基于OBE模式的传感技术实验教学改进

郑青玉 王晓飞 潘志康 王艳林

北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院 北京 100192

传感技术是测控技术与仪器、自动化以及电子信息等工程类专业的一门重要的专业基础课，它是学生毕业后从事相关专业技术工作和科学研究的一门必修课；为了加深学生对本课程所学的传感器结构、工作原理和应用场合的理解，巩固所学理论知识，提高学生分析和解决问题的能力，在课程教学过程中增加了典型传感器的实验教学环节。但是在实验教学过程中发现：由于实验课时比较少，实验内容也相对比较简单，所以难以调动学生的实验兴趣；实验教学方法单一，过于强调“教”而非“学”[1]，导致学生过分依赖教师，同时实验过程死板，学生的思考积极性被压制；而实验考核形式单一，也难以引起学生足够重视。因此，在有限的实验教学时间内，怎样调动起学生的学习兴趣，提高学生的实验技能和创新能力，更好地培养学生分析和处理实际问题的能力，就是该课程实验教学进行改革的关键所在。

1 OBE教学模式

OBE(Outcome-Based Education)是一种基于学习成果或结果为导向的教育模式，也称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，它是一种新的先进的教育理念，是高等工程教育改革的指导方向[2]。OBE主要强调的是学生学到了什么能力而不是教师教了什么知识，注重的是教学过程的输出结果而不是输入方式，因此，OBE模式的教学具有更大的灵活性和优势，其教学过程一改以往以教师教学为中心，围绕既定的教学进程对学生展开教学的方法[3]，而是以学生为中心，注重培养学生的自我探索和自我学习能力，从而提高教学效率和教学质量，美国工程教育认证协会也接受了OBE的理念，并将其贯穿于工程教育认证标准的始终。在2016年6月，国际工程联盟年会通过了中国科学技术协会代表我国由《华盛顿协议》预备会员“转正”，成为这项国际认证协议的正式成员；我校测控技术与光电信息工程学院的测控技术与仪器专业于2014年也顺利地通过了我国的工程教育认证，并提出“优化实践教学体系，提高实践育人效果”的原则。在此背景下，以OBE教育理念引导传感技术实验教学改革具有现实的意义。

2 基于OBE理念导向下的传感技术实验教学改革

以OBE核心教育理念“以学生为中心”“成果导向”“持续改进”为指导思想[4,5]，以学生达到出口要求为教学最终目标，分别从实验教学内容的完善、教学过程的改进、成绩评价方式的改革等环节着手，努力做到把学生的主体作用和教师的主导作用相结合，最大限度地调动学生的学习积极性、主动性，把传授知识与培养能力融为一体对传感技术实验教学进行改革。

2.1 实验内容的优化设计

在实验教学环节中，验证型实验和设计或综合型实验之间具有内在的联系，缺一不可[6]。验证型实验是以理论知识和动手能力为基础的，这类实验不需要学生的创新设计，而是以提升工程基础素质为目标的，而设计或综合型实验是在验证型实验的基础上对理论知识的运用、拓展和创新。

为了达到由浅入深地将目标能力指标和专业课程知识贯穿于实验环节，使之在更加规范化的同时，做到理论与实践完美结合，传感技术课程依此设计了实验内容：首先设计了几个传感器的基本实验，循序渐进地引导学生掌握传感器的使用方法、了解测量系统的组成结构、学习测量系统调零的重要性和操作方法、学习测量系统的定标概念并掌握如何定标和进行误差分析并使学生明确所验证的理论在何种工程中会应用到；在此基础上进一步设计了一个具有较强实践性和可迁移性的综合性实验内容，实验项目素材来自于生产实际——波峰焊锡膏加热温度的控制系统，要求设计一款符合该生产环境的测温系统，它是一个发散的题目：学生可以根据自己的理解，选用不同类型的传感器，设计各自相对应的传感器输出信号的放大调理电路，而电路的调试过程也不尽相同。由于内容的不确定性，使学生在具体实验中具有更大的自由选择、发挥和研讨的空间。

2.2 改进实验教学模式

在传统实验教学中，采用的是统一讲解后，按照实验指导书上的实验步骤进行操作，学生的动手能力得不到真正的培养，学生在思考、质疑、研究、决定等方面的能力也无法得到展示和锻炼[7]。因此在改进实验教学的过程中，进行了一些新的教学方法的尝试：对基础实验，要求学生根据传感器的工作原理，在教师的引导下，自己设计实验步骤完成实验内容；而将综合性实验改为开放实验，采用以问题为导向、启发式教学方法，即在实验开始时，对学生提出了应用场景、最终达到的目标要求以及实现的基本思路，学生根据目标要求进行信息的收集、方案的设计及论证、电路的搭接、调试步骤的规划和实际调试等工作，最终完成目标要求。在实验过程中，实验室是开放的，学生随时可以进入实验室，在时间和资源上保障每个学生都有达成学习成果的机会，教师随时因势利导，引导学生探究怎样解决问题，并了解学生思考问题及解决问题的方法，努力把学生的主体作用和教师的主导作用结合起来[8]，最大限度地调动学生的学习积极性、主动性，较好地把传授知识与培养能力融为一体。这次尝试收到了很好的效果，通过完成实验内容，尤其是开放实验项目的实施，使学生了解并把握了实验过程中每一个环节的基本要求；在运用已有知识、技能的同时，学习到许多新的知识和技能；能够独立解决一些过去从没遇到过的实际问题，同时也掌握了教学大纲中规定的教学内容，调动了学生学习的主动性和积极探究的态度，培养了学生独立解决问题能力和创新能力以及推理和预测的习惯。

2.3 完善实验考核方法

以学生学习效果为导向完善实验考核方式[9,10]，考核学生采用的是时时进行的方式：根据实验的进程、涉及的不同能力随时对学生的表现进行考查，尤其关注学生在实验过程中某种能力的提高程度，例如表达能力的培养，开始学生不注意用专业术语来描述，经过课堂提问、设计电路论证、验收答辩等环节的训练，最终学生能有意识地用专业术语顺畅地表述；其他能力的培养也是设置了几个考查环节。实验课程主要评估以下几方面：学生的表达能力、实践动手能力、综合应用能力、创新能力、解决问题能力以及工程设计能力。从基础实验学生预习情况、回答问题的表述情况、实验操作情况到综合实验时学生查阅资料的能力、独立设计能力、分析问题和解决问题能力、项目完成的效果、答辩验收、实验报告等方面对学生进行不间断考核；评价的焦点不是在学习时间、学习方式上，而是在学生各环节的学习效果和表现上[11]；依据每个学生能达到实验要求的程度，赋予不同的评定等级，进行针对性评价。

3 教学改进的效果

根据工程教育认证的核心理念，围绕预期学习产出的能力指标开展实践教学的改革，是教学观念转变的一次尝试，将OBE教学模式应用到传感技术实验教学中以提升教学质量，改变过去的以教师为中心、关注“教育输入”(教师教了什么)的理念[12]，而向以学生为中心、关注“教育产出”(学生学到什么)转变，有效地调动了学生的积极性，也端正了学生的学习态度，提高了学习效果，取得了较好的预期成效。表1对改进前后的教学方法做了比较。

表1 基于内容的与基于产出的学习方式比较

从表1中可以看出，两种教育理念的优劣势是显而易见的，实践也证明了改革的正确性。但在今后的教学中，还需要进一步持续性优化实验教学内容、修订实验教学大纲，转变教学理念、改进教学方式，进一步探索适应 OBE国际工程教育倡导的先进理念，为培养创新型工程人才提供平台，适应大众创业、万众创新的要求。