基于OBE理念的自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群教學(xué)改革探索

陳丹丹 張秀宇 劉玉秋 韓曉菊 祝國(guó)強(qiáng)

摘要自動(dòng)化是國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，在國(guó)家智能制造和“雙碳”目標(biāo)背景下，自動(dòng)化專業(yè)人才的需求日益緊迫。特別是人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與自動(dòng)化的高度融合，使得軟件能力成為自動(dòng)化人才的核心競(jìng)爭(zhēng)力。文章從自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群的建設(shè)入手，以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，積極探索自動(dòng)化專業(yè)人才程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的新模式。

關(guān)鍵詞 OBE理念；自動(dòng)化專業(yè)；軟件類課程群；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.023

自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科技現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。自動(dòng)化專業(yè)學(xué)科跨度大，適應(yīng)面廣，在國(guó)家智能制造和“雙碳”目標(biāo)背景下，社會(huì)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人才的需求日益緊迫[1]。此外，人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與自動(dòng)化的高度融合，使得軟件能力成為自動(dòng)化人才的核心競(jìng)爭(zhēng)力[2]。在此大背景下，電力行業(yè)向更智能化、高效化方向發(fā)展。東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）的自動(dòng)化專業(yè)以電力行業(yè)為依托，強(qiáng)化自動(dòng)化專業(yè)人才的軟件能力，已成為培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型的“新工科”人才的戰(zhàn)略之舉。OBE（OutcomeBasedEducation，成果導(dǎo)向教育），強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，更注重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。本文基于OBE理念，從自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群的建設(shè)入手，推進(jìn)軟件類課程的教學(xué)改革，積極探索自動(dòng)化專業(yè)人才程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的新模式。

1國(guó)內(nèi)外軟件類課程的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

縱觀國(guó)內(nèi)外開(kāi)設(shè)的軟件類課程，大多各自為戰(zhàn)，缺乏軟件類課程體系的全盤考慮，缺少先進(jìn)的課程體系模式，相關(guān)課程前后銜接不緊密，不利于培養(yǎng)學(xué)生軟件方面系統(tǒng)化的框架設(shè)計(jì)思想和思維模式。存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在：①軟件類課程授課內(nèi)容陳舊，不能及時(shí)和國(guó)外接軌。②軟件類課程授課方式落后，大多重視軟件理論或技術(shù)，輕實(shí)踐與創(chuàng)新，缺乏針對(duì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的培養(yǎng)。③考試方式落伍、模式單一，考核標(biāo)準(zhǔn)多以知識(shí)考核為主，缺乏對(duì)學(xué)生能力達(dá)成度的評(píng)價(jià)體系，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，對(duì)學(xué)習(xí)效果的監(jiān)測(cè)和反饋不及時(shí)。④培養(yǎng)體系中對(duì)核心能力的培養(yǎng)不突出，無(wú)法體現(xiàn)OBE強(qiáng)調(diào)能力本位的內(nèi)涵，不能有效培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)不確定性的能力。⑤理論脫離實(shí)際，缺少具有明確應(yīng)用背景的具體案例，導(dǎo)致學(xué)生使用軟件解決問(wèn)題的工程軟件設(shè)計(jì)及使用能力不足，無(wú)法滿足培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型的“新工科”人才的需要[3]。

2自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群教學(xué)改革思路

2.1確定課程群的能力成果，修訂教學(xué)大綱

傳統(tǒng)的教學(xué)大綱強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容，OBE理念更側(cè)重能力成果。因此，軟件類課程群教學(xué)改革的首要任務(wù)，是在傳統(tǒng)課程大綱中增加學(xué)習(xí)該課程后要具備的能力成果。這就需要根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，了解本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求，確定課程群中各課程的學(xué)習(xí)教學(xué)目標(biāo)和能力目標(biāo)，建立課程群與畢業(yè)要求的支撐關(guān)系矩陣。修訂教學(xué)大綱的過(guò)程中要注重梳理教學(xué)內(nèi)容與預(yù)期學(xué)習(xí)成效、制訂合理的課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為順利開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量提供有力保障。必要時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況，打破以教材為依據(jù)的傳統(tǒng)[5]。同時(shí)，要善于挖掘課程中包含的思政元素，將國(guó)家榮譽(yù)、家國(guó)情懷、工匠精神等元素有機(jī)融入教學(xué)大綱中，達(dá)到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的效果。

2.2分析培養(yǎng)對(duì)象的特點(diǎn)，確定能力培養(yǎng)模式

本科培養(yǎng)方案共四年8個(gè)學(xué)期，不同階段培養(yǎng)對(duì)象的特點(diǎn)也不同。因此對(duì)于學(xué)生軟件能力的培養(yǎng)，可以基于程序設(shè)計(jì)的基本要素，分階段逐步、有序地增強(qiáng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)能力。采用“分而治之”的思想，按階段細(xì)致打磨，反復(fù)錘煉，更能有效達(dá)成能力成果。

2.3選擇合理的教學(xué)方式，開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

OBE理念強(qiáng)調(diào)落實(shí)學(xué)生的主體地位，更關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的輸出。軟件類課程可以改變以教師輸入為主的教學(xué)方式，在課上開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。設(shè)置分級(jí)能力驅(qū)動(dòng)任務(wù)，包括：基礎(chǔ)型、驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和綜合拓展型，分層次逐步提升學(xué)生能力。

2.4融合先進(jìn)的教育技術(shù)手段，釋放教與學(xué)的能量

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)習(xí)通、雨課堂等現(xiàn)代教育技術(shù)手段應(yīng)運(yùn)而生。這些專業(yè)的學(xué)習(xí)平臺(tái)能夠面向智能手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)終端，將現(xiàn)代教育技術(shù)手段融入PPT、微信等教師和學(xué)生常用的教學(xué)軟件和APP中，將傳統(tǒng)的課前、課上、課后等環(huán)節(jié)賦予了全新的體驗(yàn)，最大限度地釋放了教與學(xué)的能量，真正做到了課堂互動(dòng)永不下線，能夠有效推進(jìn)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[5]。

2.5引入多元化的評(píng)價(jià)體系，有效衡量學(xué)生能力的達(dá)成度

基于OBE理念的教學(xué)改革始終圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)效果實(shí)施，傳統(tǒng)的以評(píng)價(jià)試卷為主的考核方式，已不再適合衡量學(xué)生能力目標(biāo)的達(dá)成度。多元化的評(píng)價(jià)方法包括線上線下學(xué)習(xí)成果的考核，以及根據(jù)學(xué)生的不同能力水平，制訂個(gè)性化的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，不以成績(jī)?cè)u(píng)判學(xué)生，適時(shí)地給予激勵(lì)措施，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)并實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果。同時(shí)設(shè)計(jì)階段性的考評(píng)機(jī)制，按學(xué)習(xí)進(jìn)程分階段考核，每一個(gè)階段均是上一階段的升華，學(xué)生在階段考核過(guò)程中能力逐步提升，不斷獲得階段性成果的滿足感，學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，學(xué)習(xí)效果顯著增強(qiáng)，最終達(dá)成相應(yīng)的能力目標(biāo)。

3自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群教學(xué)改革的具體措施

3.1構(gòu)建以“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”為核心的自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群

軟件類課程群的構(gòu)建并不是幾門軟件類課程簡(jiǎn)單的相加性組合，而是要明確各門課程的定位，探尋各課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，統(tǒng)籌制訂教學(xué)大綱，整合教學(xué)內(nèi)容。此外，課程群內(nèi)的各課程目標(biāo)要相互支撐，從而實(shí)現(xiàn)群內(nèi)課程多維度、多層面的有效融合[6]。

“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程是我院自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。課程主要講授線性表、棧和隊(duì)列、樹、圖等常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在邏輯關(guān)系及其在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)表示。此外，課程還涉及軟件工程概述以及排序、查找等算法設(shè)計(jì)內(nèi)容。該課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的算法分析與設(shè)計(jì)能力，在自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群中起著承上啟下的重要作用，其向前與“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”銜接，向后為“微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)”“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”等專業(yè)主干課奠定基礎(chǔ)。因此，課程組在明確了“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”的核心地位及群內(nèi)各課程的能力成果后，將自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群分為基礎(chǔ)知識(shí)類、程序設(shè)計(jì)與技術(shù)類、工程實(shí)踐類三個(gè)類別。其中基礎(chǔ)知識(shí)類課程包括“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”，程序設(shè)計(jì)與技術(shù)類課程包括“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”“微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)”，工程實(shí)踐類課程包括兩門理論課：“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”“虛擬儀器”，以及兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)：“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”“軟件類設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)”。

3.2設(shè)計(jì)“4+3+4”程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式

“4”即構(gòu)成程序設(shè)計(jì)的四個(gè)基本要素：計(jì)算思維、算法設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)分析能力?！?”即能力培養(yǎng)的三個(gè)階段：?jiǎn)⒚扇腴T階段，發(fā)展提高階段和開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段。“4”即四個(gè)階段的培養(yǎng)對(duì)象：大一、大二、大三和大四學(xué)生。該培養(yǎng)模式將課程群中的核心課程及實(shí)踐環(huán)節(jié)按照程序設(shè)計(jì)的四要素分階段對(duì)培養(yǎng)對(duì)象進(jìn)行能力培養(yǎng)。

啟蒙入門階段以知識(shí)積累為主，培養(yǎng)對(duì)象為大一新生，主要培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)四要素之計(jì)算思維，將軟件類課程群中的基礎(chǔ)知識(shí)類課程納入該培養(yǎng)階段。

在發(fā)展提高階段，主要進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)對(duì)象為大二學(xué)生。課程群中程序設(shè)計(jì)與技術(shù)類課程納入該培養(yǎng)階段。具體地，在第3學(xué)期主要進(jìn)行課程群中“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)，在第4學(xué)期主要進(jìn)行“微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)，該課程除了講授單片機(jī)等微機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)外，還涉及匯編語(yǔ)言及C51語(yǔ)言相關(guān)的知識(shí)。該階段重點(diǎn)培養(yǎng)四要素之算法設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力。

在開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段，主要進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐，培養(yǎng)對(duì)象為大三、大四學(xué)生。該階段重點(diǎn)培養(yǎng)四要素之系統(tǒng)分析能力，學(xué)生在該階段主要完成群內(nèi)工程實(shí)踐類課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐。

3.3引入基于OBE理念的“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法

OBE理念更注重學(xué)生的輸出及學(xué)習(xí)效果。培養(yǎng)方案中的畢業(yè)指標(biāo)是宏觀的概念，在課程層面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果更為具體?！叭蝿?wù)驅(qū)動(dòng)”是指對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行柔性分配，并將之融入課程群內(nèi)的具體課程中，設(shè)計(jì)與之相匹配的有實(shí)際應(yīng)用背景的案例驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目。任務(wù)驅(qū)動(dòng)分階段設(shè)置，以達(dá)到不同層次的能力目標(biāo)。針對(duì)我院實(shí)際情況，課程組設(shè)計(jì)了以智能家居為背景的實(shí)際工程案例，以此培養(yǎng)和提高學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力。該任務(wù)驅(qū)動(dòng)案例分成三個(gè)階段，第一階段要達(dá)成的能力目標(biāo)為隊(duì)列及哈希查找的應(yīng)用，需在“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中完成案例驅(qū)動(dòng)；第二階段要達(dá)成的能力目標(biāo)為智能主機(jī)硬件開(kāi)發(fā)，包括最小系統(tǒng)、電源電路、通信電路、時(shí)鐘電路、掉電存儲(chǔ)電路、高頻屏蔽以及定時(shí)器等應(yīng)用，需在“微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)”課程教學(xué)中完成案例驅(qū)動(dòng)；第三階段要達(dá)成的能力目標(biāo)為服務(wù)器平臺(tái)軟件部署、智能終端、TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用、HTTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與本地服務(wù)通信等，需在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”“虛擬儀器”課程教學(xué)中完成案例驅(qū)動(dòng)。

3.4采用“多維度混合式”的現(xiàn)代教學(xué)手段

“多維度混合式”是指借助先進(jìn)教育技術(shù)手段多角度、全方位地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。如：利用雨課堂布置課前預(yù)習(xí)和課上練習(xí)，利用學(xué)習(xí)通布置課后作業(yè)、小測(cè)驗(yàn)以及拓展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等。此外，課程組基于C#語(yǔ)言自主開(kāi)發(fā)了在線判題系統(tǒng)，學(xué)生可以在課后利用該平臺(tái)自行練習(xí)C/C++編程，該平臺(tái)可以幫助學(xué)生糾正軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中常出現(xiàn)的編譯錯(cuò)誤、運(yùn)行超時(shí)以及程序輸出格式錯(cuò)誤等問(wèn)題。

3.5采用“多元化+階段性”的考核方式

合理的課程考核方式及評(píng)價(jià)體系更能有效衡量能力成果。以“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程為例，新的評(píng)價(jià)體系分為6個(gè)階段：課前預(yù)習(xí)、課上練習(xí)、課后作業(yè)、階段性測(cè)試、討論小組驅(qū)動(dòng)任務(wù)以及期末考試。其中，課前預(yù)習(xí)和課上練習(xí)在雨課堂完成；課后作業(yè)在學(xué)習(xí)通完成；階段性測(cè)試通過(guò)在線判題系統(tǒng)完成；討論小組驅(qū)動(dòng)任務(wù)主要是以小組為單位的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目編程作業(yè)，并在課程結(jié)束后一周提交完整的軟件代碼、項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書及相關(guān)講解視頻。同時(shí)，要求小組成員提交對(duì)該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的個(gè)人工作貢獻(xiàn)度，該貢獻(xiàn)度將作為階段性考核成績(jī)的關(guān)鍵參考因素。期末考試的形式為筆答考試或大作業(yè)，具體可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。

4結(jié)語(yǔ)

在OBE理念的引領(lǐng)下，課程組構(gòu)建了以“軟件技術(shù)基礎(chǔ)”為核心的自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群，探索了自動(dòng)化專業(yè)人才軟件能力培養(yǎng)的新模式?！叭蝿?wù)驅(qū)動(dòng)+多維度混合式”的先進(jìn)教育技術(shù)手段，多角度、全方位地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)遞進(jìn)式提升學(xué)生軟件綜合能力效果顯著。全新的考評(píng)體系可動(dòng)態(tài)跟蹤每名學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)效果。軟件類課程群教學(xué)改革將OBE理念貫穿始終，首先明確軟件類課程最終要達(dá)到的能力成果，反向設(shè)計(jì)教學(xué)方法和考評(píng)機(jī)制，階段性地監(jiān)測(cè)學(xué)習(xí)效果，再根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)整教學(xué)手段和內(nèi)容，最終達(dá)成預(yù)期的能力目標(biāo)，真正讓學(xué)生受益。

*通訊作者：陳丹丹

基金項(xiàng)目：2022吉林省高等教育教學(xué)改革研究課題“基于OBE理念的自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群教學(xué)改革與實(shí)踐”（JLJY202277648960）；東北電力大學(xué)教學(xué)改革研究課題“基于OBE理念的自動(dòng)化專業(yè)軟件類課程群教學(xué)改革探索”（JX2133）。

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