OBE理念驅(qū)動(dòng)下的過(guò)程控制系統(tǒng)課程教學(xué)實(shí)踐與反思

李幼鳳　甘家梁　喻健

［摘 要］在OBE理念指導(dǎo)下，課題組對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行了探索，將SPOC、雨課堂、QQ群等多種在線教學(xué)手段應(yīng)用于過(guò)程控制系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)課程目標(biāo)，將教學(xué)分為課前、課中、課后三個(gè)階段，并在課程中融入思政元素，實(shí)施多元化考核與評(píng)價(jià)，使在線教學(xué)能順利完成，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］OBE理念；SPOC；雨課堂；在線教學(xué)

［中圖分類號(hào)］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）22-0032-04

近年來(lái)，教育教學(xué)改革不斷深入。目前，OBE（Outcome?Based Education，成果導(dǎo)向教育）已成為國(guó)內(nèi)外高等教育認(rèn)同的工程教育范式[1]。OBE理念包括以成果為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)三個(gè)方面。踐行 OBE理念下的課程教學(xué)，是專業(yè)參與和通過(guò)專業(yè)認(rèn)證的基礎(chǔ)，是提高課程教學(xué)質(zhì)量、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑[2]。

過(guò)程控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，涉及控制理論、生產(chǎn)過(guò)程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)儀表等多學(xué)科知識(shí)的綜合與應(yīng)用，既強(qiáng)調(diào)過(guò)程控制理論，又重視自動(dòng)控制理論在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性[3]。在以往的課堂教學(xué)中，主要以教師講授理論知識(shí)為主，學(xué)生則處于被動(dòng)聽講的狀態(tài)，課堂互動(dòng)較少。教師講授的主要是專業(yè)知識(shí)，較少引入思政元素，在學(xué)生的德育培養(yǎng)方面存在不足。本文旨在探討OBE理念在過(guò)程控制系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用及教學(xué)實(shí)踐與反思。

一、OBE理念在過(guò)程控制系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用

（一）OBE理念的實(shí)施步驟

OBE是一種以學(xué)生的成果為導(dǎo)向，注重學(xué)生能力評(píng)估和提升，重視教學(xué)過(guò)程持續(xù)改進(jìn)的教育模式。該模式涵蓋了課程目標(biāo)制訂、課程體系構(gòu)建、課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)和課程評(píng)估等。具體實(shí)施步驟包括以下幾個(gè)方面。

制訂課程目標(biāo)：明確學(xué)生在完成學(xué)業(yè)或畢業(yè)后應(yīng)具備的能力和素養(yǎng)，以此來(lái)指導(dǎo)課程目標(biāo)的制訂。

構(gòu)建課程體系：將學(xué)習(xí)目標(biāo)分解為一系列知識(shí)點(diǎn)和能力目標(biāo)，確定相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和方法，以確保最終實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。

設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)：基于已確定的課程目標(biāo)，設(shè)計(jì)課程、設(shè)置活動(dòng)、明確考核方式，以確保教學(xué)能夠達(dá)到預(yù)期效果。

課程評(píng)估和持續(xù)改進(jìn)：對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果不斷對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以不斷提升教學(xué)質(zhì)量。

（二）OBE理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用

在過(guò)程控制系統(tǒng)課程教學(xué)中，OBE理念的應(yīng)用具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

學(xué)習(xí)成果的明確：需要明確學(xué)生應(yīng)該具備哪些知識(shí)和技能，以及如何評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。通過(guò)過(guò)程控制系統(tǒng)課程教學(xué)，使學(xué)生能掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的基本原理、掌握過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、了解過(guò)程控制系統(tǒng)中各種傳感器和執(zhí)行器的特點(diǎn)，以及具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

多元彈性的個(gè)性化學(xué)習(xí)：需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和需求制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃，并提供多樣化的教學(xué)方法。在過(guò)程控制系統(tǒng)課程中，采用案例分析、實(shí)驗(yàn)演示、討論交流等多種方法開展教學(xué)，同時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和成果，為他們提供有針對(duì)性的指導(dǎo)。

教師和學(xué)生的角色轉(zhuǎn)換：教師不再僅僅是知識(shí)的傳授者，而是要轉(zhuǎn)為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的引導(dǎo)者和輔助者。學(xué)生則成為學(xué)習(xí)的主體，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、探究和實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。例如通過(guò)提出問(wèn)題和進(jìn)行情景模擬，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力，使學(xué)生從被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)者。

持續(xù)改進(jìn)：在過(guò)程控制系統(tǒng)課程中，通過(guò)課程評(píng)估和學(xué)生反饋等方式，持續(xù)收集教學(xué)信息，從而不斷完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。

二、課程設(shè)計(jì)與實(shí)施

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠深入了解連續(xù)工業(yè)過(guò)程的生產(chǎn)特點(diǎn)及要求，而且能夠應(yīng)用過(guò)程控制理論和自動(dòng)化儀表來(lái)設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)，能夠解決過(guò)程控制工程中的常見問(wèn)題。

（一）課程目標(biāo)

總體目標(biāo)：使學(xué)生了解工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，掌握工業(yè)過(guò)程對(duì)象的分類、建模方法，熟悉工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成，掌握工業(yè)自動(dòng)化裝置和控制系統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；使學(xué)生具備從事工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、儀表選型、校驗(yàn)、調(diào)試、參數(shù)整定等工作的專業(yè)知識(shí)和能力。

應(yīng)用布魯姆教育目標(biāo)分類法，本課程設(shè)置了三階課程目標(biāo)，如表 1 所示。

（二）教學(xué)方式

為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，課題組引入多種在線教學(xué)平臺(tái)，主要采用 SPOC教學(xué)模式，并輔以雨課堂和QQ群開展教學(xué)。

SPOC（Small Private Online Course），即小規(guī)模限制性在線課程[4]，是一種比MOOC更為小眾的在線開放課程，是利用中國(guó)大學(xué)MOOC資源開設(shè)的面向校內(nèi)教學(xué)班學(xué)生的課程。在SPOC平臺(tái)上，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。SPOC平臺(tái)具有學(xué)生管理、平時(shí)成績(jī)和學(xué)情統(tǒng)計(jì)等功能，為教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況提供翔實(shí)的資料。本研究主要采用SPOC模式，即拷貝中國(guó)大學(xué)MOOC上已有的課程內(nèi)容，在該課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的修改，使之符合教師的教學(xué)進(jìn)度等要求。

雨課堂是由清華大學(xué)在線教育辦公室組織研發(fā)的一種智慧教學(xué)工具[5]。將該教學(xué)工具與PowerPoint、微信等平臺(tái)相結(jié)合開展教學(xué)，教師可以隨時(shí)將習(xí)題、測(cè)試、通知、語(yǔ)音和MOOC 視頻等各種學(xué)習(xí)資源推送給學(xué)生，學(xué)生使用微信就可以進(jìn)行課堂簽到、答題、彈幕互動(dòng)等。同時(shí)，雨課堂提供了“課前—課中—課后”全周期的教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析[6]，方便教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面了解。

（三）教學(xué)實(shí)踐

在開課前，首先在中國(guó)大學(xué)MOOC上選擇一門與過(guò)程控制系統(tǒng)類似的精品課程作為源課程。其次，由學(xué)校管理員將其轉(zhuǎn)化為符合教學(xué)要求的SPOC。課程負(fù)責(zé)人需要在源課程的基礎(chǔ)上重新發(fā)布公告、制訂合適的評(píng)分方式、調(diào)整教學(xué)單元與發(fā)布時(shí)間、完善討論區(qū)結(jié)構(gòu)。最后，通知本校學(xué)生注冊(cè)學(xué)習(xí)賬號(hào)，在“我的學(xué)校云”上進(jìn)行選課，并進(jìn)入課程頁(yè)面進(jìn)行學(xué)習(xí)。

相較于傳統(tǒng)的線下教學(xué)，線上教學(xué)需要進(jìn)行更加充分的課前準(zhǔn)備。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，教師需要對(duì)源課程的視頻和PPT課件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，包括調(diào)整章節(jié)的順序以及增減內(nèi)容。針對(duì)每個(gè)章節(jié)教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容，教師除了常規(guī)的備課，還需要開展以下準(zhǔn)備工作。

教師通過(guò)QQ群發(fā)布每個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)。根據(jù)課程進(jìn)度安排，指定學(xué)生需要學(xué)習(xí)的視頻和PPT課件，指出章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并提供一些電子資料幫助學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)。例如在“被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型”這一章節(jié)中，要求學(xué)生了解機(jī)理建模和系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念，掌握機(jī)理建模的基本步驟以及利用響應(yīng)曲線法進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)的方法。

在SPOC平臺(tái)上發(fā)布章節(jié)測(cè)試題。設(shè)定答題時(shí)長(zhǎng)和截止時(shí)間，測(cè)試題主要是選擇題與判斷題等客觀題型，主要了解學(xué)生對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

設(shè)計(jì)交互式的討論題和課后思考題。例如在“復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一章節(jié)中，可以設(shè)置討論題：串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？其適用于哪些應(yīng)用場(chǎng)合？要求每名學(xué)生至少參與一次討論。每個(gè)章節(jié)都設(shè)置課后思考題，以問(wèn)答題形式為主，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)章節(jié)的基本概念和基本原理的理解。

1.教學(xué)三階段

一是課前階段。教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生掌握基本知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生需要在SPOC平臺(tái)上自主進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，查看指定的視頻、課件和電子教材。為了保證學(xué)生能夠按時(shí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，教師需要密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，并通過(guò)班級(jí)QQ群與學(xué)生保持積極溝通，及時(shí)回答學(xué)生在自學(xué)過(guò)程中提出的問(wèn)題。

二是課中階段。課中，教師進(jìn)行章節(jié)內(nèi)容小結(jié)，重點(diǎn)講解常見問(wèn)題，并讓學(xué)生完成隨堂練習(xí)。這一階段的教學(xué)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題分析和實(shí)踐的能力。同時(shí)，在課中把知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和思想引領(lǐng)融入教學(xué)內(nèi)容中，結(jié)合時(shí)事熱點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)形勢(shì)、發(fā)展動(dòng)態(tài)等，通過(guò)講案例、看視頻等多種形式進(jìn)行思政教育，做到多元化、趣味性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和愛國(guó)精神。

三是課后階段。課后階段的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維以及提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成雨課堂上的思考題以及SPOC平臺(tái)上的測(cè)試題和討論題。此外，通過(guò)思考題或討論題的形式引導(dǎo)學(xué)生參與思政元素的挖掘。學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜索或文獻(xiàn)查詢，自主挖掘相關(guān)知識(shí)點(diǎn)中蘊(yùn)含的思政元素。這一自主挖掘的過(guò)程將鍛煉學(xué)生的查詢、整理、總結(jié)等能力，同時(shí)促進(jìn)課程學(xué)習(xí)與課程思政的有機(jī)結(jié)合。

2.課程思政元素的融入

習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。

在傳授知識(shí)的過(guò)程中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)和安全意識(shí)，可以通過(guò)結(jié)合典型案例開展教學(xué)。例如，2021年12月甘肅白銀某企業(yè)硝化工房發(fā)生的爆炸事故。事故的直接原因是裝置臨時(shí)停止，硝化釜也隨之停止攪拌，但濃硝酸進(jìn)料未完全切斷，導(dǎo)致釜內(nèi)硝酸含量偏高。在重新啟動(dòng)攪拌時(shí)，釜內(nèi)物料急劇反應(yīng)放熱，導(dǎo)致物料快速分解并發(fā)生爆炸。通過(guò)這一案例提醒學(xué)生要遵循職業(yè)規(guī)范，防止類似事故的發(fā)生。

同時(shí)，講授過(guò)程應(yīng)強(qiáng)調(diào)控制與儀表在服務(wù)國(guó)家重大工程和民生工程中的重要作用與貢獻(xiàn)，介紹我國(guó)在過(guò)程控制與儀表領(lǐng)域的自主創(chuàng)新和突破，以便學(xué)生了解我國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展水平和國(guó)際地位，借此引入一些優(yōu)秀的科技人才和企業(yè)家的事例，弘揚(yáng)科技報(bào)國(guó)和愛國(guó)奮斗精神。例如，重慶川儀股份有限公司通過(guò)自主創(chuàng)新，研發(fā)出了具有國(guó)際先進(jìn)水平的差壓變送器系列產(chǎn)品，如CY1151、CY1152、CY1153等。

3.課程考核

課程考核旨在考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力。課程評(píng)價(jià)采用多元考核機(jī)制，綜合成績(jī)由期末成績(jī)和平時(shí)成績(jī)構(gòu)成。課題組提高了平時(shí)成績(jī)的占比，從30%提高到了50%。期末考試在SPOC平臺(tái)上進(jìn)行，設(shè)置了截止時(shí)間和答題時(shí)間，題型包括選擇題和分析題，分析題需要學(xué)生在紙上作圖和計(jì)算，然后拍照上傳至平臺(tái)。平時(shí)成績(jī)包括學(xué)習(xí)表現(xiàn)（如視頻觀看、任務(wù)完成等）評(píng)分、雨課堂上的思考題成績(jī)以及SPOC平臺(tái)上的測(cè)試題、討論題等成績(jī)，綜合成績(jī)構(gòu)成情況如圖1所示。采用SPOC和雨課堂兩個(gè)在線教學(xué)平臺(tái)，可以方便地獲取和分析這些成績(jī)數(shù)據(jù)。

三、教學(xué)效果和反思

學(xué)生的綜合成績(jī)呈現(xiàn)出正態(tài)分布的特點(diǎn)，具體情況如圖2所示，其中有1名學(xué)生不及格，平均分為75.1分。部分學(xué)生對(duì)基本概念和原理掌握得較好，但是綜合運(yùn)用知識(shí)的能力較差。因此，在今后的教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)案例分析教學(xué)，并適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)。 采用“SPOC+雨課堂”的教學(xué)模式，以便學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課上自主學(xué)習(xí)、課后鞏固。同時(shí)，利用SPOC平臺(tái)反饋、QQ群溝通、雨課堂習(xí)題推送等，增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

總體而言，相較于傳統(tǒng)的線下教學(xué)，在線教學(xué)既能發(fā)揮教師引導(dǎo)和監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的作用，又能激發(fā)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主動(dòng)性和積極性。 但是在線教學(xué)也存在一些不足之處。例如，教師需要花費(fèi)更多精力準(zhǔn)備各種線上資源，如作業(yè)庫(kù)和試題庫(kù)等。從技術(shù)角度來(lái)看，課程后臺(tái)數(shù)據(jù)雖然能夠提供學(xué)生觀看視頻的時(shí)長(zhǎng)，但是這個(gè)數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。有些學(xué)生反映他們觀看了視頻，但時(shí)長(zhǎng)顯示為零；也有學(xué)生可能沒有觀看視頻，卻顯示有時(shí)長(zhǎng)。此外，存在部分學(xué)生抄襲的現(xiàn)象，例如在SPOC上進(jìn)行線上討論時(shí)，由于每個(gè)學(xué)生提交答案的時(shí)間不一樣，有些學(xué)生可能會(huì)抄襲其他學(xué)生的答案。這表明討論題的設(shè)計(jì)還有待改進(jìn)，以減少抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。

四、結(jié)語(yǔ)

課題組以O(shè)BE理念為先導(dǎo)，依托中國(guó)大學(xué)MOOC 資源，采用SPOC為主，輔以雨課堂、QQ群等多元網(wǎng)絡(luò)的手段，開展了以學(xué)生為中心的在線教學(xué)，并在教學(xué)過(guò)程中有意識(shí)地融入課程思政元素，從而順利完成了過(guò)程控制系統(tǒng)課程的教學(xué)，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。然而，如何利用先進(jìn)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)師生雙方高效的教與學(xué)，仍需要進(jìn)行深入的實(shí)踐探索。此外，要實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)和思政元素的有機(jī)融合，仍需要師生共同努力。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：蘇祎穎］