新工科背景下基于OBE 理念的创新实践课程教学设计优化路径*

赵晓丽 ， 李铁磊，2 ， 吴 迪 ， 肖 钢

（1.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.哈尔滨工程大学未来技术学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

1 研究背景

“新工科”建设旨在促进智能制造等新技术与传统学科的有机融合，将现有的传统工科专业转型为新型工科专业，以国家重大战略为重点，引领行业发展。高校要围绕“坚持学生为本、注重工程训练、强化实践能力、培养自主创新”的育人理念，在“新工科”背景下，精准把握国家战略和行业发展方向，培养助力经济转型升级的创新型工程人才[1-2]。面向“中国制造2025”，要将培养学生的工程思维、批判性思维、自主终身学习能力、团队协作能力、跨学科交叉融合能力贯穿于实践教学的全过程[3-6]。习近平总书记在2021 年两院院士大会上的讲话中这样提到，要更加重视青年人才培养，努力造就一批具有世界影响力的顶尖科技人才，稳定支持一批创新团队，培养更多高素质技术技能人才、能工巧匠、大国工匠。这一明确要求对高校创新人才的培养具有十分重要的导向作用[7-8]。

结合哈尔滨工程大学“十四五”规划方案中提出的“以工程训练中心为依托，构建功能集约、开放共享、高效运行的创新创业训练共享型课程中心和实践平台”新任务，面对国家制造强国战略人才需求和新时期人才培养要求，需要打造立体化的创新实践育人课程，满足新形势、新任务、新要求。围绕增强学生勇于探索的创新精神，重视实践能力和创新能力的培养，构建高质量的创新实践课程教学设计，为落实实践教学育人的根本任务提供有力支撑，以创新实践课程为研究对象，培养新时期高层次复合型人才或拔尖创新创业型人才，更新人才培养理念。为今后培养行业领军人才、科技人才和创新型工程人才奠定基础。

2 创新实践课程新工科背景下的研究现状

由于没有成熟的经验和可复制的具体模式，并且没有明确统一的概念，国内新工科学科的专业建设和发展还处于起步和摸索阶段。各高校教育教学专家分别从文化、哲学等不同角度对新工科内涵进行了研究分析，钟登华教授认为，新工科的内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，通过三大主要途径继承与创新、交叉与融合、协调与共享，培养面向未来的多元化、创新型的优秀工程人才[9]；李培根院士认为，培养学生从文化的角度理解和处理工程问题，内化为工程的基本思维，应该从文化的角度理解新工科的内涵（如存在、时空、系统性、开放与分享、互联互通、去中心化等）[10]。国外并未提出“新工科”概念，在教育教学改革方面则需要借鉴国内“新工科”理念，构建以项目和学生为中心的“新工科教育改革”。

创新创业类课程在考核方面，国内侧重于过程化考核，考核维度取决于课程目标和课程定位。在教学模式方面，沉浸式的体验式创新创业教育在国外高水平大学普遍实施，即通过让学生沉浸在创新创业的氛围中实现教育目标，而这方面国内高校的相关研究仍处于起步阶段，有全面推广的趋势，主要是通过潜移默化地提升学生创新创业的意识和兴趣，培养学生创新创业的思维、品质和能力。在思政元素融入方面，国内高校的创新创业教育略显单薄，主题并不是十分鲜明[11-12]。

当前全球范围内兴起的新一轮工程教育改革，其核心都在于面向高端拔尖创新人才的培养，着重对创新实践类课程的教学研究进行深入探究和完善，打造新工科人才培养的创新实践模式，强调以学生为中心，以培养具有持续核心竞争力的创新人才为最终目标。立足于中国布局未来全球人才竞争的战略性举措——哈尔滨工程大学工程训练中心开设的创新实践课程“科技创新实训”“工程认知与实践”等，可以先行调整变革，主动对接新工科建设。以前沿性、综合性、实践性强为特色优势，将成果导向教育（OBE）理念引入到创新实践教学设计中，实现与新工科协同育人的创新实践课程，是一个极具现实意义和理论价值的创新命题。

3 创新实践课程教学设计研究

创新实践课程是创新实践教育的核心，是新型人才创新能力培养的重要载体，也是培养能够主动应对挑战、助力新工科建设的创新型高素质人才的重要途径，能够实现知识、实践、创新创业与能力的深度融合。高校从战略高度创新教育理念，推动创新实践课程的改革，为新工科人才培养提供强有力的支撑。以国家需求培养人才，以新时期高质量人才标准优化教学设计，塑造可持续发展的创新实践课程，顺应新工科建设所需创新实践课程的教学设计，倡导模块化、项目化教学，注重学科交叉，形成创新实践课程。

以哈尔滨工程大学创新实践课程为平台，开展教学设计实践研究，针对“培养高层次复合型人才和拔尖创新创业人才”的新时代要求，从教学目标优化、教学项目准入条件优化、教学内容衔接优化、考核方式优化等方面，优化、整合、创新现有课程的“项目制”教学设计。创新实践课程教学设计，以实现“知识、技能、素质、实践、考核”的深度融合。实现创新实践课程的高阶性、创新性和挑战性，充分调动学生的积极性，使学生获得观点性、思想性、方法性和能力性的学习效果，培养学生创新实践能力。

3.1 基于OBE理念的创新实践课程

成果导向教育（Outcomes-Based Education，简称OBE），又称结果导向教育或产出导向教育（Production Education）。采用OBE理念的课程，重点在于根据学生的最终学习成果，设计并实施逆向教学的教学活动，从而达到关注学生学习成果的目的[13]。创新实践类课程的教学目标与OBE 教学理念有非常高的契合度，所以基于OBE 理念，需对创新实践课程进行研究和实践探索。通过对创新实践课程教学目标的优化、对教学项目“准入制”的研究、教学设计模型的构建与实施、实践教学内容的提炼与整合，实现以学生为中心、以成果为导向的教学理念，实现创新实践课程教学质量的优化和提升。

3.2 “项目制”创新实践教学目标的优化

剖析课程现有教学目标及教学特点，迫切需要对教学目标进行优化研究，解决课程实施时存在的教学目标过于形式化、内在逻辑不明确、未引领教学进程、未达到课程标准、对学生的需求不清晰等问题。

以符合创新实践课程为前提，以学校创新人才培养方案为遵循，以优化教学目标为目的。培养学生使其能够认知工程，掌握创新技能；引导具有研发意识的学生深入实践项目进行研究探索；促进学生的创新兴趣和创新能力的培养。优化创新实践课程的“项目制”创新实践教学目标，可以拓展创新实践课程的内涵，提升课程的高阶性，真正落实教学理念，让教学目标切实发挥指导课程实践的作用，保证有效教学[14]。

3.3 “项目制”教学的“准入制”规范

由于目前创新实践课程中的“教学项目”缺乏“准入制”，项目开设条件标准不统一，准备程度不一致，影响课程教学质量和学生学习的体验感。提出教学项目“准入制”新理念，在创新实践类课程中进行全新的尝试。由于此类课程采用多“教学项目”并行实施教学的模式，需要构建教学项目“准入制”，按照创新实践课程的教学目标，规范教学项目“准入”和“退出”标准，确保教师能够充分预设课程实施，确保理论教学与实践教学有效衔接，为教学实施、提高教学质量提供保障条件，推动师生向好的方向发展[15]。

教学项目“准入制”模型如图1 所示，需要依次从教学目标、教学内容、考核方式、教学资源四个方面建设基于OBE 理念的创新实践课程所采用的教学项目。

图1 教学项目“准入制”模型

1）教学目标是教学内容和考核方式的约束条件，课程教学目标包括知识目标、技能目标和素质目标。

2）教学内容要保证教学目标的有效落实，教学内容分为两个阶段，第一阶段为理论教学和课上实践，第二阶段为递进式项目研发任务，包括初级任务和高级任务两部分。按教学项目选择载体所需要的机电结合专业知识和技能，第一阶段的理论教学和课上实践分为机械部分和电控部分。其中机械部分要求项目载体所涉及的三维实体零件模型、三维实体装配模型、运动仿真模型、典型零件工程图等教学资源建设齐全；电控部分要求为学生提供课上实践所涉及的元器件套件、软件调试任务、硬件调试任务等教学资源；递进式项目研发任务主要对学生的动手能力进行阶梯式的培养。

3）考核方式是教学目标和教学内容的评价与反馈，包括课上作业、设计报告、初级任务考核和高级任务考核，实现多元化、全过程、全方位的课程考核，充分实施学生个性化考核评价。

4）课程所涉及的教学项目资源建设主要包括线上学习资源、多媒体课件、教案、思政案例库、视频教程和物理样机。

前期课程实施过程中发现的课程标准意识缺失、教学目标导向模式缺失、教学资源建设滞后等问题。通过教学项目“准入制”的实施，这些问题能够得到有效解决。

3.4 以OBE理念为基础的创新实践课程教学设计模型

目前，创新实践课程“教学项目”的教学内容存在衔接不连贯、教学过程理论和实践有脱节现象，导致学生对于顺利进行课程学习有一定难度。以教学目标为基础，按照“一流社会实践课程”标准的要求，构建基于OBE 理念的规范化、系统化的“三位一体、六要素、一中心”教学设计模型，如图2 所示。教学设计模型以成果导向为中心，通过知识目标培养认知工程、技能目标培养创新能力、素质目标培养项目研发的“三位一体”教学目标来指导教学设计，教学设计包含教学分析、教学重难点、教学策略方法、教学流程、教学评价、教学反思六大要素，各要素之间相互协调，保证教学活动做到有的放矢[16]。

图2 基于OBE理念的“三位一体、六要素、一中心”教学设计模型

3.5 以OBE理念为基础的创新实践课程教学模式

既要进一步优化课程的教学模式，又要建设具有高阶性、创新性和挑战性的创新实践课程。依据教学特点和教学目标，结合“三位一体、六要素、一中心”的教学设计模型，构建基于OBE 理念的创新实践课程教学模式，如图3 所示。教学模式以学生的学习成果为核心，各教学设计环节按顺序依次进行，并且各环节间密切关联。

图3 以OBE理念为基础的创新实践课程教学模式

1）以学生为主体，研究课程教学设计“六要素”之间的联结性和制约性，通过教学分析，研究分析学生的需求和特点，分析创新实践课程的教学理念。

2）以教学目标为核心，对每一个教学环节进行设计，需要对教学内容、教学策略方法、教学流程、教学评价等方面进行完整和谐的分析，确保教学活动能够连贯有序地开展到教学过程的各个阶段。

3）以教学策略为重点，合理选择教学策略方法，包括教学模式、教学方法、教学手段、教学流程、学时分配等重要内容，保证教学活动的顺利进行和教学目标的有效完成。

4）以教学流程为基础，对教学项目进行策略实施，教学环节包括项目引入、基础知识、案例讲解、基础实践、创新实践和项目总结。

5）以教学评价和教学反思为调控，对教学设计及教学效果进行反馈，通过教学材料评价、教师授课质量和学生学业评价，利用多元化、多维度的教学评价活动，判断教学设计方案的价值，优化和完善教学设计方案。

4 创新实践课程教学设计优化实践

深入OBE 创新实践课程教学设计的课程改革实践探索研究，推出创新实践课程的专题讲座示范课，为课程相关教学项目“准入制”的教学设计提供参考依据。以哈尔滨工程大学未来技术学院创新实践课程“工程认知与实践”为例，以“电控重力势能车”项目实践教学为依托，进行“机械结构设计专题”“现代加工技术专题”和“嵌入式系统开发专题”主要理论教学授课的教学设计实践，研究教学设计的合理性，验证教学设计的可行性。

4.1 教学项目“准入制”实践

以“工程认知与实践”课程“电控重力势能车”教学项目为例，按“准入制”模型实施课程建设。把探究知识、增强能力、培养素质作为课程的教学目标；梳理教学内容包含前导课、机械结构设计专题技术讲座、现代加工技术培训、嵌入式系统开发专题技术讲座、创新作品制作五部分，开发递进式项目研发任务；建设电控重力势能车的三维零件模型1 套、装配模型1 套、运动仿真模型1 套、元器件套件20 套并制作相关视频教程，建设多媒体课件10 个、微课视频20 个、思政案例20 余个、物理样机15 套，课程教学资源建设如图4 所示；编制创新作品设计、创新作品加工、控制软件调试、硬件调试四大实践任务；利用社区积分管理系统，从创新能力、知识掌握、素质规范、诚信意识、成本控制以及团队协作六方面，对学生的知识学习与社会实践进行全面的过程式考评，经学生反馈，教学效果良好。

图4 课程教学资源建设

4.2 教学设计模型实践

以“工程认知与实践”课程中“机械结构设计专题技术——数字化设计”教学内容为例，以培养学生掌握数字化建模基础知识、培养学生三维实体建模能力为教学目标，教学重难点是实现零件的三维实体建模并完成装配及运动仿真。采用讲授式、案例式、讨论式教学方法，课上通过电控重力势能车的功能和机械结构引入教学内容，以电控重力势能车“绕线板”的实体建模为教学案例，进行软件操作讲解和基础实践训练，使学生掌握基本实体建模技能。在此基础上，课下学生以小组为单位进行“队徽”的个性化创新设计并撰写设计报告，培养学生的创新能力和实践能力，如图5 所示。通过优化后的教学设计，学生能够深入拓展课内、课外实践研究，提高了学生的创新思维与实践能力，提升了未来技术学院的创新实践类课程的核心价值。

图5 “工程认知与实践”课程学生创新设计“队徽”作品

4.3 教学实施效果与建议

基于OBE 理念的“准入制”和教学设计，不仅在未来技术学院创新实践课程“工程认知与实践”中开展教学实施，还应用于F 类创新实践课程“科技创新与训练”。在“准入制”的标准下，课程已经遴选出电控重力势能车、平衡车、遥控船等教学载体，应用于创新实践课程中；基于OBE 理念的教学设计2022 年支撑工程训练中心“工程实践”课程获得省教学成果二等奖、2021 年省一流线下课程、2021 年校课程思政示范课，支撑教师获得2022 全国金工/工训青年教师微课教学评优一等奖、2021 年东三省特等奖、2022 年黑龙江省青年教师微课大赛一等奖；通过“科技创新训练”课程培养学生获得包括中国大学生工程实践与创新能力大赛银奖、海洋航行器大赛一等奖在内的60余项高水平科创竞赛奖。

结合教学实施效果，对基于OBE 理念的创新实践课程的教学设计提出以下建议。1）针对不同教学项目，灵活应用教学策略。基于OBE 理念的创新实践教学设计，在充分考虑学生时间能够完成初级任务和高级任务实践训练的基础上，以学生为主体，以“教学设计模型”为基础，采用个性化的教学策略，针对不同的教学项目，分析学生的需求和预期的学习目标，使学生在完成实践任务时不受思维局限，培养学生对所学知识的独立探究能力和专业技能的实践能力。2）强化多轮教学实践，注重教学成效评估。基于OBE 理念的教学项目“准入制”和创新实践课程教学设计，仍需扩大研究实践范围，进一步验证其在创新实践类课程中的指导作用。需进行多轮教学实践，设计更科学的教学效果评价方案，反映学生真实的学习成果，让学生知晓自身的不足，为后续提升相关知识技能指明方向。同时，也能保障教学质量得到更准确的依据，为创新实践类课程教学改革提供有效的案例。

5 结语

通过探索建立创新实践课程人才培养的新目标，推动创新实践人才培养课程的新优化，探索创新实践人才培养的新路径，培养各类交叉、复合型的，具有创新实践能力、跨界融合能力和高素质能力的优秀未来科技领军人才。对各类创新实践课程来说，确定课程培养目标，实施合理的教学设计，能够促进各类创新实践教学水平的提高，在教学教育改革中具有重要的导向和推动作用。学生是该研究的最大受益者，因为通过高标准教学方案的建立，学生在优化的教学过程中可以获得更多的知识和技能，获得高标准的教学质量。创新实践课程增加了学生的体验感，高效地提升了学生综合实践能力。