基于OBE理念的新形勢(shì)下《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)實(shí)踐探討

李響

（北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京 100193）

0 引言

近年來(lái)，高等教育領(lǐng)域呈現(xiàn)出很多新形勢(shì)，如新工科建設(shè)，“互聯(lián)網(wǎng)+”以及工程教育認(rèn)證等。在我國(guó)，工程教育是近現(xiàn)代高等教育的重要組成部分，它是由專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)執(zhí)行，針對(duì)大學(xué)等機(jī)構(gòu)教育、教學(xué)過(guò)程中涉及的工程專業(yè)教育進(jìn)行評(píng)價(jià)。《華盛頓協(xié)議》是該領(lǐng)域中最為權(quán)威與普及的國(guó)際互認(rèn)協(xié)議，我國(guó)于2016年加入此協(xié)議組織。該認(rèn)證體系為工程技術(shù)專業(yè)人才畢業(yè)后從事實(shí)際工程工作提供了有力保證。近20年來(lái)， “互聯(lián)網(wǎng)+”的相關(guān)概念與技術(shù)已經(jīng)深入到高等教育的各個(gè)環(huán)節(jié)之內(nèi)，對(duì)以前的教學(xué)組織形式產(chǎn)生了巨大沖擊與影響。聯(lián)合國(guó)教科文組織，早在五年前就表示說(shuō)深遠(yuǎn)的改變已經(jīng)在學(xué)習(xí)模式與知識(shí)來(lái)源等環(huán)節(jié)中發(fā)生?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的浪潮正在漸漸改變高等教育的教學(xué)形式、使用教科書、教育模式、師生角色、院系各級(jí)分工及其他等多個(gè)環(huán)節(jié)，隨著技術(shù)與理念的發(fā)展，高等教育必然呈現(xiàn)新的格局。四年以來(lái)，我國(guó)正在積極推進(jìn)新工科的相關(guān)建設(shè)，非常多的大學(xué)參與了“復(fù)旦共識(shí)”和“北京指南”等協(xié)議組織，教育部也就此發(fā)布了多項(xiàng)指南與通知，這些都為高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供了動(dòng)力與基礎(chǔ)。

除此之外，近兩年來(lái)，新冠病毒疫情的暴發(fā)，使得全球公共衛(wèi)生進(jìn)入緊急狀態(tài)，嚴(yán)重影響人類生命健康，趨于常態(tài)化的疫情管控也對(duì)高等教育提出了新的困難與問(wèn)題。

1 OBE教學(xué)理念

OBE（Outcomes-Based Education）即成果導(dǎo)向教育，也被稱為基于目標(biāo)的教育或基于成果的教育。它是近年來(lái)一種被普遍認(rèn)可的教育理論。世界各地的教育系統(tǒng)已在多個(gè)層面采用了基于結(jié)果的方法。澳大利亞和南非從1990年代到2000年代中期采用了OBE政策。1994年以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)實(shí)施了OBE計(jì)劃。2005年，香港對(duì)其大學(xué)采取了基于結(jié)果的方法。歐盟已提議在其整個(gè)管轄區(qū)域內(nèi)將轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅爻晒慕逃龑?dǎo)向。華盛頓協(xié)議同意接受使用OBE方法獲得的本科工程學(xué)位。新西蘭與澳大利亞、日本、加拿大、我國(guó)的臺(tái)灣與香港地區(qū)、印度、愛(ài)爾蘭、韓國(guó)、俄羅斯、新加坡、南非、斯里蘭卡、土耳其、英國(guó)、巴基斯坦、中國(guó)和美國(guó)均已經(jīng)協(xié)議簽署實(shí)施OBE教育。該教育理論以目標(biāo)（結(jié)果）為基礎(chǔ)建立教育過(guò)程與教育系統(tǒng)中的每個(gè)部分。在教育整個(gè)過(guò)程結(jié)束時(shí)，參與教學(xué)活動(dòng)的每個(gè)學(xué)生都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)了此前設(shè)定的目標(biāo)。在OBE中沒(méi)有單一的，確定的教學(xué)或評(píng)估形式，恰恰相反相反，課程、機(jī)會(huì)和評(píng)估都應(yīng)該幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)指定的結(jié)果。教師在教學(xué)過(guò)程中的角色根據(jù)目標(biāo)或結(jié)果調(diào)整為講師、培訓(xùn)師、促進(jìn)者和/或?qū)煛?/p>

OBE與傳統(tǒng)教育方法的主要區(qū)別在于它包含三個(gè)要素：教育理論、系統(tǒng)的教育結(jié)構(gòu)和特定的教學(xué)實(shí)踐方法。它將整個(gè)教育系統(tǒng)組織起來(lái)，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)體驗(yàn)結(jié)束時(shí)成功完成被認(rèn)為是必不可少的。在這個(gè)模型中，“結(jié)果”是核心概念，有時(shí)與術(shù)語(yǔ)“能力”“標(biāo)準(zhǔn)”“基準(zhǔn)”和“實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”互換使用。OBE 還使用在實(shí)際工作場(chǎng)所正式和非正式采用的相同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)果。制定課程和成果時(shí)，它側(cè)重于以下技能：生活技能；基本技能；專業(yè)和職業(yè)技能；智力技能；人際關(guān)系和個(gè)人技能。

2 《控制工程基礎(chǔ)》的教學(xué)改革實(shí)踐

2.1 《控制工程基礎(chǔ)》課程概況

《控制工程基礎(chǔ)》是面向北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院光電系大三學(xué)生的必修課，此課程主要講述控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的基本方法、線性系統(tǒng)的概念、微分方程數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型、方框圖數(shù)學(xué)模型及其簡(jiǎn)化、信號(hào)流圖及其簡(jiǎn)化、頻率特性數(shù)學(xué)模型及特點(diǎn)、時(shí)間域分析方法、時(shí)間域性能指標(biāo)、頻率域分析方法、脈沖響應(yīng)函數(shù)概念、穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析和瞬態(tài)誤差分析及系統(tǒng)校正等內(nèi)容。

《控制工程基礎(chǔ)》利用Laplace變換等數(shù)學(xué)方法建立反饋系統(tǒng)的精細(xì)模型，通過(guò)時(shí)、頻域分析等方法來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)優(yōu)劣，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，光電專業(yè)學(xué)生由于是非控制專業(yè)，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)概念感覺(jué)過(guò)于抽象，用數(shù)學(xué)理論描述的模型難以實(shí)現(xiàn)為具體系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，硬件實(shí)驗(yàn)效果也存在一定問(wèn)題。

2.2 基于OBE理念的教學(xué)探討

正是由于存在上述各種問(wèn)題，本課題試圖以《控制工程基礎(chǔ)》為試點(diǎn)，通過(guò)將OBE成果導(dǎo)向教育模式應(yīng)用于課程的教學(xué)中，分析《控制工程基礎(chǔ)》課程中各教學(xué)環(huán)節(jié)和方法對(duì)學(xué)生能力形成的影響與作用，進(jìn)行《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容及方法改革，以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)與教學(xué)效果，對(duì)培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力，大大增強(qiáng)其畢業(yè)后對(duì)工作崗位的適應(yīng)能力。

縱觀內(nèi)外各高校的《控制工程基礎(chǔ)》的教學(xué)，往往更加偏重各個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)的傳授，使得這門課程變成了由各個(gè)獨(dú)立的知識(shí)單元堆砌而成，缺少有機(jī)連接，更加不利于知識(shí)體系的建構(gòu)，本課題希望利用成果導(dǎo)向理論，在《控制工程基礎(chǔ)》課堂教學(xué)中，打破以往教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的刻意劃分，而以某一個(gè)典型系統(tǒng)為主線，將各個(gè)單元知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)連接構(gòu)建完整學(xué)科體系，在進(jìn)行《控制工程基礎(chǔ)》的整體理論策劃時(shí)就利用連貫的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系為基礎(chǔ)以避免之前的弊端，更加有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)與掌握。

結(jié)合OBE理念，在《控制工程基礎(chǔ)》實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)深入理解“成果”的幾重意義：第一，成果不只局限于期末成績(jī)，我們課程教學(xué)組將其更寬泛地理解為為產(chǎn)出，即OBE理念為產(chǎn)出導(dǎo)向教育。第二，在我們的實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施過(guò)程中，明確考核指標(biāo)，成果包含著本學(xué)習(xí)成績(jī)、課程實(shí)驗(yàn)、測(cè)評(píng)等教學(xué)環(huán)節(jié)中受教者表現(xiàn)出的思考與創(chuàng)新能力、社會(huì)適應(yīng)能力，結(jié)合教育工程專業(yè)認(rèn)證的推動(dòng)，我們甚至追蹤學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)情況，收入情況等綜合指標(biāo)，上述等指標(biāo)參數(shù)的綜合才是教學(xué)結(jié)果的真實(shí)評(píng)估。第三，學(xué)習(xí)成果的取得和衡量不是橫向比較，更多的是縱向比較，是反映個(gè)人完成某一個(gè)過(guò)程和步驟后取得的進(jìn)步，這也與教育工程認(rèn)證中的持續(xù)改進(jìn)理念相契合。

按照OBE的成果導(dǎo)向理念，我們課程組在實(shí)踐教學(xué)嘗試推行加分鼓勵(lì)制度，增加預(yù)評(píng)估（pre-assessment）環(huán)節(jié)作為每堂課的導(dǎo)入（bridge），在知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)后再次進(jìn)行評(píng)估，對(duì)比學(xué)習(xí)后的成績(jī)，對(duì)學(xué)生做出評(píng)價(jià)。假設(shè)學(xué)生在本知識(shí)點(diǎn)環(huán)節(jié)前知識(shí)儲(chǔ)備和各項(xiàng)能力為零，在進(jìn)行了一定的學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)后即可以獲得一定的分?jǐn)?shù)，各項(xiàng)分?jǐn)?shù)不斷相加，獲得最終的成績(jī)。

同時(shí)，最后總評(píng)方式不再只局限于期末考試，大量增加隨堂測(cè)試，例如，每次課，利用五分鐘進(jìn)行當(dāng)堂結(jié)果考評(píng)，或下課后，利用網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行考評(píng)，計(jì)入最后期末總評(píng)。不但能對(duì)學(xué)生的情況有更好的了解，也可以更好的督促學(xué)生投入學(xué)習(xí)，而不是在考前一周進(jìn)行突擊。

同時(shí)，針對(duì)疫情的爆發(fā)，要積極利用網(wǎng)絡(luò)資源，包括雨課堂，超星課堂等網(wǎng)絡(luò)授課手段，課后利用微信，qq等手段與學(xué)生緊密聯(lián)系，利用中國(guó)MOOC大學(xué)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源作為課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。

3 結(jié)論

由于幾年了的新形勢(shì)，基于OBE理念的《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)實(shí)踐在我校的實(shí)施已是迫在眉睫。以學(xué)生綜合能力提升的OBE教學(xué)是未來(lái)新工科專業(yè)建設(shè)的重要途徑，也是提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的良好手段。本文在總結(jié)當(dāng)前自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)課存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，以成果導(dǎo)向教育和學(xué)生能力提升為理念對(duì)《控制工程基礎(chǔ)》進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐探討，能夠有效提高受教育群體的自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造力，能夠有效幫助學(xué)生掌握課程知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生的能力，培養(yǎng)更高質(zhì)量的綜合性人才。