基于OBE方法的高職院校教學效果提升探究

何興曦

摘要：在智能控制技術專業中，學生只有充分掌握電子控制系統的設計與開發，才能設計開發出更加合理、穩定的系統。在考慮產出導向的情況下，分析“電氣控制技術”和“電氣控制與PLC”兩門課程的內在聯系并優化課程教學策略，在當前的智能控制技術教學中顯得尤為重要。針對當下課堂出現的問題引入OBE方法，在提出并應用全新教學舉措后，學生的學習效果和學習成績均有所提高。

關鍵詞：高職院校；OBE方法；智能控制技術；教學效果；產出導向

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2022）27-0021-04

一、前言

產出導向的教育方法（Outcome-Based Education，OBE）是一種以學生為中心的方法，以學生的表現作為衡量和評估教學情況的重要指標。已有研究表明，OBE方法在提升畢業生質量、完善教學策略與教學方法、增加學生的專業認識和提高學生理解能力方面，具有積極的推動作用。因此，提高學生每門課程的專業認知、專業技能、成績和學生的綜合學習素養是OBE方法的重要目標。課程產出、課程教學策略和教學結果評估相輔相成，教師經過平衡后能制定出針對學生的有效教學方法和教學策略。課程產出應該與學生的成績、課堂匯報表現、課程完成情況等結果相對應。每一位學生在某一學科中的課程學習結果要通過課堂表現情況進行評價，并結合整個學期任課教師考核中的評估結果進行判定。

OBE方法代表著一種深沉的教育責任。首先，OBE方法給出了量化學生水平的系統評價方法，給所有學生提供了一個在下一階段更好地接受專業教育的機會。其次，OBE方法能保證學生在學業結束后達到學校要求的最低標準。因此，作為OBE方法中的關鍵，教學策略與教學效果評估方法需要經過深思熟慮方可擬定。對于以培養專業技術人員為教育教學目標的高職院校而言，提升課堂教育教學質量、培育高水平專業技術人員是其首要任務和重要目標。因此，設計和實施符合專業崗位要求及學生學習情況的教學策略、提高專業教學水平、制定合理的教學效果評估方法十分重要。

本研究的主要目的是調查和分析“電氣控制技術”和“電氣控制與PLC”兩門課程的教學效果，基于調查結果，提出兩門課程的改進方法并優化教學策略，進一步提升教師的教學效果和優化學生的課堂表現。筆者在旁聽智能控制技術專業的課程后，觀察并記錄影響學生學習成績的相關因素，總結出適合本校學生學情的教學策略，以提高學生對智能控制技術的認識。

二、當下高職院校課堂教學出現的問題

為助推《中國制造2025》計劃，當代職業教育應順應時代發展潮流、滿足企業用人需要。企業最重要的技術技能是設計滿足相應需求的系統、組件和程序的能力。在控制系統中，準確把握系統中與控制相關的核心問題和確定系統中核心的控制算法的能力，必須通過對控制理論的扎實掌握才能達到。這些知識通常以數學公式、一階和二階電路或二端口網絡的形式呈現。為了掌握好“電氣控制技術”和“電氣控制與PLC”兩門課程，學生需要熟悉拉普拉斯變換的基本理論和應用方法，了解和掌握一階和二階電路的基本知識及在系統中的常見搭配組合。這樣的過程，可以讓學生在深度學習時能夠熟練使用微分方程對系統電路進行建模處理，以求解電路的響應。

在新冠疫情期間的居家線上教學過程中，筆者發現學生對瞬態分析和控制系統組件的概念不清楚，尤其是對瞬態分析的掌握不夠。學生們無法面對面與授課教師進行有效溝通，在基本概念不清、瞬態分析掌握程度不夠時無法高效完成學習任務。針對這一點，研究組與任課教師召開了教學研討會。首先，教師統一認為是線上課程的教學方式讓學生的問題得以暴露。在傳統的課堂教學中，教師未必能把握所有學生對知識點的掌握情況，特別是學生進行瞬態分析時是否真正掌握對換路定律和一階電路瞬態分析的三要素法。而在線上教學的過程中，任課教師通過點名提問的方式發現學生無法按步驟解決問題，方才引起警覺。針對學生基礎薄弱的問題，教師得出必須通過反復講解，才能使學生明白時域和頻域分析的概念、分析關鍵要素、分析步驟等關鍵解決手段。其次，教師認為是課時不足造成的。在現階段的教學計劃中，一階和二階系統的分析、不同類型的輸入和不同的切換條件、拉普拉斯變換概念以及拉普拉斯變換的應用方法的課時相對較少。正因為如此，在學習掌握智能控制技術時，學生們認為穩定性分析和精度表征的知識學習起來非常吃力。

結合教學研討會的討論結果，筆者認為在教授“電氣控制技術”和“電氣控制與PLC”這兩門學科時，任課教師需要加強學生對基礎知識的融合和掌握，特別是將拉普拉斯變換、瞬態分析與穩態分析、一階二階系統分析的基礎知識夯實，并將基礎知識的概念解釋、分析方法、分析步驟與關鍵技術要點作為科目考核的關鍵部分之一。為了得到更好的課堂產出，教師還應當在教授“電氣控制技術”課程時，初步夯實學生應用數學變換的意識與能力，并將這些作為學生后續學習智能控制技術的重要理論基礎。此外，通過教學研討教師會發現，在課堂中使用Matlab、Python軟件模擬實驗，能夠給學生提供解決控制問題的新方法和新思路。而學生通過在電腦上編寫程序代碼，能夠學到更多的理論知識，加深對每個概念的理解。以往的研究表明，Matlab、Python模擬的目的是盡可能地重現實際工程中的控制場景，讓學生領悟這一環節中的關鍵技術步驟與關鍵技術難題。因此，筆者認為可以在教程中添加基于波德圖、奈奎斯特圖、極坐標圖和控制器設計的教學模擬實驗。

三、研究方法

結合教學研討會的討論結果，筆者總結出了教學改進策略和研究方法。

（1）在課堂中，加大電氣網絡中基礎知識的教學比重，強化學生對基本概念與基礎運算的理解與掌握，通過隨堂練習、課前考核、課后作業的方式提高學生對基礎知識的掌握程度。（2）任課教師要優化智能控制技術專業的教學策略，并進一步完善和優化課程教學評估方法。

為了研究以上改進方法的有效性，筆者設計了以下的研究問題。問題一：學生是否掌握頻域分析和控制系統組件知識并在課程考試與各項任務中達標？問題二：學生是否認為問題解決和模擬學習對控制系統的設計和分析是有用的？

以上方法在本校智能控制技術專業46名學生中實施。由于本課題的研究人員是講授“電氣控制技術”課程的任課教師，因此抽樣具有可操作性，并且能夠保證抽樣的隨機性和代表性。抽樣結果用于表示學生的學習情況和學習效果。在對比教學效果的過程中，筆者通過定性與定量分析2020～2021學年學生的具體表現，在2021～2022學年采取優化后的教學策略和教學評估方法對教學效果進行實驗與觀測，得出三方面的具體整改措施。

1.教學策略改進一：“電氣控制技術”課程教學策略的優化與改進方法

（1）為提高學生對拉普拉斯變換的基礎知識掌握程度，教師在授課結束后針對性布置了關于拉普拉斯變換的課后作業。院系設置課后答疑與課后輔導環節，特別安排電氣系與數學系的教師負責為學生進行答疑。（2）課堂演示采用Matlab、Python對一階系統、二階系統進行仿真和瞬態響應的分析，并且在課堂中專門強調需要在學習控制系統穩定性的過程中牢牢掌握這些知識。（3）為了避免學生進行考前突擊，舍本逐末，可安排網絡綜合開卷考試。

2.教學策略改進二：“電氣控制與PLC”課程的教學優化

（1）在2021～2022學年的系統控制工程專業中，為學生增加了導師制，由院系安排1名教授或副教授帶教8至12名學生，解答學生在學習過程中的疑問或學習方法方面的疑慮，進一步支持課程教學。（2）對于一些較簡單的、具有成熟教學經驗的課題，如步進電機、控制系統在工業中的應用等，讓學生自主組成學習小組進行自學，并在期中、期末組織小組匯報，在班級內匯報研究成果并與其他小組進行交流討論，共同學習。（3）在Matlab中具體引導學生模擬波德圖、根軌跡、補償器、極坐標圖等問題，通過安排編程任務幫助學生理解理論概念。（4）在教學中引入更為綜合系統的管理方法———學習管理系統，這樣能夠為教師管理班級教學提供便利。

3.教學策略改進三：課程評價與考核制度優化

（1）課程成績評定。教師在教學研討會議中確定了2021～2022學年系統控制工程的成績評定依據，評定依據涵蓋了學生對基礎數學公式概念的理解和掌握、參數的確定以及模型的推理等。具體包括以下內容：以第一準則推導電氣系統的簡化數學模型，利用經典控制理論在時域內測量和改進系統的性能參數，利用經典控制理論在頻域內測量和改進系統的性能參數，應用現代控制技術推導非線性控制系統中的性能參數。以上具體要求，學生需要達到至少60分才算及格。

（2）直接評估?？傮w來說，直接評估包括以下四種考核方式。一是期中測試：期中測試分別在課程開始后的第7周、第13周進行，測試內容根據教學進度，涵蓋數學建模、時域和頻域分析等重要知識，包括概念解釋、名詞釋義、選擇題、公式推導、綜合題五個部分。二是學期內評估：圍繞系統簡化技術、一階和二階系統的反應、控制系統在工業中的應用等主題布置開卷考試和課后作業等額外評估。三是計算機模擬評估：在計算機模擬練習中，要求學生使用Matlab與經典控制方法明確時域和頻域分析的概念，同時模擬波德圖、根軌跡和奈奎斯特圖，并比較理論與實際結果。四是期末考試：在學期結束時，組織學生參加涵蓋完整教學內容的筆試考試。

（3）間接評估。在學期末，筆者制定了針對學生的調查問卷，并通過學習管理系統發放給學生，要求學生在兩周內不受同學、老師或學院的影響完成調查問卷。這些調查問卷，會作為衡量學生學習成果的重要依據。在學生的綜合成績中，間接評估的占比為20%。

四、數據收集

待學期結束后，筆者向教研組與任課班教師收集如下數據并進行深入分析。

（1）2021～2022學年，學生在“電氣控制技術”中的一階電路、二階電路瞬態和穩態分析的多項選擇題測試中取得的成績。（2）2021～2022學年，學生在“電氣控制技術”中的作業情況與期中評估考試的成績。（3）2020～2021學年、2021～2022學年，學生在“電氣控制與PLC”中的綜合評估的各項成績。（4）2020～2021學年、2021～2022學年，學生在“電氣控制與PLC”中的期末考試成績。（5）學生問卷調查的結果。

五、結果

（1）“電氣控制技術”2021～2022年度學生成績。結合任課教師返回的隨堂測驗成績、計算機模擬評估成績與期中評估考試結果能夠發現，其中五次隨堂測驗的平均分分別為95分、97分、97分、92分、94分，這說明隨堂測驗中學生能夠較好地掌握本節課與上次課堂中所學的知識。全班計算機模擬評估成績的平均分為70分，滿足及格的要求；學期內評估的兩次測驗中，全班的平均分分別是82分、75分，說明全班基本達到了學習要求。

（2）“電氣控制與PLC”2021～2022年度學生成績。結合任課教師反饋的學期內評估成績可以發現，班級的兩次期中測試成績的平均分分別為84分、95分，這說明通過加強學生對數學公式推導的學習與掌握，加強學生對基本概念的理解，能使其對知識的掌握達到優秀水平。班級內6次隨堂測試的平均分分別為75分、78分、88分、86分、92分、95分，這說明學生很好地掌握了本節課的內容和上節課的知識，具備良好的記憶和應用能力。教師針對計算機模擬評估的反饋表明，學生在電氣網絡課程教學中了解并掌握了Matlab的編程技巧，部分學生可以熟練應用Matlab進行編程并模擬，達到了良好的效果。同時根據課后作業的反饋，任課教師表示大部分學生作業完成情況良好，因為隨堂測試的結果大多是課后作業中的內容，因此結合隨堂測試結果來看，大部分學生對待家庭作業的態度都比較認真。

（3）“電氣控制與PLC”期末考試成績。采用t檢驗的方法對比2020～2021年度、2021～2022年度學生期末成績的變化情況，發現2021～2022年度學生的平均成績（72.68分）顯著高于2020～2021年度的平均成績（55.86分），p值小于0.0001。這說明改進后的教學策略能夠顯著促進學生對基礎知識及控制系統的掌握。通過與任課教師的溝通發現，學生在名詞解釋、概念辨析等基礎知識的掌握方面有很大的提升，90%以上的學生對基本概念掌握得非常熟練，剩余不到10%的學生對基本概念掌握得一般，并且在概念辨析方面仍需要提高。從綜合題與計算題的答題情況看，2021～2022年度學生對拉普拉斯變換、瞬態響應分析、系統關鍵參數的意義與調整方法等的掌握明顯好于2020～2021年度的學生。任課教師認為這與頻繁的課前測試、適當安排學期內考試、系統的期中測試有關，反復的記憶與訓練明顯能提升學生對核心知識的理解能力。

（4）學生問卷調查結果。問卷調查在本學期末對學生進行發放，總計發放問卷46份，回收問卷46份，其中有效問卷46份，無效問卷0份。學生問卷涵蓋項分別為：計算機模擬評估、期末考試、學期內評估。計算機模擬評估的主干問題為：課程結束后是否能模擬波德圖、根軌跡和奈奎斯特圖并比較理論與實際結果。計算機模擬評估問卷調查結果顯示為：非常同意、同意、不同意、不贊同也不否認的學生分別為28.2%、58.8%、2.1%、10.9%。期末考試的主干問題為：能否獨立設計一個控制系統。期末考試的問卷調查結果顯示為：非常同意、同意、不同意、不贊同也不否認的學生分別為13.1%、58.7%、10.9%、17.3%。學期內評估的主干問題為：該課程內容是否有利于學生求職且對未來工作有一定幫助。學期內評估的問卷調查結果顯示為：非常同意、同意、不同意、不贊同也不否認的學生分別為39.2%、54.5%、2.1%、4.2%。

六、結論

通過這項研究，筆者認為可以得出以下結論。（1）從這一年的教學與教學評估工作中發現，在教學“電氣控制技術”和“電氣控制與PLC”這兩門課程的過程中，學生在具備適當的基礎知識、解決問題的方法和模擬技巧的情況下，學習效果較好。（2）從課后作業、隨堂練習和學期內總結的結果可以看出，幾乎80%的學生能夠掌握相關知識和技巧。在學生進行計算機模擬評估的訓練中，會發現學生編程求解問題的能力有所增強。期末考試的對比分析表明，學生的成績有所提高。（3）問卷調查的結果表明，超過90%的學生認同這兩門課程會給他們未來的求職和工作帶來幫助。超過85%的學生認為利用這兩門課程內容和優化后的方法，能夠模擬波德圖、根軌跡和奈奎斯特圖并比較理論與實際結果。超過70%的學生認為通過系統的學習，他們能初步獨立設計一套系統。（4）由于以上教學策略的改進方法是在2021～2022學年落實的，學生的課堂表現、學習成績等方面的評估結果是短時的經驗，不足以當作結論提出。因此，以上教學策略改進方法應當經過長時間的實施后才能被證實是否具有規律性的效果。

參考文獻：

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Exploration of the Improvement of Teaching Effect in Higher Vocational Colleges Based on OBE Method

———Take Intelligent Control Technology as an Example

He Xingxi

（Hunan Vocational College of Railway Technology， Zhuzhou 412007， China）

Abstract： In the major of intelligent control technology， students can design and develop a more reasonable and stable system only if they fully master the design and development of electronic control system. Considering the output orientation， analyze the internal relationship between "electrical control technology" and "electrical control and PLC" and optimize the curriculum teaching strategy， which is particularly important in the current intelligent control technology teaching. the introduces OBE method to solve the problems in the current classroom. After putting forward and applying new teaching measures， students learning effect and academic performance have been improved.

Key words： higher vocationalcolleges；OBE method； intelligentcontroltechnology；teaching effect； outputorientation