基于OBE方法的高职院校教学效果提升探究

何兴曦

摘要：在智能控制技术专业中，学生只有充分掌握电子控制系统的设计与开发，才能设计开发出更加合理、稳定的系统。在考虑产出导向的情况下，分析“电气控制技术”和“电气控制与PLC”两门课程的内在联系并优化课程教学策略，在当前的智能控制技术教学中显得尤为重要。针对当下课堂出现的问题引入OBE方法，在提出并应用全新教学举措后，学生的学习效果和学习成绩均有所提高。

关键词：高职院校；OBE方法；智能控制技术；教学效果；产出导向

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：1008-3561（2022）27-0021-04

一、前言

产出导向的教育方法（Outcome-Based Education，OBE）是一种以学生为中心的方法，以学生的表现作为衡量和评估教学情况的重要指标。已有研究表明，OBE方法在提升毕业生质量、完善教学策略与教学方法、增加学生的专业认识和提高学生理解能力方面，具有积极的推动作用。因此，提高学生每门课程的专业认知、专业技能、成绩和学生的综合学习素养是OBE方法的重要目标。课程产出、课程教学策略和教学结果评估相辅相成，教师经过平衡后能制定出针对学生的有效教學方法和教学策略。课程产出应该与学生的成绩、课堂汇报表现、课程完成情况等结果相对应。每一位学生在某一学科中的课程学习结果要通过课堂表现情况进行评价，并结合整个学期任课教师考核中的评估结果进行判定。

OBE方法代表着一种深沉的教育责任。首先，OBE方法给出了量化学生水平的系统评价方法，给所有学生提供了一个在下一阶段更好地接受专业教育的机会。其次，OBE方法能保证学生在学业结束后达到学校要求的最低标准。因此，作为OBE方法中的关键，教学策略与教学效果评估方法需要经过深思熟虑方可拟定。对于以培养专业技术人员为教育教学目标的高职院校而言，提升课堂教育教学质量、培育高水平专业技术人员是其首要任务和重要目标。因此，设计和实施符合专业岗位要求及学生学习情况的教学策略、提高专业教学水平、制定合理的教学效果评估方法十分重要。

本研究的主要目的是调查和分析“电气控制技术”和“电气控制与PLC”两门课程的教学效果，基于调查结果，提出两门课程的改进方法并优化教学策略，进一步提升教师的教学效果和优化学生的课堂表现。笔者在旁听智能控制技术专业的课程后，观察并记录影响学生学习成绩的相关因素，总结出适合本校学生学情的教学策略，以提高学生对智能控制技术的认识。

二、当下高职院校课堂教学出现的问题

为助推《中国制造2025》计划，当代职业教育应顺应时代发展潮流、满足企业用人需要。企业最重要的技术技能是设计满足相应需求的系统、组件和程序的能力。在控制系统中，准确把握系统中与控制相关的核心问题和确定系统中核心的控制算法的能力，必须通过对控制理论的扎实掌握才能达到。这些知识通常以数学公式、一阶和二阶电路或二端口网络的形式呈现。为了掌握好“电气控制技术”和“电气控制与PLC”两门课程，学生需要熟悉拉普拉斯变换的基本理论和应用方法，了解和掌握一阶和二阶电路的基本知识及在系统中的常见搭配组合。这样的过程，可以让学生在深度学习时能够熟练使用微分方程对系统电路进行建模处理，以求解电路的响应。

在新冠疫情期间的居家线上教学过程中，笔者发现学生对瞬态分析和控制系统组件的概念不清楚，尤其是对瞬态分析的掌握不够。学生们无法面对面与授课教师进行有效沟通，在基本概念不清、瞬态分析掌握程度不够时无法高效完成学习任务。针对这一点，研究组与任课教师召开了教学研讨会。首先，教师统一认为是线上课程的教学方式让学生的问题得以暴露。在传统的课堂教学中，教师未必能把握所有学生对知识点的掌握情况，特别是学生进行瞬态分析时是否真正掌握对换路定律和一阶电路瞬态分析的三要素法。而在线上教学的过程中，任课教师通过点名提问的方式发现学生无法按步骤解决问题，方才引起警觉。针对学生基础薄弱的问题，教师得出必须通过反复讲解，才能使学生明白时域和频域分析的概念、分析关键要素、分析步骤等关键解决手段。其次，教师认为是课时不足造成的。在现阶段的教学计划中，一阶和二阶系统的分析、不同类型的输入和不同的切换条件、拉普拉斯变换概念以及拉普拉斯变换的应用方法的课时相对较少。正因为如此，在学习掌握智能控制技术时，学生们认为稳定性分析和精度表征的知识学习起来非常吃力。

结合教学研讨会的讨论结果，笔者认为在教授“电气控制技术”和“电气控制与PLC”这两门学科时，任课教师需要加强学生对基础知识的融合和掌握，特别是将拉普拉斯变换、瞬态分析与稳态分析、一阶二阶系统分析的基础知识夯实，并将基础知识的概念解释、分析方法、分析步骤与关键技术要点作为科目考核的关键部分之一。为了得到更好的课堂产出，教师还应当在教授“电气控制技术”课程时，初步夯实学生应用数学变换的意识与能力，并将这些作为学生后续学习智能控制技术的重要理论基础。此外，通过教学研讨教师会发现，在课堂中使用Matlab、Python软件模拟实验，能够给学生提供解决控制问题的新方法和新思路。而学生通过在电脑上编写程序代码，能够学到更多的理论知识，加深对每个概念的理解。以往的研究表明，Matlab、Python模拟的目的是尽可能地重现实际工程中的控制场景，让学生领悟这一环节中的关键技术步骤与关键技术难题。因此，笔者认为可以在教程中添加基于波德图、奈奎斯特图、极坐标图和控制器设计的教学模拟实验。

三、研究方法

结合教学研讨会的讨论结果，笔者总结出了教学改进策略和研究方法。

（1）在课堂中，加大电气网络中基础知识的教学比重，强化学生对基本概念与基础运算的理解与掌握，通过随堂练习、课前考核、课后作业的方式提高学生对基础知识的掌握程度。（2）任课教师要优化智能控制技术专业的教学策略，并进一步完善和优化课程教学评估方法。

为了研究以上改进方法的有效性，笔者设计了以下的研究问题。问题一：学生是否掌握频域分析和控制系统组件知识并在课程考试与各项任务中达标？问题二：学生是否认为问题解决和模拟学习对控制系统的设计和分析是有用的？

以上方法在本校智能控制技术专业46名学生中实施。由于本课题的研究人员是讲授“电气控制技术”课程的任课教师，因此抽样具有可操作性，并且能够保证抽样的随机性和代表性。抽样结果用于表示学生的学习情况和学习效果。在对比教学效果的过程中，笔者通过定性与定量分析2020～2021学年学生的具体表现，在2021～2022学年采取优化后的教学策略和教学评估方法对教学效果进行实验与观测，得出三方面的具体整改措施。

1.教学策略改进一：“电气控制技术”课程教学策略的优化与改进方法

（1）为提高学生对拉普拉斯变换的基础知识掌握程度，教师在授课结束后针对性布置了关于拉普拉斯变换的课后作业。院系设置课后答疑与课后辅导环节，特别安排电气系与数学系的教师负责为学生进行答疑。（2）课堂演示采用Matlab、Python对一阶系统、二阶系统进行仿真和瞬态响应的分析，并且在课堂中专门强调需要在学习控制系统稳定性的过程中牢牢掌握这些知识。（3）为了避免学生进行考前突击，舍本逐末，可安排网络综合开卷考试。

2.教学策略改进二：“电气控制与PLC”课程的教学优化

（1）在2021～2022學年的系统控制工程专业中，为学生增加了导师制，由院系安排1名教授或副教授带教8至12名学生，解答学生在学习过程中的疑问或学习方法方面的疑虑，进一步支持课程教学。（2）对于一些较简单的、具有成熟教学经验的课题，如步进电机、控制系统在工业中的应用等，让学生自主组成学习小组进行自学，并在期中、期末组织小组汇报，在班级内汇报研究成果并与其他小组进行交流讨论，共同学习。（3）在Matlab中具体引导学生模拟波德图、根轨迹、补偿器、极坐标图等问题，通过安排编程任务帮助学生理解理论概念。（4）在教学中引入更为综合系统的管理方法———学习管理系统，这样能够为教师管理班级教学提供便利。

3.教学策略改进三：课程评价与考核制度优化

（1）课程成绩评定。教师在教学研讨会议中确定了2021～2022学年系统控制工程的成绩评定依据，评定依据涵盖了学生对基础数学公式概念的理解和掌握、参数的确定以及模型的推理等。具体包括以下内容：以第一准则推导电气系统的简化数学模型，利用经典控制理论在时域内测量和改进系统的性能参数，利用经典控制理论在频域内测量和改进系统的性能参数，应用现代控制技术推导非线性控制系统中的性能参数。以上具体要求，学生需要达到至少60分才算及格。

（2）直接评估。总体来说，直接评估包括以下四种考核方式。一是期中测试：期中测试分别在课程开始后的第7周、第13周进行，测试内容根据教学进度，涵盖数学建模、时域和频域分析等重要知识，包括概念解释、名词释义、选择题、公式推导、综合题五个部分。二是学期内评估：围绕系统简化技术、一阶和二阶系统的反应、控制系统在工业中的应用等主题布置开卷考试和课后作业等额外评估。三是计算机模拟评估：在计算机模拟练习中，要求学生使用Matlab与经典控制方法明确时域和频域分析的概念，同时模拟波德图、根轨迹和奈奎斯特图，并比较理论与实际结果。四是期末考试：在学期结束时，组织学生参加涵盖完整教学内容的笔试考试。

（3）间接评估。在学期末，笔者制定了针对学生的调查问卷，并通过学习管理系统发放给学生，要求学生在两周内不受同学、老师或学院的影响完成调查问卷。这些调查问卷，会作为衡量学生学习成果的重要依据。在学生的综合成绩中，间接评估的占比为20%。

四、数据收集

待学期结束后，笔者向教研组与任课班教师收集如下数据并进行深入分析。

（1）2021～2022学年，学生在“电气控制技术”中的一阶电路、二阶电路瞬态和稳态分析的多项选择题测试中取得的成绩。（2）2021～2022学年，学生在“电气控制技术”中的作业情况与期中评估考试的成绩。（3）2020～2021学年、2021～2022学年，学生在“电气控制与PLC”中的综合评估的各项成绩。（4）2020～2021学年、2021～2022学年，学生在“电气控制与PLC”中的期末考试成绩。（5）学生问卷调查的结果。

五、结果

（1）“电气控制技术”2021～2022年度学生成绩。结合任课教师返回的随堂测验成绩、计算机模拟评估成绩与期中评估考试结果能够发现，其中五次随堂测验的平均分分别为95分、97分、97分、92分、94分，这说明随堂测验中学生能够较好地掌握本节课与上次课堂中所学的知识。全班计算机模拟评估成绩的平均分为70分，满足及格的要求；学期内评估的两次测验中，全班的平均分分别是82分、75分，说明全班基本达到了学习要求。

（2）“电气控制与PLC”2021～2022年度学生成绩。结合任课教师反馈的学期内评估成绩可以发现，班级的两次期中测试成绩的平均分分别为84分、95分，这说明通过加强学生对数学公式推导的学习与掌握，加强学生对基本概念的理解，能使其对知识的掌握达到优秀水平。班级内6次随堂测试的平均分分别为75分、78分、88分、86分、92分、95分，这说明学生很好地掌握了本节课的内容和上节课的知识，具备良好的记忆和应用能力。教师针对计算机模拟评估的反馈表明，学生在电气网络课程教学中了解并掌握了Matlab的编程技巧，部分学生可以熟练应用Matlab进行编程并模拟，达到了良好的效果。同时根据课后作业的反馈，任课教师表示大部分学生作业完成情况良好，因为随堂测试的结果大多是课后作业中的内容，因此结合随堂测试结果来看，大部分学生对待家庭作业的态度都比较认真。

（3）“电气控制与PLC”期末考试成绩。采用t检验的方法对比2020～2021年度、2021～2022年度学生期末成绩的变化情况，发现2021～2022年度学生的平均成绩（72.68分）显著高于2020～2021年度的平均成绩（55.86分），p值小于0.0001。这说明改进后的教学策略能够显著促进学生对基础知识及控制系统的掌握。通过与任课教师的沟通发现，学生在名词解释、概念辨析等基础知识的掌握方面有很大的提升，90%以上的学生对基本概念掌握得非常熟练，剩余不到10%的学生对基本概念掌握得一般，并且在概念辨析方面仍需要提高。从综合题与计算题的答题情况看，2021～2022年度学生对拉普拉斯变换、瞬态响应分析、系统关键参数的意义与调整方法等的掌握明显好于2020～2021年度的学生。任课教师认为这与频繁的课前测试、适当安排学期内考试、系统的期中测试有关，反复的记忆与训练明显能提升学生对核心知识的理解能力。

（4）学生问卷调查结果。问卷调查在本学期末对学生进行发放，总计发放问卷46份，回收问卷46份，其中有效问卷46份，无效问卷0份。学生问卷涵盖项分别为：计算机模拟评估、期末考试、学期内评估。计算机模拟评估的主干问题为：课程结束后是否能模拟波德图、根轨迹和奈奎斯特图并比较理论与实际结果。计算机模拟评估问卷调查结果显示为：非常同意、同意、不同意、不赞同也不否认的学生分别为28.2%、58.8%、2.1%、10.9%。期末考试的主干问题为：能否独立设计一个控制系统。期末考试的问卷调查结果显示为：非常同意、同意、不同意、不赞同也不否认的学生分别为13.1%、58.7%、10.9%、17.3%。学期内评估的主干问题为：该课程内容是否有利于学生求职且对未来工作有一定帮助。学期内评估的问卷调查结果显示为：非常同意、同意、不同意、不赞同也不否认的学生分别为39.2%、54.5%、2.1%、4.2%。

六、结论

通过这项研究，笔者认为可以得出以下结论。（1）从这一年的教学与教学评估工作中发现，在教学“电气控制技术”和“电气控制与PLC”这两门课程的过程中，学生在具备适当的基础知识、解决问题的方法和模拟技巧的情况下，学习效果较好。（2）从课后作业、随堂练习和学期内总结的结果可以看出，几乎80%的学生能够掌握相关知识和技巧。在学生进行计算机模拟评估的训练中，会发现学生编程求解问题的能力有所增强。期末考试的对比分析表明，学生的成绩有所提高。（3）问卷调查的结果表明，超过90%的学生认同这两门课程会给他们未来的求职和工作带来帮助。超过85%的学生认为利用这两门课程内容和优化后的方法，能够模拟波德图、根轨迹和奈奎斯特图并比较理论与实际结果。超过70%的学生认为通过系统的学习，他们能初步独立设计一套系统。（4）由于以上教学策略的改进方法是在2021～2022学年落实的，学生的课堂表现、学习成绩等方面的评估结果是短时的经验，不足以当作结论提出。因此，以上教学策略改进方法应当经过長时间的实施后才能被证实是否具有规律性的效果。

参考文献：

[1]胡凡迪.基于OBE理念的项目式学习教学模式设计与应用研究[D].辽宁师范大学，2021.

[2]张娟.基于OBE理念的省属高校学前教育专业课程建设研究[D].湖南师范大学，2020.

[3]刘云龙，王瑞兰，刘丽君，王文成.基于Matlab仿真的自动控制原理实验教学改革[J].实验室研究与探索，2015（06）.

[4]何德峰，俞立，徐建明.基于MATLAB的现代控制理论实验教学实践[J].实验技术与管理，2016（03）.

[5]朱芳，陈得宝，韦民红，邹锋.MATLAB软件在自动控制原理课程教学中的应用[J].黑龙江工业学院学报，2018（12）.

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