席國強(qiáng)

(重慶理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶 400054)

學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向(OBE)是以成果為導(dǎo)向的教學(xué)模式,由美國學(xué)者Spady提出。OBE 理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為起點(diǎn)反向設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)過程[1,2],強(qiáng)調(diào)如下4個(gè)問題[3,4]:學(xué)生學(xué)什么?為什么學(xué)?如何學(xué)?學(xué)得怎么樣?OBE是工程教育專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)的核心理念,要求將面向工科學(xué)生的教學(xué)理念從內(nèi)容為本轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為本,以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向,最終達(dá)成的核心目標(biāo)是培養(yǎng)掌握知識(shí)和具備能力的新工科學(xué)生[5]。與傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)理念相比,OBE理念關(guān)注學(xué)生能夠做什么,而不是簡(jiǎn)單的學(xué)生知道什么,可以有效提升教學(xué)效果[6]。

“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”是我校材料學(xué)院材料加工專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。該課程不僅涉及化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、電子學(xué)等專業(yè)知識(shí),還涉及傳感器材料工藝學(xué)及企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一些實(shí)際情況。因而課程包含內(nèi)容極為廣泛。此外,隨著人工智能的發(fā)展,自動(dòng)化與檢測(cè)技術(shù)及其相關(guān)的理論已經(jīng)成為當(dāng)代科技人員的必備知識(shí)。因此,學(xué)好該課程,對(duì)其他相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有較大的幫助,在材料加工專業(yè)的人才培養(yǎng)體系中占有重要地位。工程教育專業(yè)認(rèn)證是以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià),其核心為確認(rèn)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)OBE理念,為達(dá)成“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”的培養(yǎng)目標(biāo),該課程急需全面深化教學(xué)改革。作者對(duì)如何在工程教育專業(yè)背景下,實(shí)現(xiàn)“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”課堂教學(xué)的轉(zhuǎn)變,以提高學(xué)生綜合能力為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)從重視知識(shí)向重視能力,從灌輸知識(shí)向互動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、責(zé)任意識(shí)、辯證思維等,進(jìn)行了相關(guān)探索。

1 “檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 師資問題

將知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的技術(shù)能力和應(yīng)用能力是工程認(rèn)證的任務(wù)之一。然而,近年來各個(gè)高校引進(jìn)的高層次人才基本以剛畢業(yè)的博士為主。教師隊(duì)伍中具有工程背景的老師比例較低。這樣雖能提升學(xué)校的科研能力及科研水平,但也使學(xué)校缺乏具有工程實(shí)踐背景的人才。材料學(xué)院承擔(dān)該門課程的老師以年輕博士為主,教師沒有在生產(chǎn)一線從事過實(shí)際生產(chǎn),缺乏工程實(shí)踐背景。

1.2 課程內(nèi)容設(shè)置問題

“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”是材料、機(jī)械、電氣等專業(yè)的交叉學(xué)科,學(xué)科范圍廣且內(nèi)容非常多,具體表現(xiàn)在概念多、公式多、邏輯性強(qiáng)、理論性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)。因此,在有限的學(xué)時(shí)條件下,很難全面講授課程涉及的所有內(nèi)容,這就容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握不牢固、對(duì)課程體系邏輯認(rèn)識(shí)不清。此外,該門課程主要由檢測(cè)部分和控制部分組成(包括PLC編程),檢測(cè)部分涉及信息獲取必須用的傳感器,傳感器的分類及原理是這部分的重點(diǎn)內(nèi)容,但這部分內(nèi)容與很多基礎(chǔ)學(xué)科一樣存在課程內(nèi)容枯燥、創(chuàng)新性較弱、學(xué)生缺乏積極性的問題;控制部分包括控制基本理論及PLC編程,編程部分對(duì)于材料加工專業(yè)學(xué)生知識(shí)跨越較大、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足,很難做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。

1.3 教學(xué)模式與教學(xué)方法問題

在教學(xué)模式上,和許多基礎(chǔ)學(xué)科一樣,主要通過填鴨式的授課方式,任課教師將課程知識(shí)一股腦地傳授給學(xué)生。學(xué)生在聽課的時(shí)候?qū)⒋蟛糠謺r(shí)間用在記筆記,并以最終成績(jī)?yōu)槟繕?biāo),與教師交流討論的機(jī)會(huì)幾乎為零,這對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)非常不利。教師是主體,教師講什么,學(xué)生學(xué)什么,學(xué)生總是被動(dòng)地接受知識(shí)。因?yàn)闄z測(cè)部分和控制部分存在大量的原理及分類,枯燥乏味,因而和學(xué)生課堂互動(dòng)感差,學(xué)生課堂參與度低,教師的思路和學(xué)生不能完全一致,甚至很多時(shí)候?qū)W生被其他事物吸引,與教師的思路脫節(jié)。這非常不利于學(xué)生自主創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力的提升。這種教學(xué)模式無法體現(xiàn)OBE理念的教學(xué)指導(dǎo)思想。另外,教學(xué)模式“一刀切”,忽視學(xué)生的差距。傳統(tǒng)教學(xué)模式中對(duì)所有學(xué)生講授知識(shí)的深度和范圍相同,學(xué)習(xí)目標(biāo)也是一樣的。但各大高校擴(kuò)招,學(xué)生生源參差不齊,基礎(chǔ)差異較大,導(dǎo)致學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)于大部分同學(xué)可能難易適中,但有一小部分同學(xué)覺得目標(biāo)不符。這里有兩種情況,有些學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)認(rèn)為學(xué)習(xí)目標(biāo)太過簡(jiǎn)單,而一些基礎(chǔ)差的學(xué)生認(rèn)為晦澀難懂,完成目標(biāo)困難較大,難以跟上教學(xué)節(jié)奏。

1.4 教學(xué)評(píng)價(jià)體系問題

考核方式單一,只包括平時(shí)表現(xiàn)和期末試卷。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中,“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”課程考核方式多為“期末考試+平時(shí)表現(xiàn)”,總分為100分,其中平時(shí)表現(xiàn)占30%,卷面成績(jī)占70%。平時(shí)表現(xiàn)來源于學(xué)生的考勤和課堂提問等,這種評(píng)價(jià)方式更側(cè)重于評(píng)價(jià)學(xué)生有沒有曠課、遲到等,而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)情況的掌握。此外,課堂提問由于時(shí)間有限,提問次數(shù)受限,導(dǎo)致無法掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和教學(xué)效果,更無法滿足工程認(rèn)證所要求的達(dá)成度分析和科學(xué)評(píng)價(jià)的需要。

2 “檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”教學(xué)改革

隨著我國工程認(rèn)證工作的全面開展,面向新一輪的專業(yè)課程改革也在加強(qiáng)和探究。本文從確定課程教學(xué)能力、整合課程內(nèi)容、改進(jìn)授課方式、優(yōu)化教學(xué)評(píng)價(jià)體系等方面入手,闡明如何基于OBE理念,以學(xué)生為本,構(gòu)建針對(duì)“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”教學(xué)方式,以改革現(xiàn)有的工程人才培養(yǎng)方式。

2.1 改善教師工程背景

改善教師工程背景打出一套組合拳:(1)加大對(duì)具有企業(yè)經(jīng)歷的高級(jí)人才的引進(jìn)和培養(yǎng),確實(shí)提高“雙師型”教師比例。(2)聘請(qǐng)有企業(yè)背景的工程師為學(xué)校導(dǎo)師。與相關(guān)企業(yè)聯(lián)合組建一支具有雄厚工程實(shí)力的師資隊(duì)伍。一方面,將青年教師送到企業(yè)實(shí)踐鍛煉,另一方面,聘請(qǐng)企業(yè)工程師或技術(shù)專家來校教學(xué),走進(jìn)課堂。(3)鼓勵(lì)教師積極參加企業(yè)主辦的培訓(xùn),與行業(yè)工程師保持密切聯(lián)系和交流,促進(jìn)理論和實(shí)踐的深度融合,以加強(qiáng)工程實(shí)踐能力。(4)鼓勵(lì)校內(nèi)沒有工程背景的青年老師去企業(yè)掛職鍛煉和培訓(xùn)。近年來,材料學(xué)院派出多名年輕博士去企業(yè)掛職,同時(shí)聘請(qǐng)具有企業(yè)背景的專家和知名工程師來校交流指導(dǎo),分享相關(guān)行業(yè)的動(dòng)態(tài)及成果經(jīng)驗(yàn),使教師不斷提高工程實(shí)踐能力。

2.2 教學(xué)大綱修訂

在明確課程培養(yǎng)能力的前期下,解決傳統(tǒng)教學(xué)過程中只注重專業(yè)知識(shí)的問題。把分組討論、專題報(bào)告、觀點(diǎn)辯論等加入課程教學(xué)中,培養(yǎng)學(xué)生的溝通和協(xié)調(diào)能力。教師備課時(shí)應(yīng)充分調(diào)研和思考,該課程可以培養(yǎng)學(xué)生的何種能力,培養(yǎng)學(xué)生的哪些綜合素質(zhì)。課堂的教學(xué)內(nèi)容要緊跟社會(huì)的需求,不能與社會(huì)脫節(jié),以培養(yǎng)學(xué)生的能力為引導(dǎo),以工程認(rèn)證的培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向,以社會(huì)和企業(yè)需求為目標(biāo)。

課程組教師在教研室通過大量討論,依據(jù)我校材料加工專業(yè)最新的培養(yǎng)方案,緊密結(jié)合工程教育認(rèn)證的基本要求對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行修訂,確定滿足畢業(yè)要求的畢業(yè)目標(biāo)。學(xué)生通過學(xué)習(xí)該門課程應(yīng)掌握如下技能:(1)掌握材料成型中常用的檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)化控制的原理和方法,并用其對(duì)材料成型產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析判斷,能夠用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、專家控制等方法的分析;(2)基于PLC基本工作原理、PLC的基本指令和典型程序的設(shè)計(jì)方法,能夠完成成形過程的PLC程序設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。

可以將傳感器技術(shù)、控制理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等融入教學(xué)大綱中,從而實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)對(duì)于畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐。

2.3 教學(xué)內(nèi)容改革

依照教學(xué)大綱分解出課程目標(biāo),重新整合“檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)控制工程”的課程內(nèi)容。(1)構(gòu)建模塊化分類?！皺z測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”是一門交叉學(xué)科,集材料、機(jī)械、電氣三位一體。這也決定了該門課程的邏輯是網(wǎng)狀,其教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)該注重知識(shí)模塊間的科學(xué)聯(lián)系,促進(jìn)知識(shí)的系統(tǒng)化。采取模塊式編排,將整個(gè)課程內(nèi)容分為檢測(cè)原理、控制理論、PLC編程三大板塊,并采用思維導(dǎo)圖挖掘各個(gè)板塊之間的內(nèi)在聯(lián)系,使知識(shí)像網(wǎng)絡(luò)一樣形成一個(gè)有機(jī)的整體。這樣就會(huì)使看似瑣碎的知識(shí)變得條理化,更有利于學(xué)生掌握檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)控制工程的結(jié)構(gòu),從而達(dá)到舉一反三,以點(diǎn)帶面的效果。(2)精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容。基于工程認(rèn)證下OBE理念的指導(dǎo),“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”注重綜合能力的培養(yǎng)和提升。因此根據(jù)培養(yǎng)方案并結(jié)合實(shí)際情況修訂大綱并精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容是必要的。在模塊化編排的基礎(chǔ)上,對(duì)每個(gè)模塊的內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn),適當(dāng)刪減檢測(cè)原理部分傳感器的種類,PLC部分只保留PLC編程的基礎(chǔ)部分,使重點(diǎn)突出。

2.4 教學(xué)方法改革

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)要體現(xiàn)以學(xué)生為中心,課堂教學(xué)改革應(yīng)著眼于提升課堂的教學(xué)質(zhì)量,應(yīng)該從學(xué)生一味地被動(dòng)接受知識(shí),教師填鴨式講解,逐步向師生都為課堂主體,以交流互動(dòng)為主的課堂氛圍進(jìn)行轉(zhuǎn)變。(1)啟發(fā)討論式教學(xué)。根據(jù)課程知識(shí)點(diǎn),通過網(wǎng)絡(luò)、圖片、在線課程、視頻等教學(xué)資源,進(jìn)行 “課前問題引入+學(xué)生查找資料+課堂互動(dòng)討論+知識(shí)點(diǎn)講解+分組討論”的形式開展教學(xué)活動(dòng)。比如,講授傳感器技術(shù)時(shí),事先通過QQ班級(jí)群布置任務(wù):搜尋常見的傳感器實(shí)物圖片及其結(jié)構(gòu),以考查學(xué)生文獻(xiàn)查閱和自主學(xué)習(xí)的能力。授課開始,同學(xué)們就課前作業(yè)進(jìn)行討論,同時(shí)老師歸納總結(jié),引出傳感器的概念、作用、分類等授課內(nèi)容。最后根據(jù)講授知識(shí),拋出問題,比如我們選用傳感器該注意什么。激發(fā)學(xué)生的好奇心,分組展開討論,互相打分,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和批判性思維等能力。(2)分級(jí)分層教學(xué)。針對(duì)學(xué)生能力差異大的現(xiàn)實(shí)問題,我們采用多層次教學(xué)的辦法。分級(jí)分層教學(xué)要求把學(xué)生能力做一個(gè)分類,比如按照高、中、低分類,從而因材施教提高教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于高和低這兩類學(xué)生需要特殊管理,對(duì)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生額外安排難度較大的探討性題目,引導(dǎo)其完成;對(duì)于能力較弱的學(xué)生,幫助其完成課程基本要求,鼓勵(lì)逐步挑戰(zhàn)中等級(jí)別問題。分級(jí)分層的教學(xué)方式可以有效地避免優(yōu)秀學(xué)生 “吃不飽”、能力差的學(xué)生“吃不了”的現(xiàn)象,使不同層次的學(xué)生在知識(shí)和能力方面得到充分地拓展。

2.5 教學(xué)評(píng)價(jià)體系改革

將學(xué)生的培養(yǎng)作為課程考核的主要目標(biāo),將學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握及應(yīng)用情況作為檢查作業(yè)的方向。“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”教研室通過充分地交流研討,得出開展多元化考核方式。具體如下:文獻(xiàn)查找、閱讀、解析、案例調(diào)查、最新熱點(diǎn)實(shí)時(shí)追蹤等。文獻(xiàn)查找閱讀要求2人一組查閱與該學(xué)科教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn),制作PPT或口頭講解,并撰寫筆記。例如檢測(cè)的概念,使學(xué)生能夠更好地理解檢測(cè)和測(cè)量的區(qū)別。案例調(diào)查主要針對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中跟“檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)控制工程”教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的案例進(jìn)行調(diào)查分析,在調(diào)查分析過程中鞏固知識(shí)點(diǎn)。比如,自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)等的原理和作用,用到了哪些自動(dòng)控制理論和檢測(cè)知識(shí)。最新熱點(diǎn)追蹤多為人工智能發(fā)展的最新科研成果,這部分要求學(xué)生以探討的方式進(jìn)行。多元化考核方式不僅保障學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的熟練掌握和鞏固,還培養(yǎng)創(chuàng)新思維和進(jìn)一步提升工程實(shí)踐的能力。

建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。傳統(tǒng)的做法是期末成績(jī)占70%,平時(shí)考勤等占30%。我們調(diào)整了平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)的占比,期末成績(jī)最多占60%;二是改進(jìn)考核內(nèi)容,在平時(shí)成績(jī)中增加文獻(xiàn)查閱、課堂討論、案例匯報(bào)等分值;期末考試也增加了15%左右的考核應(yīng)用理論分析和解決實(shí)際問題的題目。課程目標(biāo)是課堂教學(xué)活動(dòng)的基本點(diǎn),達(dá)成度計(jì)算是檢測(cè)課堂教學(xué)質(zhì)量的重要手段。因此,在最后計(jì)算總成績(jī)后,根據(jù)該門課程的課程目標(biāo),分項(xiàng)計(jì)算各個(gè)目標(biāo)的達(dá)成度,從而獲得“檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)控制工程”的達(dá)成度分析報(bào)告。

分析近三年“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”課程目標(biāo)達(dá)成度,組建持續(xù)改進(jìn)課程工作小組,由課程組教研室負(fù)責(zé)人擔(dān)任組長,督促組員的持續(xù)改進(jìn)過程,提出持續(xù)改進(jìn)方案。平時(shí)成績(jī)的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制如下:參考近三年各屆學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,按周統(tǒng)計(jì)學(xué)生各項(xiàng)成績(jī)中的考核指標(biāo)。期末考試考核機(jī)制為劃分期末試卷,按模塊化統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)得分,認(rèn)真分析各個(gè)模塊學(xué)生的掌握情況。最后通過目標(biāo)達(dá)成和總達(dá)成度數(shù)據(jù),研究分析學(xué)生對(duì)每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的掌握情況,提出持續(xù)改進(jìn)意見。

3 結(jié)論

隨著人工智能的快速發(fā)展,材料加工正在向智能加工、智能制造轉(zhuǎn)變,各大企業(yè)均需要大量自動(dòng)控制方面的應(yīng)用型人才。根據(jù)工程認(rèn)證的OBE理念,為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,針對(duì)“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)控制工程”教學(xué)存在的問題,通過提升師資工程背景、精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)手段、完善考核制度,不斷地激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)積極性,提高教學(xué)效果,最終提高其在人工智能、智能制造領(lǐng)域解決實(shí)際問題及開發(fā)新產(chǎn)品的能力。但有效快速地提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù),如提前安排題目,需要學(xué)生課前查閱大量文獻(xiàn);課中討論,會(huì)占用大量的時(shí)間和精力,如何引入靈活的工作量考核制度是一個(gè)挑戰(zhàn)。只有不斷地進(jìn)行教學(xué)改革和探索,才能不斷地提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。整個(gè)教學(xué)過程中,教學(xué)課程組要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),反思教育行為,不斷改進(jìn),以學(xué)生為中心把學(xué)生學(xué)到了什么始終作為改革的主線,融合貫穿到日常教學(xué)過程中。