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基于OBE教育理念的“物聯網控制技術”課程教學改革與探索

2024-06-27 12:23:12孫瀾瀾
信息系統工程 2024年6期
關鍵詞:混合式教學

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

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