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基于OBE的测试技术课程进程式评价和实践
摘 要：人才培养往往存在注重教师“教”而忽视学生“学”的成效,对学生能力评价手段单一,综合检查手段不足等问题.本文通过期中、期末考试及多次测验、课程项目设计等,构成“多回路”闭环控制系统,变终结性评价为进程式评价,利于学生能力达成,保障人才培养质量.
关键词：OBE；进程式；监控
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）30-0141-03
面向成效的教育模式（Outcomes-based Education,缩写为OBE）最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革[1].美国学者斯派帝撰写的《基于产出的教育模式：争议与答案》一书中对此模式进行了深入研究.该书把OBE定义为“清晰地聚焦和组织教育系统,使之围绕确保学生在未来生活中获得实质性成功的经验”.西澳大利亚教育部门把OBE定义为：“基于实现学生特定学习产出的教育过程.教育结构和课程被视为手段而非目的.如果它们无法为培养学生特定能力做出贡献,它们就要被重建.学生产出驱动教育系统运行.”[2]工程教育专业认证是目前工科人才培养的一个重要导向,其面向成效的教育取向、以学生为中心的教育理念和持续改进的质量文化引领当前工程教育改革[3-6].对于一门课程来说,落实面向成效教学模式的最基本也是最核心的是以学生为中心,教学内容根据学生的期望而设计,对学生学习过程采用进程式评估方式,保证学生能力的达成.当前,大多数课程采用的以教师为中心的教学方式,且大多采用仅有期末考试的考核模式,造成教师在教学过程中难以掌握学生的学习状况,学生也难以清楚自己的学习成效,致使学习不深入、知识掌握欠扎实、成绩难以真实反映学生的学习情况.因此,深入研究面向成效的教学模式,以进程式评估方式促进课程教学改革是有重要意义的.
一、构建测控课程体系,建设优质课程资源
现代机械设备已不是一个单纯的机械产品,而是由机电液一体化的集成产品,测试和控制技术的发展对机械制造模式产生了深刻的影响,同时,现代机械制造模式也对测试和控制技术提出了更高的要求.测试和控制是密不可分的,在基础理论部分,共同涉及物理系统建模、时频域分析等,在实现阶段又是相互牵制,测试是控制的必要环节,而控制中的稳定性等概念又指导测试.以往把课程分割开来讲授,多有重复,学生学习不连贯.通过多年实践整合,依托20多年的教学积累,紧扣机械工程对学生知识、能力需求的变化,课程组不断调整机械工程测试与控制技术知识传授体系,优化课程教学内容结构,构筑了全新的“机械工程测试与控制技术”课程新体系,提出了“测控系统基本理论+数学描述+性能分析+系统设计”多层次、系统化的课程体系.明确与“控制工程”课程的关系、内容相互衔接等,出版了讲义《机械工程测试与控制技术》.关于《机械工程测试与控制技术》的“测试技术”部分,近10多年参与建设了国家级实验教学示范中心“东南大学机电综合工程训练中心”,主编了《测试技术》（高等教育出版社出版）一书,并入选国家“十五”、“十一五”和“十二五”规划教材；针对本课程教学内容难以理解、电信号难以想象、密切联系实际等特点,课程组与东北大学联合承担并完成了教育部新世纪网络课程“机械工程测试技术”的建设,完成“机械工程测试与控制技术”网络课程的建设,为学生提供了多方位、立体化学习资源,并于2006年获批国家精品课程“机械工程测试与控制技术”.
二、以OBE为导向,加强课程内涵建设
针对讲授的“机械工程测试与控制技术II”这门32学时的课程,综合考虑课程已有基础、实施条件及项目实施时间等,着重进行课程的进程式评估方面的改革.近几年主要工作如下：
1.建设国家级精品资源共享课.“机械工程测试与控制技术”在2006年获批为国家精品课程后,于2013年被列为国家级精品资源共享课建设项目,通过进一步改进授课录像质量,补充课程案例、增设项目设计等基于OBE理念的内容,于2016年获批为国家级精品资源共享课称号.
2.出版十二五规划教材《测试技术》.在该书的修订过程中,为了体现OBE理念,在国内首创增加了课程项目设计内容,期望学生通过3个逐成递进的项目设计培养学生的自学能力、实验动手能力、分析问题与解决问题能力,以及写作能力.同时,在国内首创给出了实验指导原则,明确了本课程实验的最基本要求.给出了4个基本实验要求：（1）传感器特性实验；（2）测试仪器动态特性测定实验；（3 ）动态信号检测及其分析实验；（4 ）应变、应力的测量.由于实验和实验设备密切相关,各学校的实验设备不尽相同,为保证课程的教学效果给出了本课程的指导性实验建议.各学校可以根据情况增加实验项目和实验内容,以进一步拓宽学生的知识面、增强学生的动手能力和分析解决问题的能力.该书于2016年8月由高等教育出版社正式出版,为国家级“十二五”规划教材.
3.基于OBE的课程建设.（1）进一步明确本课程的培养目标及与专业培养能力的关系；本课程主要讲解机械工程动态测试中常用的传感器、信号调理电路及记录仪器的工作原理,测量装置基本特性的评价方法,测试信号的分析与处理,以及常见物理量的测量方法等.根据科学技术的发展以及对工程教育理念的深入了解,进一步明确课程目标与专业培养学生能力的关系,明确课程的定位,便于更好落实与实施.该课程大纲被学校作为模板在2015级培养计划中推广.
（2）通过专题研讨、项目设计等形式,实现课程教学中理论与实践的结合、课内与课外的结合.提升了学生对本课程的学习兴趣,同时增强了学生的动手能力.（3）改进课程考核方式,探索少学时（32学时）课程的多方位、多模式考核方法,使老师和学生能够根据进程了解学生学习情况,实现进程式评估.创建了课程“多回路”闭环监控体系,强化多种形式的阶段性评价,及时掌握“教”与“学”信息,改进教学提高课程教学目标达成度（图2）.具体如下：（1）改一卷定终身式考核模式,增加期中考试（课外学时）及随堂测验.（2）增加研讨型、案例型学时比例.（3）增加探究性学习环节（课外学时）,在现有项目设计基础上,改进并增设多个项目设计,根据授课进程不同阶段进行不同的项目设计,增加相关知识点的学习与掌握.（4）增加学生论文写作环节,根据项目设计内容的实施情况要求学生根据科研论文要求撰写论文,锻炼学生发现问题、解决问题以及分析总结能力.
项目设计案例：在机械测试与控制技术II中,增加探究性学习环节（课外学时）,增设多个项目设计,围绕课程讲授的动态信号采集、分析与处理的基本原理与方法进行,通过信号仿真、声或振动信号的采集与深入分析,使得学生加深对本课程的理解与掌握.具体包括以下三个部分内容：
1.信号仿真、采集与分析处理,熟悉信号的采样及分析过程.要求学生分析讨论：（1）设置不同的采样频率,画出时域波形和傅里叶变换后的幅频谱图,并验证采样定理；（2 ）分析采样频率、采样长度（采样点数）与频率分辨率的关系；（3 ）不同幅值的噪声（即不同信噪比）对信号时域分析和频域分析的影响；（4 ）信号加不同窗函数对频谱泄漏的影响；（5 ）整周期采样对频谱分析的影响.
2.语音信号采集、分析,通过实际采集信号对本课程有更好的直观感觉和理解,并学习语音辨别方法.要求学生用计算机采集语音信号,并讨论：（1）了解APE、MP3、WMA等音频格式文件的采样频率及其对音质的影响；（2）对于人的讲话声音采样频率至少为多少？（3）不同人讲话声音的时域、频域分别有什么特点？根据你的分析,对声音信号通过怎样的分析可以用来识别某个人？（4）要使他人不易识别你的讲话声音,该怎么处理？
3. 实际机器振动、噪声信号的分析及故障诊断,所学知识直接应用在工业现场.要求学生分析讨论：（1）如何设定采样频率和采样点数,给出频谱分辨率；（2）进一步掌握整周期采样的机理及其实现方法；（3）了解旋转机械常见故障及其诊断方法；（4 ） 拓展信号分析处理方法,如：频谱细化、希尔伯特包络谱分析、经验模式分解、小波变换等.
这种“理论加仿真—实采语音分析—工业现场应用”模式有效增加了学生的学习兴趣,提高了学习效率和学习成效.并且,增加学生论文写作环节,根据项目设计内容的实施情况要求学生根据科研论文要求撰写论文,锻炼学生发现问题、解决问题以及分析总结能力.
在基于OBE理念下课程进程式考核逐步推广实施,取得一定成效.近2年课程的成绩分布见如下表2.
由上表课件,课程的成绩分布较为合理,较好地实现了进程式考核目标.学生反馈：“02011414锁*：本次项目设计以本学期的测试技术课程为背景,针对信号的采集、分析与处理进行实验.首先进行动态信号仿真、采集与分析处理,其次是基于计算机的声音信号的采集与分析,最后是机械运行数据分析与处理.本次项目设计立足于课本,旨在解决一些生产实践中的问题.这三个项目设计步步深入,越来越接近于生产实践.在实验中运用了测试技术课程的相关知识,借助优秀的数值计算软件Matlab,基于傅里叶变换对采集信号进行处理分析.通过本次实践应当了解不同类型声音信号的时域、频域特征及初步辨识方法,分析转子实验台运行数据,给出检修意见.”
三、结论
基于以成果为导向OBE建设了课程,经过2年多的实践,本项目取得如下经验：
1. 通过实施基于OBE理念的进程式考核模式,探索了少课时课程（32学时）实施多种方式、多方位考核学生能力的方式方法,实现进程式评估.
2.通过增设课程项目设计环节,提高学生综合运用所学知识进行设计、测控、分析、总结等的能力,学会分析问题、解决问题.
测试技术论文范文结:
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3、农村新技术杂志
4、现造技术论文