OBE理念下“無人機電機原理”課程教學設計研究

摘要：“OBE理念”是當前教育教學中的重要理念之一，對提高課堂教學效果、實現人才培養目標有著重要的作用。“無人機電機原理”課程在高職無人機專業課程體系中屬于理論性較強的專業課，是學習無人機裝調維修技術的基礎。針對當前“無人機電機原理”課程教學存在學生崗位適配性不佳的問題，基于OBE理念，從教學目標、教學內容、教學方法、教學評價等角度出發，重構教學設計，并以無人機電動動力系統裝調內容為案例，描述了教學活動的具體實施過程，旨在提升教學質量，提高學生的崗位適應能力，為培養無人機行業及相關領域從事裝調和維修的技術型人才提供保障。

關鍵詞：OBE理念；“無人機電機原理”課程；教學研究

中圖分類號：G712文獻標識碼：A

Abstract："OBEconcept"isoneoftheimportantideasincurrenteducationandteaching，andplaysanimportantroleinimprovingtheeffectofclassroomteachingandachieving thegoaloftalenttraining.The"UAR MachinePrinciples"courseisaprofessionalcoursewithstrongtheoreticalcoursesinthehighrankingdroneprofessionalcoursesystem，andisthebasisforlearningdronesandmaintenanceandmaintenancetechnology.Inresponsetothecurrentproblemsofpoorstudentsintheteachingofdronemotorcourses，basedontheperspectiveoftheOBEconcept，fromtheperspectiveofteachinggoals，teachingcontent，teachingmethods，etc.Thesysteminstallationcontentisthecase，whichdescribesthespecificimplementationprocessofteachingactivities.Itaimstoimprovethequalityofteaching，improvestudents'jobadaptability，andprovideguaranteeforthecultivationoftechnicaltalentsengagedinandmaintainedbythedroneindustryandrelatedfields.

Keywords：OBEconcept；"UAVMotorPrinciples"Course；Teachingandresearch

近年來，無人機可分類為軍用和民用，廣泛應用于城市管理、農業、地質、氣象、電力、搶險救災、視頻拍攝等行業［1］，成為當今科研單位關注的熱門前沿技術。2023年7月，“詳解《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》法與理”立法專家暢談會在北京舉行，這是我國首次從國家戰略層面對無人機管理與發展作出部署，覆蓋“人”“機”“環”全生命周期和全鏈條的管理，首要目的是為符合生產制造標準的絕大多數微型、輕型、小型無人機提供開放的運行合規環境［2］，從而推動無人機行業迎來更快速的發展。這一形勢下，高校應該進一步加強對無人機的課程建設，武昌職業學院在2019年開設了無人機應用技術專業（中國普通高等學校專科專業），經過4年的發展，專業課程建設和人才培養方案逐漸完善，該專業的“無人機電機原理”課程理論性強，對于學生而言學習難度較大，為提升教學效果，教學團隊經過調研與實踐，結合學院具體情況，對教學設計進行改革。

一、課程基本情況

課程開設在大一下學期，其總學時為36學時。課程內容在整個專業知識體系中起到承上啟下的作用，能加深學生對電磁感應原理的理解、電路知識的掌握和無人機系統組成的認識，對進一步學習“多旋翼組裝與調試”“固定翼組裝與調試”等專業課做鋪墊，為解決復雜工程問題打下基礎。傳統的電機課程普遍以直流電機、異步電機、同步電機為主要學習對象，按基本結構、工作原理、機械拖動特性為主線開展教學，對學生而言內容較廣、理論性強，教學內容枯燥且與行業關聯性不強，缺乏綜合實驗內容，使得教學效果不佳。因此，傳統的電機學教學體系不適用于無人機專業的學生學習。

二、課程教學設計

（一）課程設計理念

近年來，教育部大力推動高校開展工程教育專業認證工作，成果導向、以學生為中心、持續改進是工程教育專業認證的核心理念［3］。成果導向教育（OutcomeBasedEducation，簡稱OBE）因其目標明確、定位精準的特征，日益成為備受推崇的教育理念之一［4］。為了解決傳統電機課程教學中存在的問題，通過借鑒OBE教學理念，以成果為目標導向，采用逆向思維的方式進行教學設計方法，重構教學目標，將社會需求明確教學成果目標，再結合預期成果目標確定每節課的內容重點，開展教學活動，實施教學方法和完成教學評價。最后，根據就業情況和崗位適配性的反饋，掌握無人機行業對人才的需求變化，持續優化培養方案，加強對學生實際工程應用能力的鍛煉，培養符合社會需求的綜合應用型人才。基于OBE教育理念的課程設計流程如圖1所示。

（二）教學目標設定

傳統教學目標要實現知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標的有效融合銜接［5］，結合OBE理念，將傳統目標與成果導向納入綜合教學目標。為了掌握行業發展情況和社會對人才的要求，培養具備無人機學科知識與技術技能的復合型、創新型、發展型高素質技術技能人才，專業教師定期與企業對接，了解專業對口的工作崗位、工作任務、必備的能力和素質。同時，學院聘請企業專家與本院課程團隊共同研討教學成果目標，結合學生在畢業后從事的工作內容分解社會需求，再將社會需求分解為知識目標、能力目標和素質目標三個方面。最后，以運用基本理論解決工程實際問題為目標分解出課程具體的目標。教學目標的具體的指標點如表1所示。

（三）教學內容設計

教學內容是OBE理念實施的核心要素，需要遵循目標導向原則，圍繞教學目標設計合理的教學內容。結合課程教學設計的基本依據，以具備就業崗位所需理論知識、實操技能和道德素質為目標，以學生知識和能力發展的規律為主線，優化教學內容，重構的教學內容可以幫助學生提高解決實際問題的能力。同時，在教學內容中融入課程思政設計，根據課程思政設計挖掘每章原理背后蘊含的思政元素，為學生提供價值引領，培養學生的職業素養、愛國情懷、交流合作能力和科學思維，重點教學內容設計詳見表2所示。

（四）教學方法

1.使用的教法

教師授課前根據調查問卷、課堂測試和作業掌握學生對前期知識的掌握情況；課堂上采用講授法、演示法、實驗法、自主學習法和案例教學法結合的方式；課后通過布置作業和預習任務，幫助學生循序漸進地學習理論知識與應用技能。

2.使用的學法

課上學生通過小組討論、動手實踐、提問互動、模仿觀察，運用所學的知識理論和研究方法解決實際問題，促進對基礎知識和基本技能的理解、分析、應用。課后學生通過線下作業、線上慕課進行自學提升。

3.資源及信息技術

課程教學資源包括視頻、圖片、PPT、慕課和實訓室設備，建設實訓室為學生提供豐富的學習環境，完成系統建模、電機控制系統仿真、無人機電動動力系統裝調、無人機電機維修等任務的學習。

三、教學實施

以實訓項目二為例，從實驗目標、實驗準備、實驗過程、實驗反饋、實驗總結五個步驟說明OBE理念下課程教學活動的具體實施過程。

（一）實驗目標

學生在學習了前七章內容的基礎上，掌握了無人機電動動力系統的組成、無人機電機的工作原理、電機調速控制方法和維修保養方法等理論知識。為了加強就業崗位適配性，提升學生的專業技能，項目二的實驗目標是要求學生熟練掌握系統的組裝、焊接、調試技術，同時要求學生遵守職業道德、規范操作行為。

（二）實驗準備

依據OBE理念強調的“以學生為本”的學習產出和學習成效，在開展實訓項目二前，采用理論測試和調查問卷的方式對2022級的150名學生的基礎學習掌握情況進行調查統計，調查結果如圖2所示。根據調查結果可知，67%的學生對前期學習的無人機電機理論知識掌握得比較好，87%的學生對無人機電動動力系統的安裝流程一點都不了解或者有一點了解。說明大部分學生雖然掌握了一定的理論知識，但并不清楚如何將理論應用到實際項目中，對裝調操作只有比較模糊的概念。

（三）實驗過程

首先，回顧前期已經學習的系統組成和工作原理，包括無人機電動動力系統的組成、特點、功能和連接關系。通過梳理已經學習的知識點，學生能建立整體知識的框架結構，加深對無人機電動動力系統各組件的認識。其次，為了保證整體的學習效率，教師對學生進行分組，每組選擇一位對理論知識和實操流程掌握較好的同學作為組長。再次，教師親自示范實驗的操作步驟，并將工作原理和注意事項說明清楚，包括：無人機電機主要為外轉子無刷直流電機，轉子軸與螺旋槳為螺紋連接，定子上的安裝螺紋通過螺栓與安裝座進行固定，電機的轉向可以通過改變三相線的連接次序，并強調只有正確的裝調流程和規范的操作才能順利完成裝調工作，使學生對裝調規范有一定的體會，操作流程如圖3所示。最后，由學生參照《裝調作業指導書》開展實操訓練。在實操訓練過程中，授課教師采用小組巡查的方式了解學生對無人機電動動力系統裝調的掌握程度，時刻關注學生的操作流程的正確性、操作方法的規范性，及時發現學生的錯誤操作和不規范操作并予以指正，同時單獨指導不會操作和進度較慢的學生。整個教學過程中，教師通過采用啟發式、情景模擬式和演示、分組實操的教學方法進行教學，并對操作規范、快速、準確的組別在平時成績中予以加分鼓勵。

（四）實驗反饋與總結

在實訓結束后，由每組組長對每位組員的操作進行總結，并邀請操作規范的學生上臺演示。課后填寫實驗報告并布置調查問卷，調查問卷包括以下內容：（1）是否清楚無人機電動動力系統的組成？（2）是否清楚無人機電動動力系統的裝調流程？（3）是否清楚裝調的操作規范？（4）是否了解職業素養的要求？（5）對教學過程有哪些建議？根據調查結果，82%的學生通過項目實訓二的學習掌握了裝調技術，教學達到了應知應會、熟練操作的目標成效。與此同時，對調查問卷中問題（5）的結果進行統計，根據學生對實驗設備、實驗時間提出的意見繼續調整課程設計，形成“評價—反饋—改進”的良性循環，深化OBE理念在該課程教學中的應用，使課程教學達成“PDCA”閉環螺旋式上升，持續提高教學效果。總體來看，該項目實踐取得了較好的效果。

四、教學評價

基于OBE理念，課程考核評價體系以課程目標為導向，通過客觀、科學的手段對學習效果進行評價和反饋。“無人機電機原理”課程從知識目標、技能目標和素質目標三個方面，在課堂表現、課后作業、期末考試和課堂實訓四個環節開展教學評價。考核方式將量化評價與質性評價相結合，評價目標在于激勵和改進，具有較強的目標導向性，同時能貫穿整個教學環節，避免學生在學習過程中不認真。再根據教學評價的反饋，對預期的教學目標進行調整，使教學設計更加完善。

五、結論與討論

“無人機電機原理”課程的理論知識具有多學科性和不易懂的特點，一部分同學難以將理論知識與實際工作內容相結合。基于OBE理念，通過重新設定教學目標，優化教學內容，圍繞學習成果設計教學環境，設計全面的評價體系，以成果為導向的教學方式使學生重視知識的歸納、總結以及綜合運用，使教師能根據教學反饋持續改進教學活動，不斷提升教學質量，建立良性循環。

參考文獻：

［1］郭慶華，胡天宇，劉瑾，等.輕小型無人機遙感及其行業應用進展［J］.地理科學進展，2021，40（09）：15501569.

［2］李大朋.論面向人工智能的無人機監管法律變革［J］.政法論叢，2023（03）：90101.

［3］張淑玲.基于OBE的《電子線路設計制作》課堂教學方法改革探索［J］.湖北經濟學院學報（人文社會科學版），2019，16（11）：135138.

［4］秦炳旺.OBE理念下產業學院應用型人才培養文獻綜述：基于CiteSpace的知識圖譜分析［J］.南京開放大學學報，2023（02）：4652.

［5］黃友初.核心素養視域下教師知識的解構與建構［J］.上海師范大學學報（哲學社會科學版），2019，48（02）：106113.

作者簡介：謝康怡（1994—），女，漢族，湖北武漢人，碩士，助教，研究方向：無人機應用技術。