基于OBE理念的課程教學改革探索與實踐

李三平，孫雪，王揚威

摘? ? 要：為實現(xiàn)全過程育人、全方位育人的總體目標，文章以“機器人技術(shù)”課程教學改革實踐為例，借鑒OBE理念，基于“以學生為中心、以能力培養(yǎng)為導向”的教育思想，從更新課程目標、優(yōu)化教學內(nèi)容與教學方法、構(gòu)建全過程跟蹤反饋與多元評價體系、深度融合學科競賽等方面進行探索與實踐。改變傳統(tǒng)教學模式，將知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榉椒ê湍芰魇?，促進知識、能力和素質(zhì)三方面有機融合;構(gòu)建基于全過程跟蹤反饋的教學模式，學生全過程參與學習評價，提高課程學習的挑戰(zhàn)度，促進學生能力提升;依托機器人方面學科競賽，以賽促學，提高學生學習的積極性和主動性。

關(guān)鍵詞：OBE理念;機器人技術(shù);教學改革;學科競賽

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）04-0056-03

工程教育專業(yè)認證是指專業(yè)認證機構(gòu)針對高等教育機構(gòu)開設(shè)的工程類專業(yè)教育實施的專門性認證，旨在提高教育質(zhì)量，促進高等教育發(fā)展，為相關(guān)工程技術(shù)人才進入行業(yè)領(lǐng)域提供質(zhì)量保證[1-2]。OBE（OutcomeBased Education）教學理念，即成果導向教育是專業(yè)認證標準的基準理念，強調(diào)以學生的學習結(jié)果為驅(qū)動力，反向設(shè)計教學活動，重視對學生的學習效果進行評價，強調(diào)以學生為中心，教學過程注重發(fā)掘?qū)W生的潛力，旨在提高教學質(zhì)量[3]。OBE教學理念著力于提升學生發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的能力，培養(yǎng)學生工程實踐與創(chuàng)新的能力，將其應(yīng)用于本科課程教學改革，對于提升工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量有著重要的指導意義[4]。

本文以校級在線開放課程“機器人技術(shù)”為例，在融合網(wǎng)絡(luò)學習平臺與傳統(tǒng)課堂教學的基礎(chǔ)上，借鑒OBE理念，從更新課程目標、改進教學內(nèi)容與方法、構(gòu)建全過程跟蹤反饋與多元評價體系、深度融合學科競賽等方面進行教學改革探索與實踐，旨在激發(fā)學生的學習積極性，培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

一、課程特點及教學改革要解決的重點問題

機器人技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，是機電結(jié)合典范，“機器人技術(shù)”課程涉及機械設(shè)計、傳感器、控制技術(shù)等多學科內(nèi)容，主要包括機器人技術(shù)的相關(guān)概念及其發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域、機器人的分類與機械結(jié)構(gòu)、機器人的運動學與動力學分析、控制系統(tǒng)與傳感器等基本理論[5]。學習本課程可使學生具備必要的理論知識和分析計算能力，能夠結(jié)合所學的知識求解簡單的機器人運動學及動力學問題，能設(shè)計小型的機器人并對其進行運動分析，為從事機器人領(lǐng)域工作奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的課程建設(shè)與教學改革，課程團隊發(fā)現(xiàn)以下教學改革要解決的重點問題。

（一）教學目標的高階性

課程教學目標是各種教學活動所期望得到的學生的學習結(jié)果，基于OBE理念，教學內(nèi)容與教學活動都圍繞教學目標進行。新時代本科教學要提升大學生的學業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，拓展課程深度。然而傳統(tǒng)課程的教學目標偏向于知識目標，對能力和素質(zhì)目標不夠重視，課程缺乏挑戰(zhàn)度和高階性，對學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)不足，不滿足工程教育專業(yè)認證的教學理念要求[6]。因此，需要改變教學模式，以學生為中心，由知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榉椒ê湍芰魇?，促進知識、能力和素質(zhì)三方面有機融合。

（二）教學內(nèi)容的不斷更新與優(yōu)化

目前，機器人方面教材大多數(shù)是以工業(yè)機器人為對象，對其機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學與動力學分析、軌跡規(guī)劃、控制系統(tǒng)與傳感器等方面知識進行介紹。課程教學主要講解經(jīng)典機器人學理論知識，存在教學內(nèi)容陳舊、教學手段單一、新理論與新方法偏少、缺少相關(guān)內(nèi)容的工程實訓等問題[7]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分在校生反饋課程教學內(nèi)容陳舊且枯燥乏味，畢業(yè)生反饋課程教學方法和手段落后、教學內(nèi)容和企業(yè)技術(shù)差距較大。因此，為了實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，課程內(nèi)容要反映行業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)，需要不斷更新與優(yōu)化教學內(nèi)容，注重培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)。

（三）課程考核的挑戰(zhàn)度

傳統(tǒng)的課程考核以考試等結(jié)果性考核為主，主要考查學生對理論知識的掌握程度，對學生能力和素質(zhì)的考核相對較少。機器人學是一門多學科交叉融合的前沿學科，僅通過卷面考試無法全面反映學生的綜合能力?；贠BE理念，需要改革考核方式，增加學習的過程性考核比例，注重對學生實踐能力、分析與思辨能力、團隊協(xié)作能力等方面的考核。

二、基于OBE理念的課程教學改革途徑與策略

基于“以學生為中心、以能力培養(yǎng)為導向”的教育思想，為實現(xiàn)全過程和全方位育人的總體目標，課程團隊轉(zhuǎn)變教學思路，在傳授理論知識的同時，更注重方法和能力的傳授，修訂了基于OBE理念的課程教學大綱和實驗大綱，建設(shè)了課程網(wǎng)絡(luò)學習平臺，構(gòu)建了基于全過程跟蹤反饋的教學模式。同時，依托機器人方面學科競賽，以賽促學，提升學生學習興趣，提高其學習主動性，培養(yǎng)學生分析解決問題和創(chuàng)新的能力及社會責任感。

（一）更新課程目標，提升其高階性

本課程以《東北林業(yè)大學機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標》為基礎(chǔ)，結(jié)合本校學生實際情況，實施分層次的知識、能力和素質(zhì)綜合培養(yǎng)，課程目標主要包括以下幾點。

1.知識目標：掌握機器人的運動學、動力學、控制技術(shù)及傳感技術(shù)等基本原理和方法，能夠用于分析機器人技術(shù)領(lǐng)域工程問題，為從事機器人領(lǐng)域工作奠定基礎(chǔ)。

2.能力目標：能夠確定機器人產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)路線和設(shè)計方案，針對實際問題建立機器人運動學和動力學問題的數(shù)學模型，對實際機器人的傳感器進行選型，分析理解實驗原理并獨立完成實驗，能夠根據(jù)研究需要設(shè)計實驗，編譯和調(diào)試控制程序，熟練掌握機器人編程軟件。

3.素質(zhì)目標：具備獨立思考、團隊協(xié)作、分析與解決工程問題及綜合運用知識的能力，理解機器人技術(shù)的社會價值以及工程師的社會責任;在設(shè)計領(lǐng)域中注意追求創(chuàng)新，并能綜合考慮經(jīng)濟、安全及環(huán)境等因素。

（二）優(yōu)化教學內(nèi)容與方法，重視學生的獲得感

網(wǎng)絡(luò)學習資源主要包括各章節(jié)學習任務(wù)與目標、授課PPT與視頻、思考與討論、參考資料、作業(yè)與章節(jié)測試題等，課程團隊結(jié)合行業(yè)發(fā)展需求，根據(jù)高階教學目標要求，重構(gòu)教學內(nèi)容知識體系，建設(shè)課程網(wǎng)絡(luò)學習平臺，將課程教學資源按章節(jié)模塊化建設(shè)，使學生自主學習。為了便于學生及時了解機器人技術(shù)前沿，課程設(shè)置了機器人應(yīng)用領(lǐng)域視頻及學生參加相關(guān)學科競賽獲獎情況模塊，極大地激發(fā)了學生的學習興趣，增強其專業(yè)認同感和自信心。

課程以學生為中心，以能力為目標，采用混合式教學模式展開教學活動[8]，注重提升學生的獲得感。基于在線開放課程學習平臺，教師分階段組織實施教學，既包括“課前—課中—課后”環(huán)節(jié)，又包括“線上—線下”相融合。課前布置預(yù)習任務(wù)，學生通過自學和交流進行學情反饋，分享學習過程;課中通過成果展示、交流討論、答疑和互動，圍繞學習目標與任務(wù)要求展開教學活動，樂享學習成果;課后進行實踐任務(wù)學習及知識拓展訓練，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與工程實踐能力。

1.課前線上自學階段。課前，教師發(fā)布預(yù)習任務(wù)，學生利用學習平臺進行自主學習，通過觀看知識點講解視頻等課程資源，掌握理論基礎(chǔ)知識，完成相關(guān)測試題，并在線進行討論互動。教師根據(jù)學習平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，實時了解學生的學習情況，及時制訂調(diào)整線下教學計劃和內(nèi)容，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的課前導學作用。

2.課中線下教學階段。在實體課堂，教師結(jié)合學生預(yù)習情況，主要講授重難點知識，并根據(jù)知識特點，組織專題討論、案例分析、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學活動，采用小組討論、成果展示、互動點評等方式，激發(fā)課堂活力，增強學生的參與度和獲得感。例如，在機器人前沿技術(shù)講解中，可引入軟體機器人技術(shù)研討，學生通過自主查閱資料，探討該項新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景;在機械結(jié)構(gòu)部分，要求學生根據(jù)常見的手部結(jié)構(gòu)及其工作原理，運用三維建模軟件，制作不同結(jié)構(gòu)的動畫視頻，并進行展示和互評，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)他們的綜合應(yīng)用推廣能力，并通過教師的點評和歸納總結(jié)，引導其進行探究式學習，實現(xiàn)高階課程目標。

3.課后鞏固階段。課后，教師通過學習平臺發(fā)布作業(yè)、章節(jié)測試題、知識拓展學習任務(wù)、作業(yè)互評及課堂學習效果調(diào)查問卷等，及時跟蹤學生學習效果，進行教學反思。學生通過完成課后作業(yè)、章節(jié)測驗題和作業(yè)互評，進行自我測試和鞏固學習。教師通過查看平臺學生學習數(shù)據(jù)，了解學生的完成情況及薄弱環(huán)節(jié)，對學習有困難的學生給予預(yù)警和幫助，實時調(diào)整教學計劃和復(fù)習拓展內(nèi)容，更新線上學習資源。

（三）構(gòu)建全過程跟蹤反饋和多元化評價體系，提升學生能力

基于“成果導向”的OBE理念需要改革傳統(tǒng)考核方式，課程組構(gòu)建了基于全過程跟蹤反饋的教學模式，一方面利用網(wǎng)絡(luò)學習平臺實時跟蹤學生學習情況，并及時進行預(yù)警和督學，另一方面，通過課程QQ群在每次線下授課結(jié)束后發(fā)布群投票，及時了解學生對本次課知識點的理解及掌握情況，為下次授課內(nèi)容及教學設(shè)計提供參考依據(jù);將過程性與結(jié)果性相結(jié)合，多元多主體參與，實施知識、能力和素質(zhì)全方位的多元評價體系，學生全過程參與學習評價，提高課程學習的挑戰(zhàn)度，促進學生能力提升。例如，在課堂表現(xiàn)與課后作業(yè)評價環(huán)節(jié)，均采用了生生互評和師生互評，增加學生自評和互評成績比重，激發(fā)學生作為評價主體的主觀能動性，既活躍了課堂氣氛，又通過階段性評價推動了學生后續(xù)學習。

在教學全過程中均實施考核，對“課前—課中—課后”每個環(huán)節(jié)都設(shè)計評價標準，并進行多元評價，實現(xiàn)考核的過程性與科學性，增強考核結(jié)果的可信度，激發(fā)學生學習的積極性。將過程考核與平時考核相結(jié)合，課程成績由平時成績（20%）、調(diào)研報告成績（10%）、實驗成績（10%）和期末考試成績（60%）組成。其中：平時成績包括小組內(nèi)討論（5%）、課堂提問與作業(yè)完成情況（5%）、線上學習完成情況（課程視頻學習、任務(wù)點完成情況、網(wǎng)絡(luò)訪問量、討論與互動、章節(jié)測試題等）（10%）;實驗成績包括實驗操作（5%）和實驗報告（5%）完成情況。通過多元化的評價方式，更加客觀地反映學生的過程性與終結(jié)性學習效果。

（四）與學科競賽相結(jié)合，學以致用

在授課過程中教師將機器人方面的學科競賽與課程緊密聯(lián)系，讓學生自己思考、查找資料、分組討論，更好地培養(yǎng)了其分析解決問題及團隊協(xié)作能力，極大地提高了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。近年來，依托本課程，教師多次組織專業(yè)學生參加中國教育機器人大賽、中國工程機器人大賽、全國大學生工程訓練綜合能力大賽等機器人相關(guān)領(lǐng)域?qū)W科競賽，獲獎50余項。以賽促學，以賽促教，教學相長，通過參加學科競賽，一方面，極大提高了學生學習的積極性和主動性，開闊了眼界，增強了其實踐動手和創(chuàng)新能力，另一方面，提升了授課教師的專業(yè)技能和科研能力。

三、結(jié)語

在工程教育認證體系指導下，借鑒OBE理念，本文從更新課程目標，提升其高階性;優(yōu)化教學內(nèi)容與方法，重視學生的獲得感;構(gòu)建全過程跟蹤反饋和多元化評價體系，提升學生能力;與學科競賽相結(jié)合，學以致用等方面針對“機器人技術(shù)”課程進行了探索與實踐研究。通過本課程的教學改革實踐與探索，學生的課堂參與度和活躍度有了很大的提高，其實踐能力、分析與思辨能力、團隊協(xié)作能力等方面均得到了培養(yǎng);通過學科競賽，極大地提高了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提升了授課教師的專業(yè)技能和科研能力，課程教學質(zhì)量和教學效果均有明顯提升。今后，課程團隊將考慮將該課程與課程思政深度融合，增加“課程思政”教學案例設(shè)計，以適應(yīng)立德樹人的教育理念，培養(yǎng)學生的家國情懷及職業(yè)素養(yǎng)。同時，根據(jù)學生自身特點，以學生為中心，因材施教，對有能力的學生加大學習難度和深度、提供其參與科研機會，創(chuàng)建更多的實用情境，使課程質(zhì)量得到持續(xù)改進和提升，為培養(yǎng)學生工程實踐和創(chuàng)新能力提供途徑和策略。

參考文獻：

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