中心、以結果為導向、持續改進的OBE理念，從教學內容、教學模式、考核方式三個方面進行教學改革。

（一）教學內容改革

1.教學內容重構，補齊短板

“物聯網控制技術”課程專業性強，只有學生具備堅實的復變函數、信號與系統基礎、電子電路等儲備知識，教師才能夠順利開展課程教學。課程原授課內容分為課程導入篇、控制算法篇、設計與應用篇三部分。為了做好課程知識的順利斜接，在課程導入篇后，加入工具箱載入篇，對重難點基礎知識進行有的放矢的講解，補齊基礎知識，保證課程順利銜接，有力擊退學生恐懼心理，徹底解決公式推導課上看不懂、課下不會應用的問題（見表1）。

2.結合教學內容，開設教研大講堂

為引導學生關注物聯網控制技術發展動向，激發其科研興趣，結合課程內容創辦教研結合大講堂。該講壇一方面由教師主導，配合教學進度，精選優秀論文、最新科技知識，用通俗的語言給學生講解，擴展學生視野。另一方面，以學生為主導，將學生分組，要求其根據興趣自行查找科研論文，并以小組形式匯報講解，在鍛煉科研思維與自主學習能力的同時，學生最大限度地參與到教研大講堂中，提升學生參與的積極性。

（二）教學形式的改革

授課形式從線下教學改為線上線下混合式教學，將節省出的線下教學時間，一部分用來搭建聚焦重難點知識精講、細講的互動式課堂，另一部分提升學生的MATLAB仿真能力。

本次改革依托愛課堂平臺中西安理工大學劉丁科研團隊的“自動控制理論”精品課程，開展線上線下混合式教學，使學生自行完成線上學習，帶著思考進入線下課堂的學習，進而促成線下課堂形成問題導向授課方式，教師將更多的精力放在對重難點的講授上，形成有效的課堂互動。

從學情分析看，學生在MATLAB仿真中存在短板，線上線下混合式教學可以幫助線下課程節約出一部分時間，從而在課堂上進行仿真實驗的演示和講解，提升學生仿真能力。

（三）考核形式的改革

之前課程考核只含有對學生的考核評價，其中平時作業占比30%，期末考試占比70%。這種靜態的、以教師為主體的評價方式不能全面、立體地展現學生的學習情況，更不利于全面評價課堂教學情況，形成有效教學反思與持續改進。針對該問題，從對學生的評價、對課程的評價、對教師的評價三個方面建立了立體的教學評價體系。

對學生的評價體系中，降低考試、作業等靜態評價占比，提升動態評價占比，具體考核占比分布見表2。

通過問卷調查收集學生對課堂質量、授課教師的評價與建議，形成了立體的教學質量評價系統，評價結構見表3，以便形成對課堂教學的反思、對教師教學的反思，最終推動課程教學質量的持續改進。

五、教學改革效果

截至目前，課程改革已經進行了3輪，共涉及三個年級、163名學生，開課情況、調查問卷收發統計情況見表4。課程的各項目標達成度進行計算。

經過三年的持續改革，三類課程目標達成度均有明顯提升，其中課程目標1達成度提升了8.82%，課程目標2達成度提升了5.13%，課程目標3達成度提升了3.53%（見圖1）。

六、結語

為提高“物聯網控制技術”課程的質量，依據OBE理念，對“物聯網控制技術”課程從教學內容、教學方式以及考核評價方式三個方面進行改革與探索。經過三輪改進，課程教學質量明顯提升，各課程目標達成度逐年提高。由此可見，基于“以學生為中心、以結果為導向、持續改進”的OBE理念，進行課程改革探索是有益的，值得逐漸范式化，在其他課程的教改工作進行推廣。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見[EB/OL].[2019-10-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html.

[2]張男星.以OBE理念推進高校專業教育質量提升[J].大學教育科學，2019（02）：11-13+122.

[3]王甜，李霄，李曉芳，等.新工科背景下物聯網工程課程建設探索與實踐——以“物聯網工程規劃與設計”課程為例[J].物聯網技術，2023，13（09）：151-155+158.

[4]郭斌，王柱，於志文，等.智能時代的物聯網工程專業課程體系改革探索[J].計算機教育，2023（03）：124-129.

[5]陳俊彥，何倩，雷曉春，等.面向物聯網方向的創新創業人才培養方法探究[J].計算機教育，2024（03）：161-164.

[6]Maureen Tam，Outcomes-based approach to quality assessment and curriculum improvement in higher education[J].Quality Assurance in Education，2014，22 （02）：158-168.

[7]夏歡歡，Hamish Coates.“雙一流”建設背景下高校內部人才培養和評價體系研究——以美國哥倫比亞大學教育學院為例[J].中國高教研究，2019（03）：12-17.

[8]張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與實踐邊界——兼議專業教育的范式轉變[J].高等工程教育研究，2020（03）：109-115.

[9]Ayub M A ， Yusoff N ， Heinmann B .Implementation of mechatronic problem-based learning for outcome-based education[J].INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART MATERIALS AND STRUCTURES，ICSMS-2022， 2023.

基金項目：陜西省教育廳2023年科學研究項目一般專項項目（項目編號：23JK0729）

作者單位：延安大學數計學院

■ 責任編輯：王穎振、鄭凱津