基于OBE模式的“机械工程控制基础”课程教学改革研究

王丽丽 陈庆光 张鑫 杜小振

摘要：“机械工程控制基础”是一门理论性较强的课程，但是本课程最终的目的是将相关理论在工程实践中进行应用。通过OBE模式对课程的教学环节进行重新设计，以对应相应的教学目标，并建立了多元化的考核体系。通过教学实践，表明教学效果较好。OBE模式对本课程的教学适用性较好。

关键词：“机械工程控制基础”；OBE模式；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）34-0100-03

近些年，高等教育不仅重视学生的学习成果及目标，而且更加强调培养学生的工程实践及应用能力。虽然以往的教学过程也会制定教学目标，但这些目标通常都是较为模糊的，这使得学生并不清楚课程学习的具体目标及目的，导致学生较为茫然地跟随教师的授课，仅仅专注于课程的内容学习及如何应对考试。

基于成果导向（Outcome-based Education，OBE）的教育模式是从开始先确定学生的最终学习目标和成果，目前这一模式越来越受重视，特别在美国、英国、加拿大等国的工程教育中，已成为主流的教育改革理念[1]。OBE模式于20世纪80年代在美国兴起[2]，其主要思路是将学生的能力提高和学习成果作为教学质量的主要评估标准，这同传统上内容驱动的教育教学过程形成了鲜明对比。所谓成果，重点并不在于学生的考试分数，而应关注学生的学习与发展成效以及学生学习结束后真正拥有的能力。传统教学过程的进度是以大部分学生可以完成的假设为前提预设的，其教学内容设计优先于教学目标，而衡量学生的方法是考试分数，主要考查学生对书本知识的掌握程度。OBE模式相较于传统的教育理念而言，其最大的不同在于它是一种强调能力培养、能力训练的教育系统[3]。OBE教育模式以学论教，教学目标先于教学内容，课程教学设计，学生的教学过程管理等都围绕教学目标进行，提供给学生知识、技术的同时着重培养学生的能力和素质，教师只是学生达成预期学习目标的指导者和组织者。

将OBE教学模式应用到“机械工程控制基础”课程教学中，以提升工程教育的教学质量是一次大胆的探索和尝试。研究基于OBE教育模式在“机械工程控制基础”课程中的应用，在教学过程中变灌输为启发，变督促为引导，变“教师为主导”为“学生为主体”，推动教学过程“以教学为主线”向“以学习为目标”转变。

一、基于OBE模式的“机械工程控制基础”课程教学设计

基于“以学习为目标”的OBE模式，采用反向课程教学设计，包括三个步骤：确定学习效果，以学习效果为指导设计教学环节，通过多维评价体系检验学习效果，从而形成带有目标及反馈的课程教学闭环过程，如图1所示。

1.将预期学习目标分解为具体教学环节。“机械工程控制基础”课程的主要目的是让学生以动态的观点去看待一个机械工程系统，其从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态行为；为采用控制的观点和思想方法解决生产过程中存在的问题以及为了使系统按预定的规律运动，达到预定的技术指标，实现最佳控制打下基础；也为后续课程以及从事机电一体化系统设计打下理论基础。然而这些目标的描述较为笼统，具体的学习目标无法进行量化，学生如何学习才能达到本课程要求的能力？教师又该如何进行教学？因此基于OBE教育模式必须先将培养目标进行分解并量化。

2.合理设计教学环节，优化教学方法。通过合理设计教学环节并优化教学过程中的教学方法，将教师讲授与学生研讨型学习相结合，通过提出一些开放性问题、布置一些小组研究型作业等，引导学生思考，提高学习兴趣，同时满足学生的多元弹性学习的需求。

3.构建多元化的评价体系，对教学目标进行有效反馈。课程考核评价一般作为教学过程结束后的环节，如果没有严格、有效的评价体系，很难实现预期的学习成果。基于OBE模式的考核应该能够有效检验学习成果，并且要给予教学效果的有效反馈，应该设计采用多样性的评价体系。

二、基于OBE模式的“机械工程控制基础”课程教学改革的实施

1.将抽象的理论问题具体化工程化。机械工程控制理论中的大部分概念和理论都是比较抽象的，在教学过程中如果仅限于理论的介绍和论述，学生不仅会感觉空洞乏味，而且难以接受和理解[4]。因此在设计教学环节时，可以适当减少抽象模型的例题，而增加工程实例和典型案例[5]，同时把机械领域的前沿課题以及研究结果作为实例引入到教材之中。这样可以引导学生的学习指向设定的教学目标，从而对教学内容进行驱动。

2.培养学生用控制论的思维方式解决机械工程实际问题。学生在机械原理及机械设计相关课程中学习了各种机构，掌握了机构的运动规律，而本课程让学生知道除了应用机构驱动机器，还可以应用控制手段实现机器更加复杂的运动。让学生将经典控制论应用于机械工程实践中，根据“时域性能分析和频域性能分析”的知识分析系统的动态性能，根据“系统性能校正”的知识设计控制系统，改变系统的运动特性，达到期望的运动目的。“机械工程控制基础”这门课程的最终目的就是利用相关理论解决机械工程中的实际问题。因此，理论的应用是本课程最重要的学习目标之一，培养学生的思维方式是完成该学习目标最重要的教学设计过程。

3.培养学生建立基于控制论培养的逻辑分析能力。“机械工程控制基础”是应用数学手段，基于物理学、电工电子学、力学、机械原理等知识建立系统数学模型，将机电液系统抽象为数学模型的形式，进行性能分析和设计计算。因此，要求本专业的学生具有良好的数学、物理、力学、电学、机械学的基础，并且具备多学科的知识积累，有些涉及物理学、电工电子学、力学知识，学生们虽然学过相关课程，但是由于时间过长，已印象不深。因此，在每次课程结束之前把下次课程会用到的有关知识点给学生一一列出，让学生课后提前复习已学过的基础知识，在下次课堂上教师只需对基础知识做些简单的提示或回顾即可，在旧知识与新知识之间架起一座桥梁，新旧知识能够有效衔接，达到事半功倍的效果。教师通过引导学生应用原来所学定理或定律去分析问题、解决问题，构建一个完备的知识框架，能够从中体会到原来各门学科之间是相互联系、相互衔接的，只有融会才能贯通，学生逻辑清晰，分析能力自然就提高了。

三、基于OBE模式的多元考核体系的建立及效果

依据设定的教学目标，结合教学环节的设计，建立多元考核体系，并对教学目标的达成进行检验[6]。根据课程特点，注重阶段性考核和理论的实际应用考核。将学生的成绩结构设定为：平时课堂表现5%，课后作业10%，实验成绩15%，期末成绩70%。通过这样的设置，使学生注重课程的过程化学习，让学生学好每一个理论环节。加大实验环节的任务量，注重学生工程意识的培养。课程结束后鼓励学生积极进行课程教学评价，反馈教学效果，从而对整个教学过程进行反馈，形成课程教学设计的闭环。

通过一个学期的教学实践，对教改班和对照班的教学效果进行了对比，如表1所示。

由表1可以看出，基于OBE模式在“机械工程控制基础”课程教学改革效果较好。针对本课程的特点进行的教学设计是适用的，今后可以在课程组其他教师的课堂进行相关教学经验的推广。

四、结论

基于OBE模式在“机械工程控制基础”课程中的应用，将教学过程由“教师为主导”向“学生为主体”转变，将教学过程由“以教学为主线”向“以学习为目标”转变：（1）摒弃教学内容为主线的传统教学模式，建立以教学目标为指导的教学环节设计，并与多元化的教学考核过程相结合，对课程教学重新进行梳理。（2）构建了多元化的评价体系，把以完成教学内容为主的教学设计转向以教学目标为出发点的知识学习、能力培养的教学目标。（3）通过教学实践，教学改革效果较好，也验证了OBE模式是适用于“机械工程控制基础”课程的教学的。

参考文献：

[1]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014，（2）：29-34.

[2]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014，（2）：27-37.

[3]宋志刚，陈红，王根平.成果为本的专业设计——基于加拿大北阿尔伯塔理工学院实施OBE教学改革的启示[J].深圳职业技术学院学报，2013，（1）：63-66.

[4]董明晓，李瑞川，陈继文，等.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索[J].教学研究，2013，（1）：55-57.

[5]梁雙翼，尹辉俊，宋世柳.面向实践能力培养的《机械工程控制基础》教学探索[J].装备制造技术，2012，（3）：195-196.

[6]张业明，张燕，吕鲲.提高“机械工程控制基础”课程教学质量的探讨[J].中国电力教育，2013，（6）：102-103.