基于OBE工程教育理念的课程实践教学模式探索

陆 鑫，任立勇

(电子科技大学 信息与软件工程学院,四川 成都 610054)

高等工程教育的基本目标是培养大批满足社会需求、具备合格专业能力的工程人才。如何高质量培养工程人才一直是国内外高等院校在工程教育中探索与改革的重要工作。从广泛实施的CDIO工程教育模式改革[1-3]、OBE工程教育模式改革[4-6]到工程教育专业认证工作普遍开展[7-8]，其基本出发点都是通过不断的工程教育改革提高工程人才培养质量。

在工程教育中，课程实践教学是一个培养学生专业能力的基础教育层次，其课程教学培养成效直接关系到学生的基本专业能力构建程度，也关系到专业人才培养质量。因此，在开展工程教育改革过程中，推进课程实践教学改革是十分必要的。不少高校的工程专业开展了基于OBE理念的课程实践模式改革与实验教学研究[9-12]，以提升工程人才培养质量。

本文针对软件工程专业的课程实践教学改革，开展一种基于OBE工程教育理念，以学生为中心、学习成果目标为导向、持续质量改进的课程实践教学模式探索与实践，以达到增强学生专业核心能力培养、提升工程人才培养质量的目的。

1 课程实践教学模式与专业核心能力培养

在高等工程教育的人才培养体系中，课程教学是培养学生专业知识、专业能力和专业素质的基础教育层次。在工程类专业中，专业课程大都是一些工程实践性较强的技术课程，其课程教学一般分为理论知识教学和实践教学两大部分。在专业课程教学中，课程理论知识教学环节主要构建学生的专业理论基础，而课程实践教学环节侧重培养学生的专业能力，它们之间应是相互联系与相互支撑的教学关系。任何工程专业的课程实践教学均需要培养学生的专业核心能力，如专业实践能力、工程能力和创新能力。这些能力是工程类专业毕业生必须具备的专业能力。

在工程类专业课程中，如何具体定义专业核心能力？如何培养学生的专业核心能力? 如何评价学生的专业核心能力？这是各专业培养方案及其课程实践教学必须考虑解决的关键问题。不同理念的课程实践教学模式对于上述问题的解决方式不一样[13-15]，它们达到的教学效果也有所不同。如传统课程实践教学模式往往是简单地定义课程实践教学的专业核心能力培养目标及任务要求，对于课程实践教学如何支撑专业核心能力培养缺乏具体设计，更没有考虑在不同实践教学形式(如课程实验、课程设计等)下如何对专业核心能力培养进行分工协作。此外，传统课程实践教学模式通常只是训练学生基本操作能力和简单应用能力，缺乏结合实际工程需求开展项目实践，学生难以对复杂工程问题进行综合分析与有效解决。对于学生的课程实践评价，传统课程实践教学模式大都仅依据学生实验报告、设计报告的评阅进行课程实践学习的宏观评价，难以针对学生在课程实践学习中实际建立的各项专业能力进行量化评价。这种课程实践教学模式培养出来的学生大都存在实践动手能力差、工程意识不强、缺乏解决复杂工程问题的技术创新能力等问题。因此，在专业课程实践教学中，采用一个适合工程教育的培养理念及其课程实践教学模式对于学生专业核心能力培养是非常重要的。

2 基于OBE工程教育理念的课程实践教学模式设计

OBE(outcomes based education)是一种基于学生学习产出的教育模式。它起源于20世纪80年代在澳大利亚、美国等国家推行的高等教育改革。目前该教育模式已成为国际工程教育专业认证所推崇的教育模式。OBE工程教育核心理念是以学生获得预期学习成果为培养目标导向，反向设计工程教育培养方案；同时以学生为中心，实施工程教育教学；并采用可量化的教育成效评价方式，持续开展工程教育质量改进[4]。在实施OBE工程教育时，需要解决工程教育中课程实践教学的如下关键问题：1)如何确定专业培养目标与课程培养目标？2)如何将培养目标具化为可以观测的预期学习成果？3)如何量化评估学生获得的学习成果？4)如何进行教育教学质量持续改进？ 对此，在OBE工程教育中，开展课程实践教学需采用适应工程教育的课程实践教学模式。该模式应以学生预期学习成果为目标导向，进行课程实践教学设计；以学生为中心，综合应用先进的工程教育教学方法实施课程实践教学；采用可观测及量化评价方法，对学生实际获得的课程实践学习成效进行评估与分析总结，并持续进行课程实践教学质量改进。本文提出的OBE课程实践教学模式如图1所示。

图1 OBE课程实践教学模式

实施OBE课程实践教学模式需要通过如下6个步骤来完成。

1)在开展课程实践教学设计前，首先对专业培养目标及毕业要求进行需求分析，明确专业对本课程培养学生的专业能力要求。

2)设计本课程的专业核心能力培养目标，并将它们具化为可观测的课程实践教学预期学习成果，同时开展基于学习成果导向的反向教学设计，如进行课程实践教学大纲、课程实践教学内容、课程实践教学方案及课程实践学习评价方式等教学要素设计。

3)按照所设计的课程实践教学大纲、课程实践教学内容、课程实践教学方案及课程实践学习评价方式实施课程实践教学，同时面向学习成果目标对学生的专业核心能力进行针对性培养。

4)在课程实践教学实施过程中，收集学生课程实践学习的反馈信息，并对此进行教学方法调整。在课程实践教学结束时，对学生在各个学习成果观测点的考评数据进行采集与计算分析，从而对学生实际获得的学习成果进行量化评估，并提出课程实践教学持续质量改进的方案。

5)在对所有学生的课程实践学习成效进行分析总结后，将该课程实践教学的能力培养目标达成度数据反馈到专业教育层面，从而可在专业教育层面对学生的专业核心能力培养成效进行分析评估处理。

6)对专业培养目标与毕业要求进行完善修订后，同步对课程实践教学的专业核心能力培养目标进行变更设计，以满足课程实践教学对专业核心能力培养的支撑。

在OBE模式的课程实践教学中，除了围绕学生预期学习成果进行课程实践教学反向设计外，还需要给出课程实践教学的专业核心能力培养实施方案。本文提出一种融合课程实践作业、课程实验及课程设计形式的一体化分级能力培养实施方案，如图2所示。

图2 OBE模式课程实践教学的一体化

专业课程实践教学涉及的专业核心能力培养分为实践能力、工程能力和创新能力3个层次。在OBE模式的课程实践教学中，它们需要采用不同的教学形式(如实践作业、课程实验、课程设计等)对学生进行培养。其中实践作业是培养学生基本实践能力的课程实践教学形式，如通过实践作业培养学生的基本操作能力及基本应用能力等。课程实验是培养学生综合实践能力及基本工程能力的课程实践教学形式，如通过课程实验培养学生的系统分析能力及系统设计能力、基本工程实施能力等。课程设计是培养学生综合工程能力及创新能力的实践教学形式，通过课程设计培养学生综合应用专业知识解决复杂工程问题的系统工程能力与创新能力。

在OBE模式的课程实践教学一体化分级能力培养过程中，不同实践教学形式下的实践内容应彼此有机联系、难度依次递进，解决传统课程实践教学模式中不同教学形式之间存在的分工不明、内容孤立或交叉重复等问题。此外，OBE模式的课程实践教学也解决传统课程实践教学模式中存在的仅训练学生基本操作与简单应用能力，使课程实践教学还能培养学生综合利用专业知识解决复杂工程问题能力，同时也培养学生解决技术问题的创新能力。

此外，在OBE模式的课程实践教学中，对学生的专业核心能力培养，必须采用行之有效的工程教育教学方法。基于CDIO工程教育思想的“做中学”“练中学”“案例导向学习”等教学方法是国内外高等工程教育广泛认可的课程教学方法[1-3]。这些教学方法的共同点就是以学生为中心，按照工程思想构建学生的知识与能力。因此，在OBE模式的课程实践教学中综合应用这些方法可有效培养学生的不同层级专业核心能力。

3 软件工程专业课程实践教学示例

为了说明在工程教育中如何开展基于OBE教育理念的课程实践教学,这里以电子科技大学软件工程专业系统分析与设计课程为例，给出该课程基于OBE工程教育理念的实践教学模式实施方案。

3.1 课程目标设计

系统分析与设计课程是软件工程专业中一门重要的专业课程，它培养学生具有基本的软件系统分析与设计能力。该课程具有较强的实践性及工程性等特点。基于OBE工程教育理念实施课程实践教学，首先需要设计该课程培养目标，其设计如表1所示。

表1 软件工程专业系统分析与设计课程培养目标

表1(续表)

从表1所示的课程培养目标定义来看，除CO1目标是要求学生通过课程学习应掌握系统分析与设计知识外，CO2到CO4目标均为系统分析与设计课程应培养学生的专业核心能力目标。针对课程层面的专业核心能力培养目标，需要通过课程实践教学来实施达到。在OBE模式的课程实践教学中，为了对系统分析与设计课程实践教学的学生专业核心能力达成度进行可量化评价，还需要对课程目标进一步分解，将它们具化为可观测的学生预期学习成果。系统分析与设计课程实践教学的专业核心能力培养目标及其学生预期学习成果关系，设计如表2所示。

表2 系统分析与设计课程的专业核心能力培养目标及其预期学习成果

表2对课程的专业核心能力培养目标按照学生预期学习成果进行了具体定义。这些预期学习成果是学生在课程实践后应获得的学习收获，同时也是进行课程实践教学反向设计的需求依据及课程实践评价的考评观测点。

3.2 课程实践教学内容设计

为了使学生通过课程实践学习获得预期的课程学习成果，系统分析与设计课程实践教学内容应围绕课程的专业核心能力培养目标具化的预期学习成果实现进行实践教学内容组织。本课程实践教学内容具体设计如表3所示。

表3 系统分析与设计课程实践教学内容

表3所给出了培养学生具备系统分析与设计能力的课程实践内容模块。这些实践教学内容对应到课程的专业核心能力培养目标及其预期学习成果，从而可以实现学生获得预期学习成果的针对性培养。

3.3 实践教学形式设计

在基于OBE工程教育理念的系统分析与设计课程实践教学中，可通过“实践作业”“课程实验”和“课程设计”形式实现对学生的系统分析与设计能力培养。在课程实践作业中，开展CM1模块的实践学习，使学生通过应用课程所学习UML建模方法知识，进行UML各类模型图设计实践，从而获得CO2-1、CO2-2和CO2-3学习成果。在课程实验中，开展CM2和CM3模块的实践学习，使学生应用系统分析与设计方法知识，进行UML系统需求分析与系统设计建模实践，从而获得CO3-1、CO3-2、CO3-3、CO3-4和CO3-5学习成果。在课程设计中，开展CM4模块的实践学习，使学生综合应用专业知识，进行复杂工程的UML系统需求分析与系统设计建模实践，从而获得CO4-1和CO4-2学习成果。在以上3个实践教学形式环节中，专业核心能力培养的层次依次递进，即分别培养UML系统分析与设计建模操作能力、UML系统分析与设计基本工程能力和UML系统分析与设计综合工程能力。

3.4 实践教学评价设计

为了评价系统分析与设计课程实践教学中的课程目标达成度及学生学习成效，可围绕学生在课程实践中实际获得的学习成果进行考评。针对各个学习成果观测点，设计上机实践测试的考核点，然后让学生上机实践测试中完成这些考核点的问题解决。通过对学生在各考核点的上机实践测试结果评阅，进行学习成果评价处理，并对评分数据采集与计算，从而量化评估学生在系统分析与设计课程实践中的课程目标达成度与学习成效。如某班的系统分析与设计课程实践学习成果评价表数据如表4所示。

表4 课程实践学习成果评价表

表4所给出数据是从本校2016-2017-1学期系统分析与设计课程班全体学生(65人)上机测评试卷中采集，并进行统计计算得到。其数据反映该班学生的平均课程实践学习目标达成度及平均学习成效。

4 OBE课程实践教学模式应用效果

通过近年来本校在软件工程专业实施OBE工程教育及其课程实践教学模式改革，工程人才培养质量得到较大提升。OBE模式的课程实践教学成效体现如下：

1)课程培养目标针对性强，完全支撑专业培养目标与毕业要求，解决了传统课程实践教学培养目标与专业培养目标及毕业要求吻合度不够问题；

2)课程实践教学实现了课程的专业核心能力目标达成程度及学生学习成果的量化评价，从而可容易开展课程实践教学持续质量改进；

3)课程实践教学实现了课程实践作业、课程实验和课程设计形式环节之间进行有机衔接，解决了传统课程实践教学不同环节之间存在的能力培养内容脱节及重复或遗漏等问题，使学生的专业实践能力、工程能力和创新能力均可得到培养；

4)课程实践教学实现了以学生为中心的“做中学”“练中学”及“案例导向教学”等工程教学方法在不同能力层级的融合教学，使学生在专业实践能力、工程能力和创新能力得到一体化分层级培养。

5 结束语

在高等工程教育中，课程实践教学是培养学生专业能力的基础层次。基于OBE工程教育理念，实现以学生为中心、课程学习成果目标为导向、持续质量改进的课程实践教学模式，有助于提升课程实践教学对学生专业核心能力培养成效。在开展OBE模式的课程实践教学中，将课程培养能力目标具化为可观测的学生预期学习成果，并以此为导向进行教学反向设计与课程实践评价，可容易实现对学生课程实践收获的学习成果进行量化评估，并形成持续质量改进。在课程实践教学多个环节中，对学生的专业实践能力、工程能力、创新能力进行一体化分层级培养是解决传统实践教学模式能力培养局限的一种有效方式。