基于OBE理念的建筑设备自动化课程教学探索_张淼.pdf

教 育 观 察JIAOYU GUANCHA2023 年 6 月第 12 卷 第 16 期基于 OBE 理念的建筑设备自动化课程教学探索张 淼,介 婧(浙江科技学院自动化与电气工程学院,浙江杭州,310023)摘要以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济对工科建设提出了新的人才需求。目前,建筑设备自动化课程教学存在重知识轻能力、教学内容繁杂陈旧、教学模式传统单一、课程考核方式固化问题。基于 OBE 教育理念开展建筑设备自动化课程教学改革,需要反向教学设计,在教学中时刻把握对课程目标的有效支撑;按“基础深化综合”多层次重构教学内容,并引入实际工程案例进行课程教学;以学生为中心,充分利用现代化技术构建线上线下混合教学模式;构建线上和线下融合、形成性评价与总结性评价相结合的多元化课程评价体系。关键词新工科;建筑设备自动化;OBE 理念;教学设计;教学内容;课程评价体系中图分类号G642 文献标志码A 文章编号2095-3712(2023)16-0087-04一、引言为主动应对新一轮科技革命和产业变革,加快培养新兴领域工程科技人才,教育部积极推进高校新工科建设。新工科建设对传统人才培养模式提出了新的挑战,更加强调多学科交叉和跨学科人才培养,更加注重学生创新创业能力培养。1建筑电气与智能化专业是为适应信息化、智能化时代下国家智慧城市和智能建筑发展需要而成立的新工科专业,涉及电气工程、控制科学与工程、土木工程、计算机等多个学科。2-4建筑设备自动化课程是建筑电气与智能化专业本科生必修的专业核心课,在专业人才培养方案中占有重要地位,直接关系到学生科学问题分析和研究能力的培养。该课程以建筑环境与设备为控制目标,基于计算机网络控制技术,讲授建筑设备自动化系统的组成、监控设备与控制原理,培养学生分析和解决建筑电气与智能化领域内实际工程问题的能力。建筑设备自动化课程是一门涉及多个学科的交叉课程,具有较深的自动控制理论和较强的实际应用紧密结合的特点,知识范围广、内容抽象,学生难以在抽象的课程内容和工程实践应用之间建立桥梁,因而缺少学习兴趣和动力,影响学习效果。传统的教学设计、课程内容、教学模式已经无法适应新时代新工科人才培养需求。因此,在新工科背景下,建筑设备自动化课程需要进行教学改革与优化,使其更加突出创新型、多元化、交叉融合等特点。OBE(outcome-based education)理念坚持以学生为中心,成果为导向,以最终目标为起点,反向进行课程设计,开展教学活动,更加注重目标导向、以学生为中心和持续改进。5-6随着新时代高等教育人才观、质量观的转变,OBE 理念逐渐改变传统教育中的学科导向、以教师为中心和质量监控观念,成为新工科教育改革的方向。7因此,本文按照新工科教育需求,从教学设计、教学内容、教学模式和课程考核四个方面探索基于OBE 理念的建筑设备自动化课程教学改革方案,培养学生分析和解决建筑电气与智能化领域内实际工程问题的能力,突出新工科背景下多元化、创新型人才培养需求。二、课程教学现状(一)课程教学重知识、轻能力教学设计偏重学科需要,对本专业的毕业要求指标点的支撑不够明确。5学生的学习方式大多为机械记忆,难以将抽象的理论知识与工程实践应用结合起来,自主学习、知识迁移难度大,实践创新、解决问题的能力薄弱。(二)教学内容繁杂陈旧教学内容知识点多、知识范围广、抽象难理解、工程性强,系统组成及监控原理阐述比较抽象8,学生对其并未真正理解,为应付考试,只能死记硬背。课程内容涉及的实际工程案例较少,课程实验与理论知识相对分立,学生难以融会贯通。课程内容的高阶性和挑战度不够。(三)教学模式传统单一课堂教学仍然采用“教师演示学生练习”的传统教学方式,教学模式单一,学生被动学习、缺少积极性,师生互动不足,课堂效率低。教师单纯采用78收稿日期2023-03-14基金项目2022 年度浙江省线上线下混合式一流本科课程建设“自动控制原理”(浙教办函2022352 号);2022 年度浙江科技学院校级课程思政示范课程“自动控制原理”(2022-ks2)。作者简介张淼,浙江科技学院自动化与电气工程学院,讲师;介婧,浙江科技学院自动化与电气工程学院,教授,硕士生导师。DOI:10.16070/45-1388/g4s.2023.16.023线下教学使课内课外的关注面有限,无法得到实时反馈和给予针对性辅导。教学资源有限,不利于拓展学生的思维,培养学生的创新能力。(四)课堂考核方式固化目前,课程考核方式由期末考试、平时成绩和实验成绩三部分构成,评价方式单一,缺少对学生学习过程的评价,难以激发学生的学习积极性。这种单一的评价方式与基于 OBE 理念确定的多维度课程目标不匹配,难以对学生的综合能力进行评价。7三、基于 OBE 理念反向教学设计浙江科技学院自动化与电气工程学院(以下简称我院)紧跟我国建筑行业发展需求和教育部新工科建设要求,精准定位建筑电气与智能化专业人才培养目标,明确培养从事建筑智能化设计与实施管理、智能装备与系统研发等工作的高素质复合型工程技术人才,并确定该专业的毕业要求。我院综合考虑建筑设备自动化课程特点,首先确定了建筑设备自动化课程所支撑的毕业要求指标点,然后以能力培养为导向,确定该课程的培养目标并重塑教学大纲。表 1 列出了建筑设备自动化课程目标和毕业要求指标点间的关系矩阵。表 1 课程目标和毕业要求指标点间的关系矩阵毕业要求指标点课程目标支撑度2.2 能基于数学、自然科学和工程科学原理,正确表达建筑电气与智能化领域复杂工程问题的数学模型,并对模型性能进行评价课程目标 1:了解各类建筑设备自动化系统的组成及监控设备,掌握各类建筑设备自动化系统的监控原理与控制方法,能够对实际建筑设备自动化系统进行分析研究强支撑2.3 能够应用基本原理并借助文献研究,寻求解决建筑电气与智能化工程问题的多种方案,通过分析比较,理解其局限性,获得有效结论课程目标 2:掌握各类建筑设备自动化系统监控原理图的设计方法,能够运用建筑设备自动化系统的分析和设计方法,对复杂工程背景下的实际问题进行初步设计强支撑3.3 能够进行建筑电气与智能化系统的总体设计,综合运用检测、控制、执行等功能模块实现控制系统集成,并能在设计过程中应用新技术、新方法,体现创新意识课程目标 3:能够通过组态软件进行建筑设备自动化系统的监控方案设计及实验仿真,具备初步解决建筑电气与智能化领域 实 际 工 程 问 题 的能力弱支撑教师在课程教学中以产出为导向反向教学设计,时刻把握对课程目标的有效支撑,设计和开展日常的教学指导活动,培养学生对理论知识的应用能力和创造能力。教师在课程教学中融入智慧城市、未来社区、低碳绿色智能建筑等与课程相关的新兴领域,激发学生的发散思维。教师引导学生建立抽象理论知识和工程实践应用之间的桥梁,提高学生分析和解决实际建筑电气与智能化工程问题的能力,从而更好地达成学习目标。教师在教学过程中针对建筑设备自动化课程目标设计合理有效的考核方式及课程目标达成评价标准。四、基于 OBE 理念重构教学内容新工科建设关注学生创新实践能力的养成,而OBE 理念要求学生通过具有挑战性的任务,掌握理论知识并应用于实际工程问题。8因此,建筑设备自动化课程基于 OBE 理念对教学内容进行了相应调整。教师应按“基础深化综合”多层次重构教学内容,并在原有理论性较强的内容基础上引入实际工程案例,以一系列的工程问题为主线,使学生逐渐了解建筑设备自动化系统,并在解决问题的过程中逐渐掌握基本方法,达到学以致用的目的。以“建筑设备自动化系统技术基础”一章为例,该章的知识目标是让学生了解简单控制系统的结构和控制原理,掌握传感器、变送器、控制器及执行器的基础理论。建筑设备自动化中的监控设备主要有传感器、变送器、控制器及执行器,如果教师在课堂教学中单纯介绍每种监控设备的理论知识,学生就会觉得枯燥无味,课堂教学效果就差。教师可以在原有理论内容的基础上进行深化和综合,以采用通断控制的整体式恒温恒湿机组控制器的硬件和软件设计为例,全面讨论简单控制系统的结构和控制原理。教师在授课过程中,首先,从生活中应用较多的空调出发,引导学生讨论“要使一台恒温恒湿空调机组全自动地安全可靠运行,有效保证需要的室内空气参数,应该具备哪些功能”,通过问题分析介绍简单控制系统的结构。其次,教师对恒温恒湿空调机组的控制器、执行器、传感器的选择及其接口电路等工程问题逐一分析,并引导学生讨论恒温恒湿机组的控制、保护、调节逻辑和具体的控制调节算法,在此过程中融入相关基础理论知识的应用。最后,教师指导学生进行现场仿真实验,基于仿真模型模拟恒温恒湿机组在各种工作环境下的运行情况,启发学生“好的控制调节算法很难直接从理论推导计算得到,而是需要理论与实验的结合,经过理论与实验间的多次反复才能够得到”。重构的教学内容既让学生了解简单控制系统的设计,掌握建筑设备自动化系统的技术基础,又培养学生解决实际问题的能力。目前,建筑行业对自动运维管理、节能优化运行、绿色环保可持续的需求日益明确和迫切,与建筑设备自动化相关的算法、电子、通信、软件工程等相关技术不断发展。因此,重构的教学内容要具有先进性,注意承前启后的铺垫、扩展知识的外延、前瞻性的引导和坚实的学术研究基础。基于 OBE 理念重构教学内容,注重让学生“做中学”,使学生从“不会”到“解决一定难度问题”,有效解决知识不足、创新实践能力弱等问题。88五、基于 OBE 理念构建教学模式混合式教学能够发挥线上教学和线下教学两种教学组织形式的优势,提高学生的课堂参与度,把学生的学习引向深度学习。9-10智慧教学平台能够对学生学习的动态数据进行统计、加工和分析,形成即时化的教学评价体系,实现教师和学生全时空的持续沟通,并且提供了丰富多彩的教学资源。根据建筑设备自动化课程目标和课程特点,基于智慧教学平台,我院构建了“引讲做评拓”五步法线上线下混合教学模式,具体实施如下。引:课前阶段,教师将每章节的教学内容分为基础、深化、综合三个层次以后,对基础层次的知识点采用线上教学方式,通过智慧教学平台发布预习内容和预习测试,引导学生自主学习,观看视频、完成测试并提出问题。教师随时查看班级学生预习情况和测试完成情况,并根据预习测试结果进行综合学情分析。讲:课中阶段,教师首先讲解学生在线学习过程中反馈的共性问题。其次,教师对深化层次的知识点采用线上线下混合式教学方式,以实际工程案例为背景导入教学知识点,采用理论精讲、情境教学、探究教学、互动讨论等多样化的教学方法和教学手段,根据难易程度及问题解决的递进性设计一系列的工程问题。最后,教师可以让学生分小组完成组内单元任务,通过讨论解决一系列问题,充分调动学生的注意力和积极性,激发学生的学习兴趣。做:课中阶段,对重点和难点知识,教师在授课时注意反复总结与复习,在线下精讲之后组织学生完成线上平台的限时随堂测验,借助智慧教学平台全面了解所有学生听课效果,让教学活动更加具有针对性。对综合层次的知识点采用线上线下混合教学方式,教师在线下精讲之后现场演示仿真实验,如参数数据如何获取与传输、选择哪种控制调节策略、类似控制方法有哪些差异、有什么改进的措施等,随后让学生分小组进行实操练习和组间对决。教师针对小组问题进行个性化辅导,引导学生独立思考,锻炼学生的工程实践能力。评:课中阶段,针对组内单元任务、组间对决环节,开展教师讲评、学生互评、学生互学等多元化的过程评价。教师根据课堂教学情况随时开启弹幕,活跃课堂气氛,提高学生的课堂参与度和学习热情。课后阶段,教师针对学生课后学习情况布置多元评价和层级任务,并利用智慧教学平台进行线上答疑和个性化辅导,并将此阶段的教学数据作为过程性评价的重要依据。拓:课后阶段,教师根据智慧教学平台统计的教学详情数据,对学生的学习情况进行全面分析,有针对性地布置作业,同时发布与课程前沿相关的拓展资源供学生学习,设置话题引发学生思考讨论,借此拓展学生的思维,培养学生的自主学习能力和实践创新能力。线上线下混合式教学模式实现了课堂与课外相互融合,引导学生从注重考试结果向注重学习过程转变,激发学生学习的积极性和主动性,提高课堂教学效率,有助于实现“以学生为中心”和“以教师为主导”的现代教育理念。六、基于 OBE 理念优化评价体系课程考核是教学过程的重要环节,由于课程目标具有多个维度,课程的考核模式也相应地具有多维性,而线上线下混合式教学模式的引入也必须有多元考核方式的创新做支撑。因此,基于线上线下混合教学模式,我院建筑设备自动化课程构建了线上和线下融合、形成性评价与总结性评价相结合的多元化课程评价机制。形成性评价包括对学生的自主学习、课堂学习和综合实验进行评价。其中,自主学习考核主要起引导学习和测试学生学习效果、基础的作用,由智慧教学平台对线上自学和到课情况进行统计。课堂学习考核主要起到促进学习和评价学习的作用,包括对线上随堂测验、组内单元任务、组间项目竞标、线下作业练习的考核,由教师评价、组内互评、学生自评共同决定。综合实验考核包括预习报告、实验表现和实验报告,评定学生的学习态度、操作能力和学习效果。总结性评价对标建筑设备自动化教学大纲的课堂目标,采用期末考试的方式。教师针对每个教学环节设置合理的考核权重,并借助智慧教学平台及时统计、反馈学生的学习情况和成绩,使得课程评价管理更加数字化、智能化。课程结束后,教师及时进行课程目标达成情况分析,并将其作为课程持续改进的依据。多维化课程考核体系不仅可以考查学生对建筑设备自动化系统的组成、监控设备与控制原理的掌握情况,而且能评价学生将理论知识应用到工程实践中的能力,激发学生学习的自主性和热情,有效促进学生分析与解决问题、团队协作、严谨求实等素养的培养。七、结语本文从新工科建设及社会发展对人才的需求出发,通过分析建筑设备自动化目前课程教学中存在的问题,从教学设计、教学内容、教学模式和课程考核四个方面进行教学改革。基于 OBE 理念反向教学设计、重构教学内容、构建线上线下混合教学模式、构建多维化课程考核体系,可以使学生积极参与到课堂活动中,注重培养学生解决实际问题的能力,培养适应时代需求的新工科应用型人才。实践证明,课程教学改革措施激发了学生学习的积极性和主动性,提高了学生解决建筑电气与智能化领域实际工程问题的能力。参考文献：1 陈军,郑瀚.新工科背景下建筑电气与智能化专业人才培养模式探讨J.装备制造技术,202298(3):240-242,252.2 金红娇,罗时光,齐峰.新工科背景下“自动控制原理”教学改革研究与实践J.无线互联科技,2022(6):163-164.3 吴凤波,祁亚运.基于 OBE 理念的钢筋混凝土结构设计课程考核模式的改革探讨J.科教资讯,2022(24):157-160.4 张振峰,刘泽华,谢东,等.基于工程教育认证的建筑电气与智能化专业课程体系建设的探索J.创新创业理论研究与实践,2022(17):1-3.5 施永清,王向阳.基于 OBE 理念的食品物流学线上线下教学改革J.大学教育,2021(11):153-155.6 万明,刘砚秋,刘允.程序设计类课程建设的三维教学模式研究与探索J.科技视界,2022(29):148-150.7 张丽,介婧,朱文.基于 OBE-CDIO 理念的自动控制原理课程教学改革探索与实践J.高教学刊,2021(36):128-131.8 张广丽.建筑设备自动化课程建设探讨J.高等建筑教育,2016(4):100-103.9 邱庆龄.后疫情时代建筑设备系统自动化课程教学的 SWOT 分析研究J.科教导刊,2021(28):131-133.10 姚鹏,闫四海,任静,等.基于线上线下混合式教学模式的探究:以“模拟电子技术”为例J.教育教学论坛,2021(47):79-82.(上接第 86 页)全过程、多元化、多维度融入课程思政类素质评价:理想信念、职业精神、工匠精神、职业素养知识水平测试表现岗位任务完成情况,小组合作分享等教师评价教师评价、学生互评考勤技能水平职业素养智慧职教+成绩汇总企业导师评价观看微课、动画视频,学习课件等课前企业岗位业务拓展,科研创新情况等学生出勤成绩云平台云平台云平台教师评价课前自测课中自测课后自测课后课中学生学做创图 2 考核评价体系模式有助于学生在课堂上进行知识与技能的习得,信息化系统平台让课堂教学的效率得到了提高。教学效果显示,学生更好地掌握了生态修复工程技术课程理论知识,达成了知识目标;能够在创设真实生产情境下完成生产任务,达成了技能目标;团队沟通和协作能力普遍得到了提高,劳动意识和职业素养普遍得到了增强,达成了素质目标。通过本模式学习,学生的学习成绩有所提升,学习效果显著,逐步成为“懂原理、能操作、会反思”的复合型技术技能人才。通过探索与实践形成的高职生态修复工程技术课程“教学做创”一体化教学模式,激发了学生的学习兴趣,拓展了学生的学习深度,增强了学生的专业能力,提升了学生的职业素养。五、结语传统的课程教学不够重视理实一体化,其教学内容与企业公司现实需求脱节,缺乏学习实用性。“教学做创”一体化教学符合高职现代教育理念,其以项目任务为桥梁,将企业实际工作技能融入教学过程,极大地增强了课程教学效果,潜移默化地增强了学生的职业能力。参考文献：1 赵伟.陶行知“教学做合一”思想对新时代劳动教育的启示J.东北师大学报(哲学社会科学版),2021(5):157-164.2 王开群.一体化教学模式在中职课程教学中的应用研究D.贵阳:贵州师范大学,2022:31.3 施鑫煜,方明.基于超星网络教学平台的混合式教学实践:以数控加工工艺与编程课程为例J.轻工科技,2020(4):160-161,186.4赵志群,海尔伯特罗什.职业教育行动导向的教学M.北京:清华大学出版社,2016:10.5李向东,卢双盈.职业教育学新编M.3 版.北京:高等教育出版社,2005:185.6 王凤辉,赵辉.高职教育“教学做创”一体化教学模式的构建J.开封大学学报,2019(3):54-57.7 金启东.试论职业教育教学改革当代理念J.职教论坛,2007(10):10-12.09