薛鵬 楊鵬

[摘要]基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向教育（OBE）在工科類教育改革中有著舉足輕重的作用，在工科人才培養(yǎng)中得到國內(nèi)外廣泛認同。推行實驗室開放則是落實此理念的基本條件。依托“互聯(lián)網(wǎng)+”管理平臺建設(shè)，通過線上實時預(yù)約管理、全天候異地指導(dǎo)及實驗項目模塊設(shè)計，不僅解決了實驗室開放“難”的普遍難題，并促進OBE理念沉浸于實驗室開放過程。同時，配套運行機制是實驗室有效開放的保證，特別是構(gòu)建課內(nèi)外有機融合的任務(wù)驅(qū)動式的實驗室開放環(huán)境，以增強工科類實驗室開放內(nèi)涵，最終培育學(xué)生解決工程問題的能力。

[關(guān)鍵詞]產(chǎn)出導(dǎo)向;智能化平臺;任務(wù)驅(qū)動

[中圖分類號]G642.4 [文獻標志碼]A [文章編號]1005-0310（2020）01-0011-06

產(chǎn)出導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）于1981年由美國學(xué)者威廉·斯派蒂（Spady WD）提出，其中“產(chǎn)出”是指學(xué)生在最終學(xué)習(xí)過程后證明自己真正具備的能力[1]。OBE理念以驚人的速度得到了世界多國的廣泛重視和應(yīng)用，已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念[2]。美國工程教育認證協(xié)會（A-BET）也全面接受了OBE理念，并將其貫穿于認證實踐全過程[3-4]。2016年6月，國際工程聯(lián)盟大會接納我國成為《華盛頓協(xié)議》正式成員[5]。中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會是經(jīng)教育部授權(quán)的在中國開展認證工作的唯一合法組織[6]。OBE理念相對于傳統(tǒng)教育而言，其核心在于由外部社會需求決定培養(yǎng)目標，由培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求再到課程體系設(shè)計，具有“反向設(shè)計、正向?qū)嵤钡谋举|(zhì)特點[7]。站在國際視野的大背景下，用OBE理念引領(lǐng)工科類教育改革，以工科類實驗室開放為載體將OBE理念更好地在應(yīng)用型高校落地扎根，具有很強的緊迫性和現(xiàn)實意義。

1 學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向教育之基本理念

1.1 學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向教育精髓

學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向教育的精髓在于清楚聚焦學(xué)習(xí)產(chǎn)出，特別強調(diào)學(xué)生學(xué)到了什么，而非傳統(tǒng)教育的輸人。這一理念對于工程教育培養(yǎng)過程起到“制導(dǎo)”作用。按照《華盛頓協(xié)議》，兩年制和三年制?？品謩e培養(yǎng)學(xué)生解決狹義工程問題和廣義工程問題的能力，本科培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[8]。OBE要求學(xué)生將掌握內(nèi)容的效果，從解決有固定答案問題的能力拓展到解決開放問題的能力。在此基礎(chǔ)上，追求“以學(xué)生為中心”，把學(xué)生放在中心位置，學(xué)生是知識的主動學(xué)習(xí)者、自主建構(gòu)者，注重通過研究和實踐來建構(gòu)知識和發(fā)展知識。最后，OBE主張實現(xiàn)從質(zhì)量監(jiān)控過渡至質(zhì)量的持續(xù)改進，通過解決質(zhì)量問題達到持續(xù)的螺旋式上升循環(huán)[9-10]。

1.2 學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向教育的實施

學(xué)習(xí)產(chǎn)出導(dǎo)向教育的具體實施過程中，首先要建立清晰的學(xué)習(xí)產(chǎn)出藍圖。課程體系要對實現(xiàn)能力結(jié)構(gòu)作出確定的貢獻，以達成頂峰產(chǎn)出——實際應(yīng)用能力。OBE中的“O”特別強調(diào)越接近學(xué)生的真實學(xué)習(xí)經(jīng)驗，越可能持久存在，且兼顧生活的重要內(nèi)容和技能，注重實用性等特征。這充分體現(xiàn)著“激發(fā)探究欲望、培養(yǎng)獨立意識、增強實踐能力”的工科類學(xué)生培養(yǎng)愿景，也從本質(zhì)上凸顯了工科類實驗室開放具有很強的必要性。其次，創(chuàng)設(shè)與之相適應(yīng)的環(huán)境是必不可少的重要條件，為學(xué)生達成預(yù)期產(chǎn)出提供適宜的條件和機會。OBE蘊含了從封閉課堂向開放課堂的轉(zhuǎn)變，破除課內(nèi)與課外邊界;建立對話課堂，偏重過程性評價;考慮學(xué)生差異，在時間和資源上保障每位學(xué)生都有達成學(xué)習(xí)產(chǎn)出的機會等思想，從方法和形式等不同側(cè)面為“如何開放工科類實驗室”提出了確定性要求，每一種具體思想也為我們提供了努力方向和若干條潛在實施路徑。由此，實驗室開放是一道設(shè)計實施路徑的研究命題，更多地從創(chuàng)設(shè)成功環(huán)境的測度上助力每位學(xué)生取得預(yù)期產(chǎn)出。

2 開放實驗室路徑設(shè)計

實驗室開放不僅指通常意義上實驗室時間和空間上的簡單開放，還包含實驗內(nèi)容的開放和實施方法的創(chuàng)新。推行工科類實驗室開放即是在解決“如何將OBE思想落地、怎樣大面積地安全開放、怎樣驅(qū)動更多學(xué)生到實驗室去”等現(xiàn)實問題。以下將以工科類實驗室為例，探討實驗室開放的設(shè)計與實踐過程。

工科類實驗室不同于傳統(tǒng)計算機房，設(shè)備類型繁多，甚至包含部分大型設(shè)備，并涉及大量操作工具和瑣碎耗材，加之實驗教師數(shù)量不足等現(xiàn)狀，這類實驗室的開放一直是難題。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)工科類實驗室智能化管理平臺是破解這一難題的重要載體，是立足現(xiàn)實條件有限的前提下，實驗室開放高效運作的有力支撐。OBE指出要正確處理課內(nèi)與課外之間的關(guān)系及顯性與隱性課程之間的關(guān)系，強調(diào)教學(xué)內(nèi)容由課內(nèi)向課外延伸，與傳統(tǒng)教學(xué)的顯著差異在“課外”“隱性”。其中，“隱性課程”的一種重要載體是第二課堂，第二課堂要與第一課堂一樣得到重視，提升其建設(shè)水平和育人效果。由此，平臺功能設(shè)計重點關(guān)注以下三個部分：

2.1 實時預(yù)約管理

順應(yīng)移動時代“00后”學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，以他們習(xí)慣的方式來進行初始化設(shè)計，更能體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”理念。因此，平臺的基礎(chǔ)即是手機端實時預(yù)約模塊及配套硬件設(shè)備，并為學(xué)生提供自適應(yīng)網(wǎng)頁版與微信小程序兩種移動端預(yù)約方式。參照互聯(lián)網(wǎng)叫車或影院選座的相似操作體驗，學(xué)生先后經(jīng)過“選擇實驗室或?qū)嶒烅椖?，設(shè)定預(yù)約起、終點時刻，鎖定實驗室內(nèi)工位號”等簡要環(huán)節(jié)，即可在校內(nèi)外隨時完成實驗室工位預(yù)約過程（如圖1所示）。

工科類實驗室開放后的安全問題不可忽視，因此，在預(yù)約模塊中多處嵌入了有關(guān)安全的功能設(shè)計。例如，將安全認證答題前置于首次預(yù)約之前，答題涉及設(shè)備使用、觸電等知識考核，學(xué)生通過認證后方可獲得預(yù)約授權(quán);每次進入實驗室之前設(shè)置了現(xiàn)場臉部拍照環(huán)節(jié)，以約束學(xué)生行為及責(zé)任追溯（如圖2所示）。平臺特別設(shè)計了預(yù)約規(guī)則及懲罰，針對爽約、遲到等現(xiàn)象由管理員靈活設(shè)定懲罰基準，平臺將自動收回涉事學(xué)生一定時段的預(yù)約授權(quán)，管理員亦可據(jù)實收回或釋放學(xué)生的預(yù)約授權(quán)。

在配套硬件設(shè)備方面，平臺應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過布設(shè)的電源控制裝置、門禁等裝備實現(xiàn)移動端預(yù)約模塊的聯(lián)動，完成實驗設(shè)備監(jiān)管及開放數(shù)據(jù)的實時采集。需特別指出的是，工科類實驗室本身就涉及自動控制、機械制造等多門類，如果出現(xiàn)同類型的兩間實驗室，建議統(tǒng)籌調(diào)配實驗室資源，走實驗室差異化、實驗資源多樣化的建設(shè)之路。OBE指出，在資源上保障給不同學(xué)生提供不同機會，邏輯前提是首先有豐富的實驗資源供學(xué)生自由選擇。而此處的核心配套硬件設(shè)備——電源控制裝置則不受設(shè)備類型的限定，通過控制每一工位設(shè)備電源的通斷實現(xiàn)實驗室工位的精細化預(yù)約管理，進而完成跨樓宇、跨樓層多形態(tài)實驗室的平臺一體化管理。

2.2 全天候異地指導(dǎo)

從課內(nèi)向課外延伸的第二課堂往往集中于晚間或周末等時段。對照OBE理念提倡的過程性評價，這從時間和課程準備上均向指導(dǎo)教師提出了很高的要求。傳統(tǒng)式的實驗室指導(dǎo)不太可能覆蓋整個實驗室開放時段，構(gòu)建移動端指導(dǎo)模塊則會化解矛盾。首先，該模塊包含實時聚焦任一實驗工位（區(qū)域）以及實驗過程，高清觀看并有選擇性地錄制學(xué)生實驗過程。交替安置的多路攝錄裝備確保各開放實驗室無盲區(qū)。其次，模塊集成了師生雙向音頻交互的特色功能，當(dāng)學(xué)生有問題時，借助實驗室內(nèi)的對講設(shè)備即能直接與教師手機端對話;當(dāng)教師需提供提示和指導(dǎo)時，實時通過手機端講話，經(jīng)由實驗室對講設(shè)備同步播放。在此基礎(chǔ)上，鼓勵指導(dǎo)教師與學(xué)生之間建立微信等社群，與移動端指導(dǎo)模塊形成互補。基于OBE理念的傳統(tǒng)做法與移動端指導(dǎo)模塊的對比如表1所示。

值得一提的是，充分利用移動端的便捷性，教師僅用手機就可以在校內(nèi)外進行全天候異地指導(dǎo)，以此既保證了教師指導(dǎo)的靈活可達性，為師生提供共同參與、互動、互進的適宜環(huán)境，使教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”自然融入第二課堂;又為實驗室安全開放增添了一道屏障，管理員可實時調(diào)閱實驗室學(xué)生的狀態(tài)與行為，發(fā)現(xiàn)問題后可在遠程及時制止。此模塊從多個關(guān)鍵點上應(yīng)答了OBE之落地實施的問題，是工科類實驗室開放的又一特色。

2.3 實驗項目模塊設(shè)計

創(chuàng)造適宜的工科類實驗室開放條件是基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動學(xué)生走進實驗室則是開放的內(nèi)涵。指導(dǎo)教師在實驗課程中布置開放實驗項目并納入課程過程考核將不失為一條可行途徑，逐步形成規(guī)模效應(yīng)。在此，指導(dǎo)教師根據(jù)課程培養(yǎng)目標開設(shè)開放實驗項目是上述邏輯的起點。實驗項目模塊主要完成對實驗項目的線上流程化管理，形成“指導(dǎo)教師申報實驗項目+學(xué)生選擇實驗項目（嵌入至實時預(yù)約過程）+學(xué)生上傳實驗報告+教師評價反饋”的管理閉環(huán)。該模塊使得智能化管理平臺與實驗教學(xué)過程耦合更緊密。每一實驗項目包含實驗?zāi)繕?、實驗層次、主要?nèi)容、操作步驟、所需設(shè)備等基本信息及輔助資料。教師在實驗過程中可以通過手機隨時查閱，用以實時指導(dǎo)，學(xué)生實驗完畢后上傳實驗報告、源程序等成果，由教師評定后反饋。

如圖3所示的流程類似于教師線上申請課程。實驗項目設(shè)有開放時間段或長期開放，管理員可隨時統(tǒng)計某一實驗項目的參與學(xué)生信息、實驗時長等數(shù)據(jù)，以此既能深度了解實驗室開放的客觀情況，又對教師第二課堂建設(shè)形成督促和壓力。經(jīng)一段時期運行，整個平臺將累積一定體量的實驗項目，按體驗性、設(shè)計性、綜合性等分層級以菜單形式供學(xué)生自由選擇，與OBE“以學(xué)生為中心”理念相吻合。長期積累的實驗項目以及學(xué)生實驗成果或作品等是應(yīng)用型大學(xué)的寶貴資源，亦是本文探討實驗室開放內(nèi)涵的應(yīng)有之義。

3 開放實驗室配套運行機制建設(shè)

智能化管理平臺在多個節(jié)點融入了OBE理念，但現(xiàn)實中做好工科類實驗室開放仍需依賴配套管理機制的保障。

3.1 基本制度建設(shè)

建立面向?qū)嶒炇议_放所有環(huán)節(jié)的“管理生態(tài)鏈”，規(guī)范實驗室有序開放，提升開放效果[11]。以“互聯(lián)網(wǎng)+”管理平臺為基礎(chǔ)，建立相關(guān)管理辦法是必要的，旨在教師、學(xué)生、管理員三方形成剛性約束及相互銜接，實現(xiàn)“教師有要求、學(xué)生有任務(wù)、管理有監(jiān)督”的目標。

指導(dǎo)教師是實驗室開放的主導(dǎo)[12]，由此建議明確賦予指導(dǎo)教師通用的職責(zé)任務(wù)（如表2所示）。例如，試行指導(dǎo)教師所授課程大綱滿足課內(nèi)與課外學(xué)時按1：1.5比例設(shè)定，有意將課內(nèi)未完成的實驗延伸至課外，將課程關(guān)鍵節(jié)點的實驗作業(yè)劃轉(zhuǎn)至“隱性課堂”。依托管理平臺推行導(dǎo)師制，強化“每名指導(dǎo)教師帶領(lǐng)若干學(xué)生，每名進入實驗室的學(xué)生要有對應(yīng)的指導(dǎo)教師”的緊密聯(lián)結(jié)關(guān)系。指導(dǎo)教師同時對異地指導(dǎo)、學(xué)生預(yù)約及安全使用等行使履約責(zé)任等。

學(xué)生是使用實驗室空間的主體，因此需要引導(dǎo)并規(guī)范學(xué)生對于管理平臺的全過程使用，以及在安全防護、實驗求助等常見情景下的正確步驟。

管理員是服務(wù)保障的守門人。在保障管理平臺、硬件裝備運行的基礎(chǔ)上，需了解指導(dǎo)教師對實驗資源的需求，按需個性化增配設(shè)備與耗材等。同樣依托平臺，定期梳理指導(dǎo)教師開設(shè)實驗項目數(shù)、指導(dǎo)教師所帶學(xué)生數(shù)、學(xué)生實驗時長等多維度交叉統(tǒng)計，形成對指導(dǎo)教師課程及學(xué)生成績評價的客觀依據(jù)。

3.2 分類分層任務(wù)驅(qū)動的思考

每位學(xué)生個體都是不同的，擴大機會是OBE理念蘊含的一條基本原則。探索分類分層的開放實驗任務(wù)是工科類實驗室開放的內(nèi)涵發(fā)展，逐步實現(xiàn)工科類實驗室在時間、空間、內(nèi)容的全開放，營造“不限形式，只見效果”的實驗氛圍（見圖4）。實驗室建設(shè)也不只是單純購置儀器設(shè)備，需要與學(xué)科發(fā)展有機結(jié)合[13]。實踐中按一般工程類的課型，開放實驗任務(wù)可分為軟件類、硬件類及軟硬結(jié)合類，每一類再細分為初、中、高三個層級，以菜單式的分類分層任務(wù)為學(xué)生提供實驗機會。

1）初階：完成課程所規(guī)定的實驗作業(yè)，偏于驗證性實驗，以達成課程基本要求。本層主要依賴機制從“面上”強制性推進實施。初階的本質(zhì)特征在于覆蓋學(xué)習(xí)課程的全體學(xué)生，而非某一學(xué)生群體甚至個體，這也正是OBE特征的具體體現(xiàn)，即要在時間和資源上保障“每名學(xué)生”都有達成各自頂峰學(xué)習(xí)產(chǎn)出“O”的充足機會。實踐中發(fā)現(xiàn)，初階的開放實驗項目更易形成實驗室開放的規(guī)模效應(yīng)。

2）中階：本層突破了課程本身的邊界，旨在吸引有興趣和學(xué)有余力的學(xué)生，為他們創(chuàng)造更多的選擇機會。實驗項目類型則由驗證性實驗向設(shè)計性、綜合性實驗轉(zhuǎn)變[14-15]。實踐中，一方面從授課班級內(nèi)選拔學(xué)生，即課后完成具有一定挑戰(zhàn)度的實驗任務(wù)或綜合設(shè)計實驗;另一方面以創(chuàng)辦科技競賽、校外賽事預(yù)備賽等形式，從更廣泛的范圍吸引相關(guān)專業(yè)學(xué)生。為形成歸屬感，探索創(chuàng)立側(cè)重不同專業(yè)方向的學(xué)生社團組織，培育穩(wěn)固的參與中階實驗的學(xué)生團隊。

3）高階：本層更充分體現(xiàn)《華盛頓協(xié)議》對復(fù)雜工程問題特征的描述，如必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能解決，不是僅靠常用方法就可以完全解決等。高階實驗項目可從指導(dǎo)教師科研項目、市級或全國學(xué)科競賽等產(chǎn)生。此過程旨在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。實踐中，建議定期就某項具體任務(wù)組成“專組”，吸納相關(guān)專業(yè)學(xué)生甚至跨學(xué)院不同專業(yè)學(xué)生，發(fā)揮各自的專業(yè)特長，鼓勵協(xié)作形成互補，亦為營造專業(yè)交叉創(chuàng)新的實踐環(huán)境鋪路。

以北京聯(lián)合大學(xué)為例，以任務(wù)驅(qū)動的實驗室智能化平臺推行一年多來，從課內(nèi)延伸至課外工程類硬件、軟件及軟硬結(jié)合的分類分層實驗項目近60項。實施后的課外學(xué)生實驗人次顯著提升，從原一學(xué)年不到100人次躍升至逾6000人次;課外更多學(xué)生完成了具有一定展示度的學(xué)習(xí)產(chǎn)出+0;，完成初、中、高階實驗作品70余件。在試點課程的學(xué)生寄語中提到最多的是實驗開放環(huán)境及帶有任務(wù)的獨立實驗經(jīng)歷。

4 結(jié)束語

工科類實驗室開放是一個實踐性強的綜合體，包含技術(shù)應(yīng)用、課程改革、管理機制等多個分支，尤其與專業(yè)教學(xué)密不可分，需要多舉措并行方可能取得成效。在這一過程中，從每一分支挖掘出能夠體現(xiàn)OBE理念的細節(jié)將是工科類實驗室開放過程的努力方向，最終助力基于OBE理念的工科類人才培養(yǎng)。

[參考文獻]

[1]SPADY W D.Choosing outcomes of significance[J].Educational Leadership，1994，151（6）：18-22.

[2]呂帥，朱泓，趙磊.基于成果導(dǎo)向理念的教育改革實踐與探索[J].重慶高教研究，2017，5（2）：101-106.

[3]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)高等工程教育教學(xué)改革[J].高等工程教育研究，2014（2）;29-34.

[4]周洪波，周平，黃賢立.OBE理念下應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方案的構(gòu)建[J].高教學(xué)刊，2018（10）：76-78.

[5]李志義.對我國工程教育專業(yè)認證十年的回顧與反思之一：我們應(yīng)該堅持和強化什么[J].中國大學(xué)教學(xué)，2016（11）：10-16.

[6]中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會秘書處.工程教育認證工作指南[G].北京：中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會，2017.

[7]李志義.成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計[J].中國大學(xué)教學(xué)，2015（3）32-39.

[8]蔣宗禮.培養(yǎng)計算機類專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[M].北京：水利水電出版社，2018：1-2.

[9]PETROVA R，TIBREWAL A，SOBH T M.An electronic web-based assessment system[J].Journal of STEM Education，2006，7（3）：44-57.

[10]金玉潔.基于成果導(dǎo)向理念的本科人才培養(yǎng)體系構(gòu)建與探索[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2018，31（5）;205-208.

[11]尹立蘋.以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，全面推進實驗室開放共享[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015（10）：229-231.

[12]張艷芬，劉中成，耿強，等.新形勢下高校實驗室開放管理與運行機制的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（3）：180-183.

[13]張菊輝，彭斌.地方大學(xué)精品土木工程專業(yè)實驗室建設(shè)探究[J].實驗室研究與探索，2017，37（3）243-246.

[14]潘文嬋.面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗室開放模式研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015，13（3）：146-148.

[15]錢小明.高校實驗室開放管理機制的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（11）40-42.

（責(zé)任編輯 李亞青）

[收稿日期]2019-11-19

[基金項目]北京市教育規(guī)劃重點項目（SZ20161141729），北京聯(lián)合大學(xué)教學(xué)改革項目（JJ2017Z010）。

[作者簡介]薛鵬（1981-），男，北京市人，北京聯(lián)合大學(xué)工科綜合實驗教學(xué)示范中心副主任、高級工程師，碩士，主要研究方向為信息技術(shù)教育。

[通訊作者]楊鵬（1966-），男，四川遂寧人，北京聯(lián)合大學(xué)工科綜合實驗教學(xué)示范中心主任、教授，博士，主要研究方向為教育部工程教育認證等。E-mail：yangpeng@buu.edu.cn