基于OBE理念的能源开发概论课程教学模式改革探索

李永亮，杨宝贵，王兆会

（中国矿业大学（北京）能源与矿业学院，北京 100083）

能源开发概论课程是中国矿业大学（北京）面向全校本科生的通识教育导学类必修课，也是该校的特色课程之一。作为能源与矿业类的知名高等学府，设置该课程的目的是让学生深刻认识我国能源开发与利用现状，了解常规能源（主要包括煤炭、石油和天然气等）与新型能源（太阳能、风能、海洋能等）开发的基本概念和关键技术[1]。为学生后续相关专业课程学习，以及在能源与矿业领域继续深造或工作奠定坚实基础，同时拓宽学生的视野，促进学科交叉融合。该课程设置课堂讲授环节和实践教学环节，其中课堂讲授环节是以教师为中心，采用多媒体课件给学生讲解不同类型能源的特点与关键的开发技术，实践教学环节是课堂教学环节的重要补充，可加深学生对课程知识的了解，能够更容易识记不同种类能源开发过程中所涉及的技术与装备。目前的教学模式并没有把课堂讲授环节与实践教学环节二者的协同教学作用发挥出来，导致学生上课积极性不高，集体参与度低，教学效果不理想，与设置该课程的预期目标有一定差距。

OBE（Outcome based education）是一种以学生学习成果为导向的教育理念，由Spady在1981年率先提出，该教学理念强调从教师为中心向以学生中心转变。经过多年的发展，已成为美国、英国和加拿大等国家教育改革的主流理念。近年来，OBE教学理念逐渐受到我国各大高校的重视[2-4]。根据能源开发概论课程教学模式目前存在的一些问题，可在OBE教学理念的指导下，进行教学模式的改革与探索。以课程设置目标和学生学习成果为导向来设计教学策略，实现课堂讲授环节和实践教学环节的密切配合，增加课程的趣味性，进而激发学生的学习兴趣。

1 目前存在的主要问题

（1）能源开发概论教学模式多是以教师为中心，教师通过多媒体课件讲解各种能源开发的基本概念和相应的关键技术与装备，而学生对于本课程的参与度不高，学生多为被动式听讲，对一些理论知识不能进行积极主动的思考，难以提高学生主动学习的能力，导致学生对该门课程的关注度下降与投入的课后学习时间。随着课时讲解的不断深入，学生对于该课程的学习热情逐渐降低，课堂气氛较为沉闷，难以取得理想的教学效果。

（2）由于能源开发概论课程中涉及的能源种类较多，各种能源在开发过程中有时需要复杂的系统与多种多样的装备[5]。对于一些非能源类专业的学生而言，由于缺乏有效的辅助教学手段和方法，不能很好地建立起相应的立体空间概念，尤其涉及复杂地下工程系统的能源开发。例如，常规能源中的煤炭开发，一些学生不能形成各种井巷工程的立体空间布置关系，对煤炭开发中的基本概念和技术装备的认识较为模糊，让学生觉得相关知识晦涩难懂，造成课堂气氛不够活跃，不利于知识的有效传播。

（3）理论教学过程中缺乏本课程所蕴含的思想政治教育元素。能源是整个世界发展和经济增长的最基本驱动力，亦是人类社会赖以生存和发展的基础，在国民经济发展中具有极其重要的地位。随着人类社会对能源需求的增加，能源安全逐渐与政治、经济安全紧密联系在一起。在能源开发领域，为实现国家的能源安全，有大批杰出的科技工作者和英雄人物，蕴含了大量的思政元素。因此，在该课程讲授过程中要更多地融入思政元素，树立榜样力量，重视国家的能源安全。

（4）课程实践教学环节是课堂讲授环节的重要补充，有助于加深课堂讲授中难点与重点的理解。目前实践教学环节的安排较为单一，主要是参观能源开发模型实验室。虽然可加深对部分知识的理解，但是模型实验室所展示的能源开发场景不够系统与全面，且所涉及的能源种类有限，学生也不能够根据自己的兴趣爱好进行相应的模拟操作，对能源开发关键技术与装备的理解还不够深入和全面。

（5）课程作业相对单一，由于每名学生的题目都一样，可能会导致部分学生自己不查阅资料，而是学生之间相互借鉴，久而久之会造成学生的惰性思维，缺失创新理念。单一的作业模式不利于提高学生主动学习的能力，也不利于学生对理论教学中难点与重点的掌握，不能满足课程设置的目标。

2 教学模式改革措施

2.1 建立翻转课堂，发挥学生的主观能动性

为了激发学生的主动学习能力，建立翻转课堂[6]。根据能源开发的种类，让学生从常规能源与新能源中任选一种作为授课主体，通过课后查阅文献资料，让学生自己准备课件，讲述该类能源的过去、现在和将来，即主要分享能源开发的历史、能源的开发利用现状、以及未来的主要创新技术与装备；同时还要结合自己所学专业，分析在未来能源开发利用中能做哪些工作，而其余学生要积极参与主讲学生的授课与讨论。

2.2 加入科普视频与动画教学，增强学生的专注度

当能源开发涉及复杂的系统与装备时，可适当增加一些科普的短视频，帮助学生建立起三维立体概念，培养学生的空间思维能力，让学生能够对能源开发各个系统进行准确的辨识。同时增加一些与课程知识相关的有趣动画，通过动画再现能源开发的主要生产过程和关键的技术与装备，让学生能够轻松理解晦涩难懂的知识点。通过增加的科普视频和有趣的动画，进而提高课堂讲授的趣味性，增强学生的专注度。

2.3 教学过程融入思政元素，培养学生爱岗敬业精神

寻求能源开发概论课程中所蕴含的思想政治教育元素，并融合到课堂教授环节。当涉及具体的能源开发时，可讲解一些对该能源技术开发进步做出卓越贡献的科技工作者，融入思政元素，树立榜样的力量。例如，讲解到煤炭开发时，可分享矿山压力理论奠基人钱鸣高院士的科研工作事迹；当讲解到石油开发时，可分享铁人王进喜的先进事迹；讲解到核能开发时，可分享“两弹元勋”邓稼先的奋斗事迹……让每一名学生牢固树立国家能源危机意识，为国家未来新能源的开发与技术改造升级储备人才，进而培养学生的爱岗敬业精神与高尚的道德情操。

2.4 模型实验与虚拟仿真实验共同支撑实践教学，激发学生学习兴趣

在实践教学环节，在参观能源开发模型实验室的基础上，增加虚拟仿真实验室实践。首先让学生参观模型实验室，了解能源开发的基本场景与逼真的开发装备模型，让学生对整个能源开发系统有个宏观的认识。然后进行虚拟仿真实验室实践，通过能源开发系统的全景透视展示和生产过程的虚拟再现，以及学生的沉浸式漫游，提高学生对能源开发整个系统的理解和认识，进而激发学生的学习兴趣。

2.5 课程作业采用团队模式，培养学生的团队协作精神与动手能力

能源开发概论课程结束后，除了有试卷考核之外，增加课程设计作业，课程设计作业由4～6人的团队协作完成。采用开放型的题目类型，从所学的常规能源与新型能源中任选一种，在其开发系统或装备中任意选择一个方面进行模型设计，提高学生的动手设计能力。在考试前一周，进行课程设计作品比赛，团队成员要对设计的作品进行讲解，课程作业成绩包括设计的作品与讲解两个部分，给予相应的总成绩，并将课程作业成绩纳入课程的最终成绩。鼓励获得优秀设计作品的团队参与一年一度的采矿实践作品大赛。

3 应用实例与效果

将能源开发概论课程改革后的教学模式应用于笔者所教授的班级，所在班级学生为计算机专业背景。在课堂讲授过程中引导学生关注信息技术在能源开发中的作用，未来能源的发展必然是智能化与无人化，离不开计算机专业方面的人才，鼓励他们学科交叉，将来积极投身国家的能源开发事业。翻转课堂环节，设置有煤炭、石油、地热能、太阳能、风能和海洋能，共6种能源的知识讲解环节，学生可自由选择1种，准备10min以内的PPT，随机抽取学生与大家分享并讨论。在实践教学环节，采用模型实验与虚拟仿真实验相结合的模式，将教学中的难点与重点进行虚拟仿真再现，强化学生对理论教学内容的理解和掌握。设置4人组的课程设计作业团队，进行设计作品的讲解，并对课程作业成绩做出合理的评判。

通过课后调查，所有的学生都认为能源开发概论课程丰富且有趣，翻转课堂极大提高了学生的主动学习能力；课堂讲授与实践教学的有机结合，尤其是结合虚拟现实技术的能源开发系统的沉浸式漫游学习，给大家留下了深刻的印象，使学生不仅学习到了我国能源开发利用现状，也深刻认识了能源开发过程中的各个系统和关键的技术与装备，拓展了自己的视野；课程设计作业团队协作，不仅锻炼了学生的动手能力，更重要的是培养了学生的团队协作精神。结合班级学生的计算机专业背景，大部分学生将来准备在能源行业领域继续学习和深造，立志从事智能化与无人化的能源开发行业。能源开发概论课程采用新的教学模式后，提高了学生的积极主动学习能力和动手能力，培养了学生的爱岗敬业精神和团队协作精神，有效激发了学生对该门课程的学习兴趣，取得了良好的教学效果。

4 结语

能源开发概论课程是面向全校本科生的通识教育必修课，让学生深刻了解我国能源开发利用现状，对学生后续相关专业课程学习、拓宽学术视野和促进学科间交叉融合具有重要意义。为了进一步提高教学效果，充分发挥学生的主动学习能力，本文以OBE教学理念为指导，重点分析了目前教学中存在的一些问题，主要通过建立翻转课堂，发挥学生的主观能动性；加入科普视频与动画教学，增强学生的专注度；教学过程融入思政元素，培养学生爱岗敬业精神；模型实验与虚拟仿真实验共同支撑实践教学，激发学生学习兴趣；课程作业采用团队协作模式，培养学生的团队协作精神与动手能力，进行教学模式改革探索，进一步完善本课程的课堂讲授环节与实践教学环节。应用案例表明取得了理想的教学效果，新的教学模式与以学生为中心的OBE教学理念较为契合，为类似课程的教学模式改革提供了有益的借鉴和参考。