基于OBE模式的“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究

王麗麗 陳慶光 張?chǎng)? 杜小振

摘要：“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”是一門(mén)理論性較強(qiáng)的課程，但是本課程最終的目的是將相關(guān)理論在工程實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用。通過(guò)OBE模式對(duì)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以對(duì)應(yīng)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，并建立了多元化的考核體系。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，表明教學(xué)效果較好。OBE模式對(duì)本課程的教學(xué)適用性較好。

關(guān)鍵詞：“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”；OBE模式；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）34-0100-03

近些年，高等教育不僅重視學(xué)生的學(xué)習(xí)成果及目標(biāo)，而且更加強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐及應(yīng)用能力。雖然以往的教學(xué)過(guò)程也會(huì)制定教學(xué)目標(biāo)，但這些目標(biāo)通常都是較為模糊的，這使得學(xué)生并不清楚課程學(xué)習(xí)的具體目標(biāo)及目的，導(dǎo)致學(xué)生較為茫然地跟隨教師的授課，僅僅專注于課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)及如何應(yīng)對(duì)考試。

基于成果導(dǎo)向（Outcome-based Education，OBE）的教育模式是從開(kāi)始先確定學(xué)生的最終學(xué)習(xí)目標(biāo)和成果，目前這一模式越來(lái)越受重視，特別在美國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)的工程教育中，已成為主流的教育改革理念[1]。OBE模式于20世紀(jì)80年代在美國(guó)興起[2]，其主要思路是將學(xué)生的能力提高和學(xué)習(xí)成果作為教學(xué)質(zhì)量的主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，這同傳統(tǒng)上內(nèi)容驅(qū)動(dòng)的教育教學(xué)過(guò)程形成了鮮明對(duì)比。所謂成果，重點(diǎn)并不在于學(xué)生的考試分?jǐn)?shù)，而應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展成效以及學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束后真正擁有的能力。傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程的進(jìn)度是以大部分學(xué)生可以完成的假設(shè)為前提預(yù)設(shè)的，其教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)優(yōu)先于教學(xué)目標(biāo)，而衡量學(xué)生的方法是考試分?jǐn)?shù)，主要考查學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的掌握程度。OBE模式相較于傳統(tǒng)的教育理念而言，其最大的不同在于它是一種強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)、能力訓(xùn)練的教育系統(tǒng)[3]。OBE教育模式以學(xué)論教，教學(xué)目標(biāo)先于教學(xué)內(nèi)容，課程教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生的教學(xué)過(guò)程管理等都圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行，提供給學(xué)生知識(shí)、技術(shù)的同時(shí)著重培養(yǎng)學(xué)生的能力和素質(zhì)，教師只是學(xué)生達(dá)成預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)的指導(dǎo)者和組織者。

將OBE教學(xué)模式應(yīng)用到“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，以提升工程教育的教學(xué)質(zhì)量是一次大膽的探索和嘗試。研究基于OBE教育模式在“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用，在教學(xué)過(guò)程中變灌輸為啟發(fā)，變督促為引導(dǎo)，變“教師為主導(dǎo)”為“學(xué)生為主體”，推動(dòng)教學(xué)過(guò)程“以教學(xué)為主線”向“以學(xué)習(xí)為目標(biāo)”轉(zhuǎn)變。

一、基于OBE模式的“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)

基于“以學(xué)習(xí)為目標(biāo)”的OBE模式，采用反向課程教學(xué)設(shè)計(jì)，包括三個(gè)步驟：確定學(xué)習(xí)效果，以學(xué)習(xí)效果為指導(dǎo)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)多維評(píng)價(jià)體系檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，從而形成帶有目標(biāo)及反饋的課程教學(xué)閉環(huán)過(guò)程，如圖1所示。

1.將預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)分解為具體教學(xué)環(huán)節(jié)?！皺C(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程的主要目的是讓學(xué)生以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)去看待一個(gè)機(jī)械工程系統(tǒng)，其從信息的傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋角度來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為；為采用控制的觀點(diǎn)和思想方法解決生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題以及為了使系統(tǒng)按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)；也為后續(xù)課程以及從事機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。然而這些目標(biāo)的描述較為籠統(tǒng)，具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)無(wú)法進(jìn)行量化，學(xué)生如何學(xué)習(xí)才能達(dá)到本課程要求的能力？教師又該如何進(jìn)行教學(xué)？因此基于OBE教育模式必須先將培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行分解并量化。

2.合理設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，優(yōu)化教學(xué)方法。通過(guò)合理設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)并優(yōu)化教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)方法，將教師講授與學(xué)生研討型學(xué)習(xí)相結(jié)合，通過(guò)提出一些開(kāi)放性問(wèn)題、布置一些小組研究型作業(yè)等，引導(dǎo)學(xué)生思考，提高學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)滿足學(xué)生的多元彈性學(xué)習(xí)的需求。

3.構(gòu)建多元化的評(píng)價(jià)體系，對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行有效反饋。課程考核評(píng)價(jià)一般作為教學(xué)過(guò)程結(jié)束后的環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有嚴(yán)格、有效的評(píng)價(jià)體系，很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)成果?；贠BE模式的考核應(yīng)該能夠有效檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，并且要給予教學(xué)效果的有效反饋，應(yīng)該設(shè)計(jì)采用多樣性的評(píng)價(jià)體系。

二、基于OBE模式的“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的實(shí)施

1.將抽象的理論問(wèn)題具體化工程化。機(jī)械工程控制理論中的大部分概念和理論都是比較抽象的，在教學(xué)過(guò)程中如果僅限于理論的介紹和論述，學(xué)生不僅會(huì)感覺(jué)空洞乏味，而且難以接受和理解[4]。因此在設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，可以適當(dāng)減少抽象模型的例題，而增加工程實(shí)例和典型案例[5]，同時(shí)把機(jī)械領(lǐng)域的前沿課題以及研究結(jié)果作為實(shí)例引入到教材之中。這樣可以引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)指向設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，從而對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

2.培養(yǎng)學(xué)生用控制論的思維方式解決機(jī)械工程實(shí)際問(wèn)題。學(xué)生在機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)課程中學(xué)習(xí)了各種機(jī)構(gòu)，掌握了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而本課程讓學(xué)生知道除了應(yīng)用機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器，還可以應(yīng)用控制手段實(shí)現(xiàn)機(jī)器更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。讓學(xué)生將經(jīng)典控制論應(yīng)用于機(jī)械工程實(shí)踐中，根據(jù)“時(shí)域性能分析和頻域性能分析”的知識(shí)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，根據(jù)“系統(tǒng)性能校正”的知識(shí)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，改變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，達(dá)到期望的運(yùn)動(dòng)目的?！皺C(jī)械工程控制基礎(chǔ)”這門(mén)課程的最終目的就是利用相關(guān)理論解決機(jī)械工程中的實(shí)際問(wèn)題。因此，理論的應(yīng)用是本課程最重要的學(xué)習(xí)目標(biāo)之一，培養(yǎng)學(xué)生的思維方式是完成該學(xué)習(xí)目標(biāo)最重要的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程。

3.培養(yǎng)學(xué)生建立基于控制論培養(yǎng)的邏輯分析能力。“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”是應(yīng)用數(shù)學(xué)手段，基于物理學(xué)、電工電子學(xué)、力學(xué)、機(jī)械原理等知識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，將機(jī)電液系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型的形式，進(jìn)行性能分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。因此，要求本專業(yè)的學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)的基礎(chǔ)，并且具備多學(xué)科的知識(shí)積累，有些涉及物理學(xué)、電工電子學(xué)、力學(xué)知識(shí)，學(xué)生們雖然學(xué)過(guò)相關(guān)課程，但是由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，已印象不深。因此，在每次課程結(jié)束之前把下次課程會(huì)用到的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)給學(xué)生一一列出，讓學(xué)生課后提前復(fù)習(xí)已學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)，在下次課堂上教師只需對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)做些簡(jiǎn)單的提示或回顧即可，在舊知識(shí)與新知識(shí)之間架起一座橋梁，新舊知識(shí)能夠有效銜接，達(dá)到事半功倍的效果。教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用原來(lái)所學(xué)定理或定律去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，構(gòu)建一個(gè)完備的知識(shí)框架，能夠從中體會(huì)到原來(lái)各門(mén)學(xué)科之間是相互聯(lián)系、相互銜接的，只有融會(huì)才能貫通，學(xué)生邏輯清晰，分析能力自然就提高了。

三、基于OBE模式的多元考核體系的建立及效果

依據(jù)設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，建立多元考核體系，并對(duì)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成進(jìn)行檢驗(yàn)[6]。根據(jù)課程特點(diǎn)，注重階段性考核和理論的實(shí)際應(yīng)用考核。將學(xué)生的成績(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)定為：平時(shí)課堂表現(xiàn)5%，課后作業(yè)10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)15%，期末成績(jī)70%。通過(guò)這樣的設(shè)置，使學(xué)生注重課程的過(guò)程化學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)好每一個(gè)理論環(huán)節(jié)。加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的任務(wù)量，注重學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)。課程結(jié)束后鼓勵(lì)學(xué)生積極進(jìn)行課程教學(xué)評(píng)價(jià)，反饋教學(xué)效果，從而對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行反饋，形成課程教學(xué)設(shè)計(jì)的閉環(huán)。

通過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)教改班和對(duì)照班的教學(xué)效果進(jìn)行了對(duì)比，如表1所示。

由表1可以看出，基于OBE模式在“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革效果較好。針對(duì)本課程的特點(diǎn)進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)是適用的，今后可以在課程組其他教師的課堂進(jìn)行相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的推廣。

四、結(jié)論

基于OBE模式在“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用，將教學(xué)過(guò)程由“教師為主導(dǎo)”向“學(xué)生為主體”轉(zhuǎn)變，將教學(xué)過(guò)程由“以教學(xué)為主線”向“以學(xué)習(xí)為目標(biāo)”轉(zhuǎn)變：（1）摒棄教學(xué)內(nèi)容為主線的傳統(tǒng)教學(xué)模式，建立以教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，并與多元化的教學(xué)考核過(guò)程相結(jié)合，對(duì)課程教學(xué)重新進(jìn)行梳理。（2）構(gòu)建了多元化的評(píng)價(jià)體系，把以完成教學(xué)內(nèi)容為主的教學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向以教學(xué)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)的知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。（3）通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)改革效果較好，也驗(yàn)證了OBE模式是適用于“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程的教學(xué)的。

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