基于OBE理念的自动化专业软件类课程群教学改革探索

陈丹丹 张秀宇 刘玉秋 韩晓菊 祝国强

摘要自动化是国家现代化水平的重要标志，在国家智能制造和“双碳”目标背景下，自动化专业人才的需求日益紧迫。特别是人工智能、大数据等新一代信息技术与自动化的高度融合，使得软件能力成为自动化人才的核心竞争力。文章从自动化专业软件类课程群的建设入手，以OBE理念为指导，积极探索自动化专业人才程序设计能力培养的新模式。

关键词 OBE理念；自动化专业；软件类课程群；教学改革

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.023

自动化是工业、农业、国防和科技现代化的重要标志。自动化专业学科跨度大，适应面广，在国家智能制造和“双碳”目标背景下，社会对自动化专业人才的需求日益紧迫[1]。此外，人工智能、大数据等新一代信息技术与自动化的高度融合，使得软件能力成为自动化人才的核心竞争力[2]。在此大背景下，电力行业向更智能化、高效化方向发展。东北电力大学自动化工程学院（以下简称“我院”）的自动化专业以电力行业为依托，强化自动化专业人才的软件能力，已成为培养高素质复合型的“新工科”人才的战略之举。OBE（OutcomeBasedEducation，成果导向教育），强调学生的主体地位，更注重对学生能力的培养。本文基于OBE理念，从自动化专业软件类课程群的建设入手，推进软件类课程的教学改革，积极探索自动化专业人才程序设计能力培养的新模式。

1国内外软件类课程的现状及存在的问题

纵观国内外开设的软件类课程，大多各自为战，缺乏软件类课程体系的全盘考虑，缺少先进的课程体系模式，相关课程前后衔接不紧密，不利于培养学生软件方面系统化的框架设计思想和思维模式。存在的问题主要体现在：①软件类课程授课内容陈旧，不能及时和国外接轨。②软件类课程授课方式落后，大多重视软件理论或技术，轻实践与创新，缺乏针对软件系统设计思想的培养。③考试方式落伍、模式单一，考核标准多以知识考核为主，缺乏对学生能力达成度的评价体系，不利于激发学生的学习兴趣和动力，对学习效果的监测和反馈不及时。④培养体系中对核心能力的培养不突出，无法体现OBE强调能力本位的内涵，不能有效培养学生适应未来不确定性的能力。⑤理论脱离实际，缺少具有明确应用背景的具体案例，导致学生使用软件解决问题的工程软件设计及使用能力不足，无法满足培养高素质复合型的“新工科”人才的需要[3]。

2自动化专业软件类课程群教学改革思路

2.1确定课程群的能力成果，修订教学大纲

传统的教学大纲强调学习内容，OBE理念更侧重能力成果。因此，软件类课程群教学改革的首要任务，是在传统课程大纲中增加学习该课程后要具备的能力成果。这就需要根据专业人才培养方案，了解本专业人才培养目标、毕业要求，确定课程群中各课程的学习教学目标和能力目标，建立课程群与毕业要求的支撑关系矩阵。修订教学大纲的过程中要注重梳理教学内容与预期学习成效、制订合理的课程目标达成度评价标准，为顺利开展教学活动，提高教学质量提供有力保障。必要时，可根据实际情况，打破以教材为依据的传统[5]。同时，要善于挖掘课程中包含的思政元素，将国家荣誉、家国情怀、工匠精神等元素有机融入教学大纲中，达到“润物细无声”的效果。

2.2分析培养对象的特点，确定能力培养模式

本科培养方案共四年8个学期，不同阶段培养对象的特点也不同。因此对于学生软件能力的培养，可以基于程序设计的基本要素，分阶段逐步、有序地增强学生的程序设计及软件开发能力。采用“分而治之”的思想，按阶段细致打磨，反复锤炼，更能有效达成能力成果。

2.3选择合理的教学方式，开展任务驱动教学

OBE理念强调落实学生的主体地位，更关注学生学习的输出。软件类课程可以改变以教师输入为主的教学方式，在课上开展任务驱动教学。设置分级能力驱动任务，包括：基础型、验证型、设计型和综合拓展型，分层次逐步提升学生能力。

2.4融合先进的教育技术手段，释放教与学的能量

随着互联网技术的快速发展，学习通、雨课堂等现代教育技术手段应运而生。这些专业的学习平台能够面向智能手机、平板电脑等智能移动终端，将现代教育技术手段融入PPT、微信等教师和学生常用的教学软件和APP中，将传统的课前、课上、课后等环节赋予了全新的体验，最大限度地释放了教与学的能量，真正做到了课堂互动永不下线，能够有效推进课程的教学改革与实践[5]。

2.5引入多元化的评价体系，有效衡量学生能力的达成度

基于OBE理念的教学改革始终围绕学生的学习效果实施，传统的以评价试卷为主的考核方式，已不再适合衡量学生能力目标的达成度。多元化的评价方法包括线上线下学习成果的考核，以及根据学生的不同能力水平，制订个性化的评定标准，不以成绩评判学生，适时地给予激励措施，促使学生自主学习并实现学习成果。同时设计阶段性的考评机制，按学习进程分阶段考核，每一个阶段均是上一阶段的升华，学生在阶段考核过程中能力逐步提升，不断获得阶段性成果的满足感，学习兴趣得到激发，学习效果显着增强，最终达成相应的能力目标。

3自动化专业软件类课程群教学改革的具体措施

3.1构建以“软件技术基础”为核心的自动化专业软件类课程群

软件类课程群的构建并不是几门软件类课程简单的相加性组合，而是要明确各门课程的定位，探寻各课程之间的内在联系，统筹制订教学大纲，整合教学内容。此外，课程群内的各课程目标要相互支撑，从而实现群内课程多维度、多层面的有效融合[6]。

“软件技术基础”课程是我院自动化专业的学科基础课。课程主要讲授线性表、栈和队列、树、图等常用的数据结构，研究数据结构的内在逻辑关系及其在计算机中的存储表示。此外，课程还涉及软件工程概述以及排序、查找等算法设计内容。该课程重点培养学生的算法分析与设计能力，在自动化专业软件类课程群中起着承上启下的重要作用，其向前与“C语言程序设计”衔接，向后为“微型计算机原理及接口技术”“计算机网络技术”等专业主干课奠定基础。因此，课程组在明确了“软件技术基础”的核心地位及群内各课程的能力成果后，将自动化专业软件类课程群分为基础知识类、程序设计与技术类、工程实践类三个类别。其中基础知识类课程包括“C语言程序设计”“大学计算机基础”，程序设计与技术类课程包括“软件技术基础”“微型计算机原理及接口技术”，工程实践类课程包括两门理论课：“计算机网络技术”“虚拟仪器”，以及两个实践环节：“计算机控制系统课程设计”“软件类设计实训”。

3.2设计“4+3+4”程序设计能力培养模式

“4”即构成程序设计的四个基本要素：计算思维、算法设计、程序设计与实现和系统分析能力。“3”即能力培养的三个阶段：启蒙入门阶段，发展提高阶段和开发应用阶段。“4”即四个阶段的培养对象：大一、大二、大三和大四学生。该培养模式将课程群中的核心课程及实践环节按照程序设计的四要素分阶段对培养对象进行能力培养。

启蒙入门阶段以知识积累为主，培养对象为大一新生，主要培养程序设计四要素之计算思维，将软件类课程群中的基础知识类课程纳入该培养阶段。

在发展提高阶段，主要进行程序设计课程的学习，培养对象为大二学生。课程群中程序设计与技术类课程纳入该培养阶段。具体地，在第3学期主要进行课程群中“软件技术基础”课程的学习，在第4学期主要进行“微型计算机原理及接口技术”课程的学习，该课程除了讲授单片机等微机原理基础知识外，还涉及汇编语言及C51语言相关的知识。该阶段重点培养四要素之算法设计及程序设计与实现能力。

在开发应用阶段，主要进行软件开发实践，培养对象为大三、大四学生。该阶段重点培养四要素之系统分析能力，学生在该阶段主要完成群内工程实践类课程的学习与实践。

3.3引入基于OBE理念的“任务驱动”教学方法

OBE理念更注重学生的输出及学习效果。培养方案中的毕业指标是宏观的概念，在课程层面考核学生的学习效果更为具体。“任务驱动”是指对毕业要求指标点进行柔性分配，并将之融入课程群内的具体课程中，设计与之相匹配的有实际应用背景的案例驱动项目。任务驱动分阶段设置，以达到不同层次的能力目标。针对我院实际情况，课程组设计了以智能家居为背景的实际工程案例，以此培养和提高学生的软件设计与开发能力。该任务驱动案例分成三个阶段，第一阶段要达成的能力目标为队列及哈希查找的应用，需在“软件技术基础”课程教学中完成案例驱动；第二阶段要达成的能力目标为智能主机硬件开发，包括最小系统、电源电路、通信电路、时钟电路、掉电存储电路、高频屏蔽以及定时器等应用，需在“微型计算机原理及接口技术”课程教学中完成案例驱动；第三阶段要达成的能力目标为服务器平台软件部署、智能终端、TCP/IP协议的应用、HTTP网络协议与本地服务通信等，需在“计算机网络技术”“虚拟仪器”课程教学中完成案例驱动。

3.4采用“多维度混合式”的现代教学手段

“多维度混合式”是指借助先进教育技术手段多角度、全方位地调动学生的积极性。如：利用雨课堂布置课前预习和课上练习，利用学习通布置课后作业、小测验以及拓展实训项目等。此外，课程组基于C#语言自主开发了在线判题系统，学生可以在课后利用该平台自行练习C/C++编程，该平台可以帮助学生纠正软件设计开发过程中常出现的编译错误、运行超时以及程序输出格式错误等问题。

3.5采用“多元化+阶段性”的考核方式

合理的课程考核方式及评价体系更能有效衡量能力成果。以“软件技术基础”课程为例，新的评价体系分为6个阶段：课前预习、课上练习、课后作业、阶段性测试、讨论小组驱动任务以及期末考试。其中，课前预习和课上练习在雨课堂完成；课后作业在学习通完成；阶段性测试通过在线判题系统完成；讨论小组驱动任务主要是以小组为单位的实训项目编程作业，并在课程结束后一周提交完整的软件代码、项目设计说明书及相关讲解视频。同时，要求小组成员提交对该实训项目的个人工作贡献度，该贡献度将作为阶段性考核成绩的关键参考因素。期末考试的形式为笔答考试或大作业，具体可根据实际情况灵活调整。

4结语

在OBE理念的引领下，课程组构建了以“软件技术基础”为核心的自动化专业软件类课程群，探索了自动化专业人才软件能力培养的新模式。“任务驱动+多维度混合式”的先进教育技术手段，多角度、全方位地调动了学生学习的积极性，对递进式提升学生软件综合能力效果显着。全新的考评体系可动态跟踪每名学生的学习状态，及时反馈学习效果。软件类课程群教学改革将OBE理念贯穿始终，首先明确软件类课程最终要达到的能力成果，反向设计教学方法和考评机制，阶段性地监测学习效果，再根据反馈结果调整教学手段和内容，最终达成预期的能力目标，真正让学生受益。

*通讯作者：陈丹丹

基金项目：2022吉林省高等教育教学改革研究课题“基于OBE理念的自动化专业软件类课程群教学改革与实践”（JLJY202277648960）；东北电力大学教学改革研究课题“基于OBE理念的自动化专业软件类课程群教学改革探索”（JX2133）。

参考文献

[1]胡堃，邓先明.“双碳”目标驱动下电气工程及其自动化专业人才培养模式探究[J].煤炭高等教育，2022，40（2）：128-132.

[2]于微波，杨宏韬，董博.新工科背景下自动化专业人才培养方案研究与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估）， 2021（10）：1-2.

[3]张文会，阎春利，马振江.工程教育专业认证背景下专业课程群建设研究与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（10）：3-5.

[4]张玉艳，韩希昌，高庆忠，等.基于OBE理念的自动化专业人才培养模式改革与实践[J].沈阳工程学院学报（社会科学版）， 2021（3）： 114-118.

[5]学堂在线.学堂在线推出智慧教学工具——雨课堂[EB/OL]. https：//www.tsinghua.edu.cn/info/1176/27603.htm.

[6]李小智，丁长松，刘伟.计算机专业软件类课程群协同育人策略研究[J].计算机时代，2021（11）：94-96.