基于OBE理念的课程教学改革探索与实践

李三平，孙雪，王扬威

摘    要：为实现全过程育人、全方位育人的总体目标，文章以“机器人技术”课程教学改革实践为例，借鉴OBE理念，基于“以学生为中心、以能力培养为导向”的教育思想，从更新课程目标、优化教学内容与教学方法、构建全过程跟踪反馈与多元评价体系、深度融合学科竞赛等方面进行探索与实践。改变传统教学模式，将知识传授转变为方法和能力传授，促进知识、能力和素质三方面有机融合;构建基于全过程跟踪反馈的教学模式，学生全过程参与学习评价，提高课程学习的挑战度，促进学生能力提升;依托机器人方面学科竞赛，以赛促学，提高学生学习的积极性和主动性。

关键词：OBE理念;机器人技术;教学改革;学科竞赛

中图分类号：G642          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）04-0056-03

工程教育专业认证是指专业认证机构针对高等教育机构开设的工程类专业教育实施的专门性认证，旨在提高教育质量，促进高等教育发展，为相关工程技术人才进入行业领域提供质量保证[1-2]。OBE（OutcomeBased Education）教学理念，即成果导向教育是专业认证标准的基准理念，强调以学生的学习结果为驱动力，反向设计教学活动，重视对学生的学习效果进行评价，强调以学生为中心，教学过程注重发掘学生的潜力，旨在提高教学质量[3]。OBE教学理念着力于提升学生发现、分析并解决问题的能力，培养学生工程实践与创新的能力，将其应用于本科课程教学改革，对于提升工程技术人才培养质量有着重要的指导意义[4]。

本文以校级在线开放课程“机器人技术”为例，在融合网络学习平台与传统课堂教学的基础上，借鉴OBE理念，从更新课程目标、改进教学内容与方法、构建全过程跟踪反馈与多元评价体系、深度融合学科竞赛等方面进行教学改革探索与实践，旨在激发学生的学习积极性，培养学生工程实践能力和创新能力。

一、课程特点及教学改革要解决的重点问题

机器人技术是一门综合性的技术，是机电结合典范，“机器人技术”课程涉及机械设计、传感器、控制技术等多学科内容，主要包括机器人技术的相关概念及其发展应用领域、机器人的分类与机械结构、机器人的运动学与动力学分析、控制系统与传感器等基本理论[5]。学习本课程可使学生具备必要的理论知识和分析计算能力，能够结合所学的知识求解简单的机器人运动学及动力学问题，能设计小型的机器人并对其进行运动分析，为从事机器人领域工作奠定基础。经过多年的课程建设与教学改革，课程团队发现以下教学改革要解决的重点问题。

（一）教学目标的高阶性

课程教学目标是各种教学活動所期望得到的学生的学习结果，基于OBE理念，教学内容与教学活动都围绕教学目标进行。新时代本科教学要提升大学生的学业挑战度，合理增加课程难度，拓展课程深度。然而传统课程的教学目标偏向于知识目标，对能力和素质目标不够重视，课程缺乏挑战度和高阶性，对学生发现、分析和解决复杂工程问题的能力培养不足，不满足工程教育专业认证的教学理念要求[6]。因此，需要改变教学模式，以学生为中心，由知识传授转变为方法和能力传授，促进知识、能力和素质三方面有机融合。

（二）教学内容的不断更新与优化

目前，机器人方面教材大多数是以工业机器人为对象，对其机械结构设计、运动学与动力学分析、轨迹规划、控制系统与传感器等方面知识进行介绍。课程教学主要讲解经典机器人学理论知识，存在教学内容陈旧、教学手段单一、新理论与新方法偏少、缺少相关内容的工程实训等问题[7]。调查发现，部分在校生反馈课程教学内容陈旧且枯燥乏味，毕业生反馈课程教学方法和手段落后、教学内容和企业技术差距较大。因此，为了实现专业人才培养目标，课程内容要反映行业发展前沿技术，需要不断更新与优化教学内容，注重培养学生的职业素养。

（三）课程考核的挑战度

传统的课程考核以考试等结果性考核为主，主要考查学生对理论知识的掌握程度，对学生能力和素质的考核相对较少。机器人学是一门多学科交叉融合的前沿学科，仅通过卷面考试无法全面反映学生的综合能力。基于OBE理念，需要改革考核方式，增加学习的过程性考核比例，注重对学生实践能力、分析与思辨能力、团队协作能力等方面的考核。

二、基于OBE理念的课程教学改革途径与策略

基于“以学生为中心、以能力培养为导向”的教育思想，为实现全过程和全方位育人的总体目标，课程团队转变教学思路，在传授理论知识的同时，更注重方法和能力的传授，修订了基于OBE理念的课程教学大纲和实验大纲，建设了课程网络学习平台，构建了基于全过程跟踪反馈的教学模式。同时，依托机器人方面学科竞赛，以赛促学，提升学生学习兴趣，提高其学习主动性，培养学生分析解决问题和创新的能力及社会责任感。

（一）更新课程目标，提升其高阶性

本课程以《东北林业大学机械电子工程专业人才培养目标》为基础，结合本校学生实际情况，实施分层次的知识、能力和素质综合培养，课程目标主要包括以下几点。

1.知识目标：掌握机器人的运动学、动力学、控制技术及传感技术等基本原理和方法，能够用于分析机器人技术领域工程问题，为从事机器人领域工作奠定基础。

2.能力目标：能够确定机器人产品的设计技术路线和设计方案，针对实际问题建立机器人运动学和动力学问题的数学模型，对实际机器人的传感器进行选型，分析理解实验原理并独立完成实验，能够根据研究需要设计实验，编译和调试控制程序，熟练掌握机器人编程软件。

3.素质目标：具备独立思考、团队协作、分析与解决工程问题及综合运用知识的能力，理解机器人技术的社会价值以及工程师的社会责任;在设计领域中注意追求创新，并能综合考虑经济、安全及环境等因素。

（二）优化教学内容与方法，重视学生的获得感

网络学习资源主要包括各章节学习任务与目标、授课PPT与视频、思考与讨论、参考资料、作业与章节测试题等，课程团队结合行业发展需求，根据高阶教学目标要求，重构教学内容知识体系，建设课程网络学习平台，将课程教学资源按章节模块化建设，使学生自主学习。为了便于学生及时了解机器人技术前沿，课程设置了机器人应用领域视频及学生参加相关学科竞赛获奖情况模块，极大地激发了学生的学习兴趣，增强其专业认同感和自信心。

课程以学生为中心，以能力为目标，采用混合式教学模式展开教学活动[8]，注重提升学生的获得感。基于在线开放课程学习平台，教师分阶段组织实施教学，既包括“课前—课中—课后”环节，又包括“线上—线下”相融合。课前布置预习任务，学生通过自学和交流进行学情反馈，分享学习过程;课中通过成果展示、交流讨论、答疑和互动，围绕学习目标与任务要求展开教学活动，乐享学习成果;课后进行实践任务学习及知识拓展训练，培养创新意识与工程实践能力。

1.课前线上自学阶段。课前，教师发布预习任务，学生利用学习平台进行自主学习，通过观看知识点讲解视频等课程资源，掌握理论基础知识，完成相关测试题，并在线进行讨论互动。教师根据学习平台统计数据分析，实时了解学生的学习情况，及时制订调整线下教学计划和内容，充分发挥网络平台的课前导学作用。

2.课中线下教学阶段。在实体课堂，教师结合学生预习情况，主要讲授重难点知识，并根据知识特点，组织专题讨论、案例分析、翻转课堂等多种教学活动，采用小组讨论、成果展示、互动点评等方式，激发课堂活力，增强学生的参与度和获得感。例如，在机器人前沿技术讲解中，可引入软体机器人技术研讨，学生通过自主查阅资料，探讨该项新技术的应用领域及发展前景;在机械结构部分，要求学生根据常见的手部结构及其工作原理，运用三维建模软件，制作不同结构的动画视频，并进行展示和互评，激发学生的学习热情，培养他们的综合应用推广能力，并通过教师的点评和归纳总结，引导其进行探究式学习，实现高阶课程目标。

3.课后巩固阶段。课后，教师通过学习平台发布作业、章节测试题、知识拓展学习任务、作业互评及课堂学习效果调查问卷等，及时跟踪学生学习效果，进行教学反思。学生通过完成课后作业、章节测验题和作业互评，进行自我测试和巩固学习。教师通过查看平台学生学习数据，了解学生的完成情况及薄弱环节，对学习有困难的学生给予预警和帮助，实时调整教学计划和复习拓展内容，更新线上学习资源。

（三）构建全过程跟踪反馈和多元化评价体系，提升学生能力

基于“成果导向”的OBE理念需要改革传统考核方式，课程组构建了基于全过程跟踪反馈的教学模式，一方面利用网络学习平台实时跟踪学生学习情况，并及时进行预警和督学，另一方面，通过课程QQ群在每次线下授课结束后发布群投票，及时了解学生对本次课知识点的理解及掌握情况，为下次授课内容及教学设计提供参考依据;将过程性与结果性相结合，多元多主体参与，实施知识、能力和素质全方位的多元评价体系，学生全过程参与学习评价，提高课程学习的挑战度，促进学生能力提升。例如，在课堂表现与课后作业评价环节，均采用了生生互评和师生互评，增加学生自评和互评成绩比重，激发学生作为评价主体的主观能动性，既活跃了课堂气氛，又通過阶段性评价推动了学生后续学习。

在教学全过程中均实施考核，对“课前—课中—课后”每个环节都设计评价标准，并进行多元评价，实现考核的过程性与科学性，增强考核结果的可信度，激发学生学习的积极性。将过程考核与平时考核相结合，课程成绩由平时成绩（20%）、调研报告成绩（10%）、实验成绩（10%）和期末考试成绩（60%）组成。其中：平时成绩包括小组内讨论（5%）、课堂提问与作业完成情况（5%）、线上学习完成情况（课程视频学习、任务点完成情况、网络访问量、讨论与互动、章节测试题等）（10%）;实验成绩包括实验操作（5%）和实验报告（5%）完成情况。通过多元化的评价方式，更加客观地反映学生的过程性与终结性学习效果。

（四）与学科竞赛相结合，学以致用

在授课过程中教师将机器人方面的学科竞赛与课程紧密联系，让学生自己思考、查找资料、分组讨论，更好地培养了其分析解决问题及团队协作能力，极大地提高了学生的创新意识和创新能力。近年来，依托本课程，教师多次组织专业学生参加中国教育机器人大赛、中国工程机器人大赛、全国大学生工程训练综合能力大赛等机器人相关领域学科竞赛，获奖50余项。以赛促学，以赛促教，教学相长，通过参加学科竞赛，一方面，极大提高了学生学习的积极性和主动性，开阔了眼界，增强了其实践动手和创新能力，另一方面，提升了授课教师的专业技能和科研能力。

三、结语

在工程教育认证体系指导下，借鉴OBE理念，本文从更新课程目标，提升其高阶性;优化教学内容与方法，重视学生的获得感;构建全过程跟踪反馈和多元化评价体系，提升学生能力;与学科竞赛相结合，学以致用等方面针对“机器人技术”课程进行了探索与实践研究。通过本课程的教学改革实践与探索，学生的课堂参与度和活跃度有了很大的提高，其实践能力、分析与思辨能力、团队协作能力等方面均得到了培养;通过学科竞赛，极大地提高了学生的创新意识和创新能力，提升了授课教师的专业技能和科研能力，课程教学质量和教学效果均有明显提升。今后，课程团队将考虑将该课程与课程思政深度融合，增加“课程思政”教学案例设计，以适应立德树人的教育理念，培养学生的家国情怀及职业素养。同时，根据学生自身特点，以学生为中心，因材施教，对有能力的学生加大学习难度和深度、提供其参与科研机会，创建更多的实用情境，使课程质量得到持续改进和提升，为培养学生工程实践和创新能力提供途径和策略。

参考文献：

[1]中国工程教育认证协会秘书处.中国工程教育认证工作指南[M].北京：中国工程教育认证协会培训教材，2013：1-3.

[2]李三平，李健，贾娜，等.基于工程教育专业认证的机械制造工艺学课程改革[J].科教文汇，2017（6）.

[3]王桂录，张志永.以专业导论课程为引领的成果导向式应用型人才培养模式探索与实践[J].中国现代教育装备，2019（1）.

[4]马文静，张慧.基于OBE理念的《工业机器人操作与编程》教学改革研究[J].内燃机与配件，2020（11）.

[5]周浩.《机器人技术基础》线上金课建设研究[J].科技风， 2021（14）.

[6]张彦斌，宋磊，邱明，等.面向工程教育专业认证的机器人学课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2017（9）.

[7]张学刚.地方本科院校《机器人技术基础》课程中的重难点内容教学方法探讨[J].攀枝花学院学报，2021（2）.

[8]李三平，王福生，张琳.基于在线开放课程的混合式教学实践探索——以传热学与热工学基础课程为例[J].中国现代教育装备，2021（13）.