基于“OBE”理念的团队科研驱动式教学模式在研究生课程教学中的创新与实践

王顺宏 雷刚 李杰 潘乐飞 赵久奋

摘  要：文章针对研究生“飞行动力学与制导”课程特点，着眼提高自学能力和科研创新能力，引入基于“OBE”理念的团队科研驱动式教学模式改革。该创新模式将课程内容设置为目标明确且具有相互关联的研究课题，以完成课程项目研究报告撰写牵引课程教学。实施过程评价与结果评价相结合，激发了研究生学习潜能，提高了教学效益，为高校研究生课程教学改革提供了有益借鉴。

关键词：OBE;科研驱动式;教学模式

中图分类号：G643 文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）05-0013-05

Abstract： According to the postgraduate courses characteristics of "flight dynamics and guidance"， this paper focuses on improving the ability of self-study and scientific research innovation， and introduces a team-based scientific research driven teaching mode based on "OBE" idea. The innovation teaching mode sets the course contents as several research projects with clear objectives and mutual correlation， so as to drive course teaching through complete the course projects research reporter.Through combining the implementation process evaluation and result evaluation， it stimulated the learning potential of graduate students， improved the teaching efficiency， and provided a useful reference for the reform of graduate course teaching incolleges and universities.

Keywords： OBE; scientific research driven; teaching mode

一、绪论

钱伟长院士曾经说过：“大学必须拆除教学与科研之间的高墙，教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育、没有灵魂的教育。”因此必须将教学与学生科研能力的培养结合起来，这一点对于研究生教学尤其重要。我校“飞行动力学与制导”课程是大学在新一轮研究生学科专业调整后航空宇航科学与技术学科新设立的一门专业基础课程，其主要课程内容整合原先“飞行器再入动力学与制导”“导引技术”“高超声速飞行器动力学与控制”等课程的部分内容，内容体系涵盖飞行动力学与制导方向主要专业课内容，因此提高该课程的教学效果对本学科方向研究生培养质量有重要作用。

该课程集中运用了飞行器原理、空气动力学、制导与控制原理等航空航天类课程的基础理论和其他先修课程，信息量大，涉及面广，公式多而复杂。目前该类课程的授课大多秉承传统授课方式，使用固定教材，采用讲授为主，结合少量实验和习题，对学习效果的考核评价亦多采用“平时成绩”+“期终考试”的模式，用这种考核评价模式对教学目标是否达到进行检验，也仅停留在表面，即只能考查对基本原理、概念和方法的掌握，而不能对学生通过该课程的学习，学术科研能力提高进行考核，多年的教學经验已经表明，学生虽然在考试中得到及格甚至良好的成绩，但由于缺乏实践操作和动手能力的培养，那些突击学到的知识在短时间内就很快被遗忘。

OBE（Outcome Based Education）是世界一流大学普遍采用的教学模式，它在提高教学质量和课程评价方面的有效性已经过长期实践和证明， OBE教学模式的理念在于“教”与“学”双方在开始就必须非常清楚地明确该课程的ILOS（Intended Learning Outcomes，即预期学习成果），要根据学生的需求和ILOS的标准来设计所有的教学过程。

考虑到研究生基础理论相对扎实、课程安排相对灵活，方便开展小班教学和一对一指导，且背负科研学术论文发表压力，对科研学术能力提高期望较高，学习主动性较高等现实状况，因此教学组在研究生课程“飞行动力学与制导”课程教学中采用了基于“OBE”理念的团队科研驱动式教学模式，致力将教学过程由传统的理论教学转变为“在研究中学习、在学习中研究”的科研攻关过程，同时改变考核评价模式，取消理论考试，将根据学生在整个课程学习过程中的表现来评定其成绩，包括学员在完成知识点对应项目设计、过程问题研讨、结果报告答辩等过程中的表现，以及课程研究报告、推导数学模型、仿真计算软件等文档整理撰写质量均纳入考核评价范围，以改变学生“重成绩、轻过程”“重知识、轻能力”“重细节、轻系统”等现象，提高了研究生课程教学效果，为我校研究生课程教学改革提供了有益创新改革与运用借鉴。

二、基于OBE理念教学模式运用基本思路和方法

（一）基本思路

通过借鉴OBE教学理念，结合教学组多年的教学科研实践，在研究生课程“飞行动力学与制导”中采用基于团队科研驱动式的课程教学模式改革探索，实施教研结合的教学方式。该模式将课程内容设计成一系列前后关联的研究项目，研究生学员通过完成课程研究项目，既能很好地掌握该课程标准规定的教学内容，又在教学过程中培养了科研思维，提高了科研动手能力和学术水平，教学效益得到最大程度的发挥。

（二）主要方法

1. 改革教学内容，將课程内容项目化，项目内容涵盖课程主要知识点和内容

实践中将“飞行动力学与制导”课程分解为以下相互关联的研究项目，通过内容的模块化、分层次、渐进式设计，由浅入深、层层递进，完整包含课程全部内容：飞行动力学的基础知识、火箭飞行的力学环境、空间运动方程的建立、自由段弹道特性分析、运动特性分析与弹道设计、摄动与显式制导方法、再入制导方法、弹道设计（追踪法、平行接近法、比例导引）、高超音速滑翔。

2. 改进教学方式，以课程项目研究报告撰写牵引课程教学

将传统课后思考习题、课程设计等融入项目研究内容，采取仿真实验、答辩研讨、软件开发等多种形式，建立学员参与综合性、设计性强的项目研究平台，实现“在研究中学习、在学习中研究”，培养学生从系统的观点去分析和研究问题的习惯，最后上交研究报告，课程研究项目内容和研究报告通常包含以下内容：预期学习目标（老师设置）、项目产生背景（老师设置）、项目前序知识储备（前序实验、相关知识与理论基础、基础数据）、项目研究内容（教员设置）、项目研究方案及过程（学员完成）、项目实验结果仿真分析（学员完成）、探索、思考与展望（学员完成）等内容。

3. 丰富教学手段，将指导撰写研究报告和发表学术论文融入课程教学

在项目研究成果完成后，择优选取部分具有创新性和开拓性的研究成果，老师引导学员对所完成研究项目进行理论总结和升华，指导学员按不同期刊要求撰写并发表学术论文。由于项目完成后，已经具备完整理论模型与仿真数据，在仿真模型或仿真算法等方面加入改进和创新后，撰写学术论文就水到渠成了。学生也因为可以完成学术论文发表任务，学习积极性和主动性也得到极大的激发与调动。

4. 改进考核模式，实施过程评价与结果评价相结合的全程考评模式

由于目前选修该课程研究生人数不多，仅有3-4名，因此将研究生以TEAM形式组成固定研究团队，如果选修人数达到8-10名以上，则可以分成更多TEAM，每名学生以轮值的方式在研究项目组中担任不同的角色，完成不同的研究任务。采取过程评价与结果评价相结合的方式展开。学员在独立探究或协作学习中取得的阶段性成果需要在课堂上进行汇报和交流，对结果的评价主要考察学员对知识和技能的掌握程度，在参考项目研究报告的基础上，重点考察学员在项目完成过程中的表现。

（三）教改成果

根据近两年来的研究生教学实践，已经积累了10多项优秀课程研究项目，初步形成项目研究库，经验表明，每届学生使用7-8个左右项目为载体，基本可以承载飞行动力学与制导课程（64学时）所包含的全部重点内容，老师可以根据每届学生具体情况进行调整。通过教学组的指导，已在各类核心期刊和国际会议发表学术论文近10篇，达到了课程改革既定目标，在掌握课程内容的基础上，锤炼和提高了学术科研能力，增加了学生就业适应能力。同时结合课程研究项目，积极鼓励学有余力的学生参加各类竞赛和学术活动。

案例1：“飞行的力学环境”部分设计的研究项目

利用马格努斯原理实现对足球比赛中的香蕉球（图1a）进行建模仿真，参加了全国研究生建模与仿真大赛，该题目在仿真建模过程中不仅需要考虑空气的升力与阻力，还要考虑足球在旋转过程中的进动、地球的引力等因素，是对课程力学基础理论的现实运用，项目组通过艰苦努力，终于实现了比较满意的仿真效果（图1b），在比赛中也取得了优异的成绩。该项课题的完成得益于多年来教学组一直坚持的基于“OBE”的教学理念在教学中的应用与创新。

案例2：在对平面位流理论进行仿真实践的基础上，创新性实践其在无人机航路规划中的应用

（1）平面位流理论的课程实践

平面位流理论是研究流体运动规律与求解流场的基本原理，流函数与位函数的概念比较抽象，尽管教材都给出了典型位（流）函数的流动形式，但学生仍很难有更深切的领会。为达到更好的教学效果，同时激发学生的学习兴趣与提高动手能力，在教学过程中增加了平面位流理论的Matlab课程设计环节。课程设计用到的Matlab主要函数有

ezplot（FUN2，[XMIN，XMAX，YMIN，YMAX]）  %绘制隐函数

[X，Y] = meshgrid（xgv，ygv） %格网化函数

contour（...，LineSpec） %等位线函数

该课程设计的公式比较复杂，编程实现也稍有难度，需要一定的Matlab编程基础。程序仿真结果如图2。

（2）基于位流理论的无人机路径规划仿真

运用《空气动力学》知识，将点源模拟为起始点，将点汇模拟为目标点，偶极子模拟为威胁源，通过复势叠加可得规划空间总的流场如图3。

三、课程改革的思考

基于“OBE”理念的团队科研驱动式教学模式以学生的学习产出的最大化为目的，提倡课前预习，吃透项目研究内容，改变了传统的“知识传授+课后习题”的教学模式，可以有效克服传统教学模式下研究生学员学习主动性目的性不强，考核促进学习的作用不明显等问题，既很好地掌握了课程教学内容，又培养了科研思维，提高了科研动手能力，教学效益得到最大程度的发挥，将基于“OBE”理念的团队科研驱动式教学模式引入“飞行动力学与制导”研究生课程，为基于OBE理念的教学模式改革带来新的思路。

（一）丰富了教学内容和手段，提高教学效果和授课质量

老师如果完全按照教材的内容授课，照本宣科，学生虽然在一定程度上能够掌握课程的基本原理和概念，但由于教材的编写、出版有一定的周期，知识内容往往与最新的科技成果存在一定的差距，科研驱动式教学模式通过合理梳理研究项目，可以将相关课程所学分散的知识点组合成完整的知识体系，同时加入本学科方向急需研究的方向和内容，可以把最新的学科知识或军事需求及时反映到教学中去，引导学生实现“在研究中学习、在学习中研究”，既丰富了教学内容与手段，同时也提高了教学效果和授课质量，起到“一箭双雕”的作用。

（二）创新了传统教学模式，激发和调动研究生研究性学习的积极性和主动性

传统教学模式只注重知识的传授，常常与工程实际联系不紧密，难以调动激发学生的积极性和主动性，只能被动地参与教学，对相关问题的思考在深度和广度上都很不够，运用所学知识解决工程实际问题的能力训练严重不足，本教学模式通过团队项目研究的形式可以有效地激发和调动研究生自主学习和团队协作意识。

（三）创新了考核评价模式，发掘研究生的科研潜力，确立其成长方向

處于研究生阶段的学生虽然对人生发展规划有了初步的设想，但大多数研究生对以后自我的发展方向还比较模糊，没有明确的长远规划，究其原因主要是对自身的能力价值不能做出客观的评价，个人的潜能还没有得到最大程度的发掘。科研驱动式教学模式不仅可以培养研究生严谨求实的工作思维习惯，而且可帮助发掘其对科研学术的兴趣，确立其后续职业发展方向和目标。

四、结束语

基于“OBE”理念的团队科研驱动式教学模式在研究生课程教学中的创新与实践立足研究生的教学特点，通过系统分析的方法，科学合理设置相互关联的课程设计研究项目，以满足设计的科研项目覆盖主要教学内容和知识点，并结合学科前沿发展方向，设置相对开放性项目以提高学生的创新思维和动手能力，将项目作为载体，通过指导完成项目研究牵引课程教学，实现“在研究中学习、在学习中研究”的目的，将撰写研究报告与发表论文融入课程评价体系，以激发学生的学习动力，实践证明取得了非常好的教学效果，对于开展高校研究生专业课的教学有很强的借鉴意义。

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