基于OBE理念与双PBL模式的混合式课程设计与实践

徐锦泱 沈家欣 陈明

摘  要：该文基于OBE理念和双PBL教学模式，让工程问题驱动学习和项目式教学贯穿混合式课程授课全过程，构建以“学生为中心、成果为导向”的授课策略；应用“科研+教学”模式引入最新成果，培养学生高阶学习能力，凸显新工科产学研融合的课程设计理念和高阶思维锻炼；采用“课前、课堂、课后”三阶段贯通模式进行课程教学设计，强化课程项目实施的全过程化，培养学生工程实践能力和解决实际问题的能力，进而提高课程教学质量。结果表明，基于OBE理念和双PBL模式的混合式课程设计可有效提高学生学习的主动性与积极性，促进其高阶思维锻炼与科研能力培养，学生综合素质提升明显，教学质量得到大幅提高。

关键词：OBE理念；双PBL教学模式；混合式教学；课程设计；教学改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）32-0026-06

Abstract： This paper applies the OBE concept and the double PBL mode to allow the engineering problem-based and project-based learning to run through the entire blended teaching process， and constructs a "student-centered， result-oriented" teaching strategy. The "scientific research plus teaching" mode was used to introduce the latest academic achievements， cultivate students' advanced learning ability， and highlight the curriculum design concept of industry-education-research integration of "emerging engineering education" and high-order thinking training of students. The three-stage pattern of "before class， in class， after class" was adopted to design the course teaching， strengthen the whole process of the course project implementation， and cultivate students' abilities of engineering practice and solving practical problems， which improves the quality of the course teaching. The results show that the blended course design based on the OBE concept and the double PBL mode effectively improves students' learning initiative and enthusiasm， and promotes their higher-order thinking training and the cultivation of their scientific research ability. The comprehensive quality of students has been significantly enhanced， and the teaching quality has been greatly improved.

Keywords： OBE concept; double PBL mode; blended teaching; course design; teaching reform

基金項目：上海交通大学教学发展基金项目“基于OBE理念的ACTMT课程混合式教学改革与实践研究”（CTLD21J0026）、“混合式教学模式下学生学习机制与效果评价研究”（CTLD22J0014）

第一作者简介：徐锦泱（1987-），男，汉族，江苏泰州人，工学博士，副教授，博士研究生导师。研究方向为先进制造技术。

当前，随着信息技术的快速发展，线上线下混合式教学在全国各大高校获得了广泛的应用，现已发展成为我国高等教育的主流教学模式[1-2]。为提高混合式教学质量和学生学习自主性，OBE（Outcome-Based Education）理念和双PBL（即Problem-Based Learning和Project-Based Learning）模式应运而生并在混合式课程设计与教学实践中获得青睐[3-4]。OBE理念又称为成果导向教育理念或结果导向教育理念，其强调以“学生为中心、成果为导向”的教育模式，要求教学活动实现由“内容为本”向“学生为本”的根本转变，教育活动由“教师中心”向“学生中心”的转移。该理念关注学生最后所取得的学习成果，因此要求课程教学目标要更明确，教学内容更现实，教学方法更系统，考核方式更灵活[5-9]。OBE作为一种普实的教育理念，已在高等教育课程教学设计、体系建设、人才培养等方面取得了显著成效。如邓夕胜等[8]应用OBE理念将混凝土与砌体结构设计课程教学目标项目化，构建了以项目驱动的全过程、多元化的考核模式，结果表明：该方法能够显著地调动学生的学习主动性，并极大地提升了课程教学质量。王毓玮等[10]基于OBE理念，以弹性波动力学为例，紧扣预期学习成果产出，建立了该课程完善的教学评价体系，结果表明：OBE理念的正确使用能够有效地提升课程的授课质量。

双PBL法强调基于问题导入的学习模式和项目式教学模式的有机结合，要求教学过程中以工程项目问题为核心规划学习内容，让学生围绕某一复杂的、多场景的、基于实际问题的项目进行问题的提出、讨论和学习的过程，进而培养其自主学习和应用专业知识解决实际问题的能力。双PBL的核心是以项目问题为中心，以项目实施为主体，教师则是过程引导者和结果评估者[11-12]。其与OBE理念的有机结合，将有望提高学生学习的目标性与主动性及应用专业知识解决实际问题的能力。

本文基于OBE理念和双PBL模式，对所授本硕博贯通专业课程——Advanced Composites and Their Manufacturing Techniques进行教学设计与实践，旨在通过OBE理念与双PBL模式的结合应用，为高校混合式课程教学改革提供可借鉴的经验与方法。

一  学情分析与现存问题

Advanced Composites and Their Manufacturing Techniques（以下简称“本课程”）（3学分/48学时）是一门面向机械类、能动类本硕博贯通专业课程。课程涉及大量的机械、力学、高分子化学领域的专业词汇，对学生专业英文听说读写能力要求较高，同时课程综合性较强，与当前先进工程材料开发制造紧密结合，对学生灵活应用专业知识解决实际工程问题的要求较高。课程选课学生来自不同学历层次和专业，大部分学生具备了课程所需的材料力学、制造技术基础等专业知识，但少部分同学基础较薄弱，且学生的英文水平参差不齐。学生的选课动机很明确，动手实践意愿很强，但是他们的工程能力与实践能力普遍较弱，亟待提高。

目前，本课程在教学过程中主要存在如下痛点问题亟待解决。

（一）  课程理论知识多易枯燥，实践环节少，学生主动学习意识淡薄，师生互动少

课程涉及大量的力学分析、数学计算与理论推导，缺乏有效的实践教学的载体和实施方法，学生普遍感觉知识点学习枯燥，积极性难以调动，且处于被动接受一方，缺乏主动性与主角性，同时课堂上师生交流互动环节少。

（二）  学生专业水平参差不齐，英文听课理解差，综合能力培养和高阶思维锻炼不足

本课程学生组成复杂，涉及跨专业、不同背景和不同学历层次的生源，学生个体内部的专业水平差异性导致英文授课效果不佳，且课程涉及大量跨专业高级词汇，学生理解课程能力不足，部分学生出现厌学情绪。

（三）  传统课程考核模式过于单一，无法综合评价学生在混合式教学模式下的学习效果

传统的“平时成绩+考试成绩”的考核方式无法满足对学生学习全过程的考核需求，不能准确考察学生对知识点的掌握情况及灵活应用理论知识解决实际问题的能力。

二  混合式课程教学设计

本课程首先应用OBE理念对课程教学内容、教学目标与考核方式进行优化设计，重点突出以“学生为中心、成果为导向”的授课理念。OBE强调以学生为出发点的知识学习、能力培养与价值引领。为此对课程教学目标按照知识目标、能力目标和价值目标进行划分，制定了的教学目标及对应的关键教学环节，见表1。

其中课程目标1属于知识目标，重点让学生掌握复合材料的基本定义、概念、分类和内涵及其在工业领域的应用，其教学环节涉及授课、小组讨论、课外作业和实践调研；课程目标2同属于知识目标，重点让学生掌握复合材料的一般制备工艺与成型原理，其教学环节涉及授課、小组讨论、课外作业和实践调研；课程目标3和4亦属于知识目标，要求学生掌握复合材料各向异性弹性力学知识及复合材料切削加工机理与分层损伤抑制策略，其教学环节涉及授课、案例分析、课外作业等；课程目标5—7属于能力目标，其教学环节涉及授课、案例分析、建模仿真、大作业等；课程目标8和9属于价值目标，重点培养学生感知复合材料的多样性、先进性与功能性以及培养其勇攀高峰、热爱科学、争做大国工匠的精神，其教学环节主要包括课堂讨论、实践调研、大作业和答辩。通过以上课程目标的细化及相应的教学环节设计，重点实现以“学生为中心、目标培养为导向”的育人理念，进而达到“知识-能力-价值”全面提升的教学效果。

此外，基于OBE理念构建了本课程全过程、多元化考核方案，见表2。该考核体系从学生学习参与度、知识体系构建与应用能力、素质拓展及综合考核方面评价学生的学习效果，力求将考核贯穿于教学的全过程，促使学生逐步转变为学习的主体，达到对学生学习客观评价的目的。学习参与度主要考察学生在课程学习全过程的参与程度，是评价学生从被动学习到主动学习的重要指标，其通过自主学习质量测试、课堂学习效果测试、课后作业、项目大作业完成情况来进行全面考核。知识体系构建与应用能力主要考核学生对课程知识点的掌握与应用水平，涉及应用案例分析、力学建模与仿真、项目大作业等评价方面。

项目大作业要求学生就选取的复合材料典型工程应用案例问题，完成结构设计、受力分析、有限元建模仿真与加工机理分析等，并将设计成果进行PPT汇报，同学和教师对成果进行讨论。大作业的设置主要以实际工程案例为基础让学生巩固课程教学内容，灵活应用课程所学知识解决实际工程问题。素质拓展重点考查学生终身学习的能力，以复合材料工程应用案例为切入点，让学生就某个热点研究问题进行深入探讨，学生在完成任务过程中主动利用学校的各种资源查阅相关科技文献，并完成汇报、讨论与质疑环节。学生完成这些工作，就必须在研究中学习，逐步掌握发现问题、制定研究目标和研究内容、确定研究技术路线等科研能力，逐步培养其科研兴趣。最后，通过项目口头答辩与评审的方式培养学生的英文表达能力，并实现知识的综合应用与素质拓展。最后的综合考核则重点考察学生掌握本门课程专业知识与理论的程度。此外，将表2所列考核方式与表1所构建的课程授课目标结合起来，可对本课程目标考核环节进行归纳与统计，获得如图1所示的针对课程9大教学目标的考核明细。由图1可见，本课程教学目标考核主要包括作业（占30%）、讨论（占10%）、答辩（占30%）和考试（占30%），其既包含过程化考核内容，亦包含终结性考核内容，故可全面地对学生的学习效果进行综合化评价，并同时实现了考核指标的多元化。

基于双PBL模式，让工程问题驱动学习和项目式教学贯穿课程授课全过程，并结合课程教学内容和目标按照“课前、课堂、课后”三阶段贯通进行教学设计，构建如图2所示的混合式教学模式，强化课程项目实施的全过程化，凸显新工科产学研融合的课程设计理念与高阶思维锻炼，培养学生工程实践能力和解决实际问题的能力，进而提高课程教学质量。

（一）  课前阶段：自主学习+项目引入+文献调研+在线测验

课前首先建立CANVAS线上课程平台，并对学生进行混合式教学培训，创建课程学生名单及访问权限。学生在CANVAS平台注册，进入平台进行课程学习，课程开始之前通过课程介绍、教学计划、教学内容等，对所学知识进行系统了解，课程介绍模块起到了先行组织者的作用，让学生对整门课程有一个全面的认识，在心中对新知识建立概念，促使有意义学习的产生。

同时，在每次课前将下次课的导学视频、导学专业词汇、导学文献和课件PPT等素材上传至课程CANVAS平台，供学生线上自主学习使用。基于新工科理念，应用双PBL法构建“以产业需求为导向、学科交叉融合”的项目式教学模式并贯穿课程授课全过程。开课前首先与课程合作企业共同确定若干复合材料应用案例问题，其问题素材包含科研项目问题和工程应用案例问题，课前安排学生组队选题，并以小组形式进行任务分工，开展文献调研、实施方案制定、建模仿真分析及加工制作等活动，其项目实施过程贯穿课程教学全过程，进而强化学生高效掌握课程知识和应用专业知识解决实际问题的能力。此外，每次课前安排学生以小组形式就某一知识点开展文献调研，制作演讲PPT，准备课堂上交流汇报的素材。最后，课前安排一定量的线上测验题，考察学生自主学习时的知识点掌握情况，进而为课堂讲授内容设计提供指导。

（二）  课堂阶段：案例讲授+成果引入+课堂思政+项目研讨+课堂测验

课堂中应用问题引导式教学方式对课程单元中的重难点内容进行讲解，并结合课前学生测验完成情况，有针对性地对学生自主学习时未掌握的知识点进行剖析与阐述，积极将团队最新科研成果融入教学案例中，助力高阶课堂教学，培养学生高阶思维能力，同时积极引入课程思政元素（表3），帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观，培养其勇于创新、敢为人先的科学精神。针对课前学生线上测验错题和某些工程案例，合理安排小组讨论与汇报，提高学生自主学习的积极性；同时，不定期地安排各小组就课前选定的项目问题，进行进展汇报与交流，并安排助教根据每次汇报小组互评与小组成绩，折算每位学生的项目汇报成绩；此外，授课过程中就某些知识点进行随机提问，考察学生课堂学习效果并提高课堂的活跃性。授课快结束时，安排5～10分钟的随堂测验，重点考察学生本次课学习目标的达成情况。

（三）  课后阶段：课后测验+大作业+实践调研+问卷反馈

课后通过每次课的复习测验题、课后作业、总结语音等方式来巩固学生对知识点的掌握及促进课程目标的达成。根据课程项目实施进展阶段，合理安排课外合作企业实践调研活动和建模仿真实验，强化学生应用课程专业知识解决实际问题的能力，并推动课程项目的顺利实施。同时，安排一定量的课程大作业，让学生以小组形式就某一复合材料工程应用案例进行调研分析，以提高学生应用专业知识解决实际问题的能力。最后，通过课后的问卷调研来收集学生对本次课的教学反馈，为课程教学方式与模式的动态调整提供指导。

三  課程改革评价与成效

（一）  教改评价

通过线上线下混合式教学模式的实施，学生学习参与度与积极性显著提高，学生对课程知识点的梳理、归纳能力明显提升，学生的素质拓展能力明显提高，学生掌握的英文专业词汇量急剧上升且英文听说读写能力得到大幅提高。课程在听课学生中获得一致好评，学生普遍认为基于OBE理念和双PBL模式的混合式教学方式使得其学习积极性更高，师生互动更频繁，更能较好地掌握学习目标。如图3所示，在25份有效调查问卷中，92%的学生认为混合式教学激发了其学习积极性和主动性，且大部分同学对混合式教学的学习效果表示满意，其中88%的学生愿意参加到混合式教学课程中，92%的学生认为混合式教学对自己的学习有帮助。

（二）  教改成效

1  新工科理念+“项目式”教学显著提高学生学习主动性和积极性

基于新工科理念和PBL模式的实施，让课程项目制作贯穿学生学习的全过程，变传统灌输式、被动式学习为主动学习，让每位学生积极参与到应用课程专业知识解决实际问题的过程中来，学生的参与度得到显著提高。此外，基于OBE理念将课程内容、教学目标与考核方式进行优化设计，构建了以“学生为中心、成果为导向”的授课策略及线上线下充分融合的混合式教学模式，使得学生能够充分理解各个教学环节的目的，学生的积极性明显调动起来，学生参与热情较高，学习主动性增强，对知识的巩固与应用得到明显的锻炼，学生完成课程学习目标后，普遍感到学习更加有目的性。

2  OBE理念让教学反馈更加及时，教学质量显著提高

应用OBE理念对课程教学内容、教学目标与考核方式进行了细化，并构建了包含过程性和终结性评价指标的混合式教学效果多元化评价体系，使得学生在“课前-课堂-课后”教学活动的各个阶段，都要完成预定的目标考核，进而使得教师能够及时、准确地掌握学生各阶段的学习状态，清楚学生学习中遇到的困难，进而能及时调整教学方法，解决教学中遇到的实际问题，使教学质量得到不断提升。

3  “科研+教学”模式促进学生高阶思维锻炼和科研能力培养

通过“科研+教学”模式在课堂授课过程中积极引入本团队在复合材料加工中的最新科研成果，让学生了解最新的学术前沿，并在掌握课堂知识的基础之上能力能够得到进一步的升华和进阶，促进新旧知识的融合，进一步加深其对课程知识点的理解，促进其高阶思维锻炼并培养其对科学研究的兴趣。通过与上一年度比较，本年度学生的课后作业完成质量明显提高，平均达到了A-级别。

4  “问题驱动+项目式”双PBL教学模式促进学生综合素质拓展能力提升

基于双PBL问题引导与项目式教学模式的实施，学生通过专题讨论、实践调研、项目制作及答辩汇报等环节的训练，其查阅文献、加工文献的能力、英文沟通与表达能力、应用理论知识解决实际工程问题的能力得到极大的提升，学生的综合素质提升明显，教学效果显著。本学期混合式教学模式下学生的最终课程成绩与上一届传统教学模式下学生成绩相比有明显提升，且高分（大于等于90分）学生比例也远高于传统教学班级。

四  结束语

本文针对混合式教学过程中的痛点问题，以所授本硕博贯通专业课程为例，开展了基于OBE理念和双PBL模式的混合式课程设计与实践，构建了以问题驱动和项目式教学相结合的混合式授课策略，形成了包含过程性和终结性评价指标的混合式教学模式下学生学习效果多元化评价体系，并显著提高了学生的学习积极性和教学质量，其课改教学特色主要体现在如下几方面。

1）基于OBE理念，完成了课程教学内容、教学目标和考核指标的优化设计，构建了包含过程性评价指标和终结性评价指标的混合式教学模式下学生学习效果多元化评价体系。

2）结合新工科理念，课程讲授中积极引入神舟十五号载人飞船、C919国产大飞机等大国重器中先进复合材料应用与开发等思政元素，帮助学生塑造正确的世界观、人生观与价值观，实现价值引领和培养爱国主义。

3）“科研+教学”模式助力高阶课堂教学，通过将本团队在复合材料加工中的最新研究成果引入课堂教学，提高了学生高阶学习能力及对科研的兴趣。

4）基于双PBL模式，提出以“工程问题导入+案例讲授+实践调研+项目式制作”四位一体的混合式强化学习过程，强调课程知识与实际应用场景的有机结合，强化了学生应用课程理论知识解决实际工程问题的能力。

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