基于OBE理念的電子技術(shù)實踐教學改革

王 波， 王美玲， 劉 偉， 金 英， 肖 烜

(北京理工大學 自動化學院，北京 100081)

0 引 言

“華盛頓協(xié)議”是工程教育本科專業(yè)認證的國際互認協(xié)議，旨在通過工程教育本科專業(yè)認證保證工程教育質(zhì)量，為工程師資格國際互認奠定基礎(chǔ)，2016年我國成為“華盛頓協(xié)議”正式成員國[1]。加入“華盛頓協(xié)議”有利于促進我國工程教育按照國際標準培養(yǎng)人才，提高工程教育的質(zhì)量，對我國工程技術(shù)領(lǐng)域人才走向世界具有重要意義。

電子技術(shù)課程包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，是電氣、自動化、信息類等相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課之一，具有很強的實踐性[2-4]。加強電子技術(shù)實踐教學，培養(yǎng)學生的實踐能力與創(chuàng)新精神，是理工科大學生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。近年來，電子技術(shù)實踐教學的重要性已經(jīng)得到高等院校的廣泛認同[5-7]。如何結(jié)合工程教育專業(yè)認證的要求將大學生的畢業(yè)要求融入到電子技術(shù)實踐教學中，提高實踐教學的質(zhì)量就顯得十分必要。

1 傳統(tǒng)實踐教學中存在的問題

工程教育專業(yè)認證的核心理念是以學生為中心、目標導向和持續(xù)改進[8]。實踐教學是工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)出目標達成度評價最直觀的體現(xiàn)。目前的電子技術(shù)實踐教學中存在的主要問題體現(xiàn)在如下幾個方面：

(1) 實驗教學的目標仍然以驗證理論知識和掌握實驗技能為主；

(2) 實驗教學過程中“教師講學生做”，忽視了學生的主體性和能動性；

(3) 課程設(shè)計缺乏與工程實際相結(jié)合，難以實現(xiàn)綜合性的工程實踐訓練，導致學生缺乏工程實踐能力[9]；

(4) 不同課程之間相對獨立，整個實踐教學體系缺乏系統(tǒng)性，使得學生所學專業(yè)知識片段化[10]。

2 OBE教育理念

20世紀80～90年代早期,一種基于成果導向的教育模式(Outcomes-Based Education，OBE)出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革。OBE是以預期學習所達到的目標為中心來組織、實施和評價教育的結(jié)構(gòu)模式，實施OBE教育模式主要有4個步驟：定義學習成果(Defining)、實現(xiàn)學習成果(Realizing)、評估學習成果(Assessing)和使用學習成果(Using)[11-13]。該教育模式采用“自頂向下”的“反向設(shè)計”方式，通過預先設(shè)定的培養(yǎng)目標，反向設(shè)計支撐該目標的課程體系和培養(yǎng)方式，并針對培養(yǎng)目標整合優(yōu)化課程體系和教學過程。基于OBE理念的課程的設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 基于OBE理念課程的設(shè)計流程

3 基于OBE的分層次、遞進式實踐教學改革

OBE的教育理念強調(diào)知識、能力、素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。知識是基礎(chǔ)，能力和素質(zhì)是知識追求的目標，能力是知識外化的表現(xiàn)，素質(zhì)是知識內(nèi)化的結(jié)果[14]。基于OBE理念的電子技術(shù)實踐教學改革的指導思想為以學生為中心，以工程實踐項目為載體，以學生知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)為導向，構(gòu)建多層次、遞進式的實踐教學體系。電子技術(shù)實踐教學體系的設(shè)計見表1。

表1 多層次遞進式電子技術(shù)實踐教學體系

3.1 以工程問題為導向的基礎(chǔ)驗證型教學

按照電子產(chǎn)品的認知規(guī)律，在大學一年級開設(shè)基礎(chǔ)驗證型層次的課程電子工藝實習課程。在電子工藝實習的教學過程中，設(shè)計工程問題為導向的實驗內(nèi)容，使學生明確所學習的理論知識和實驗技能如何應(yīng)用在實際工程中。例如將典型實用的工業(yè)產(chǎn)品機器貓、八路搶答器等引入到電子工藝實習的教學內(nèi)容，結(jié)合產(chǎn)品的設(shè)計與制作，讓學生完成電路的設(shè)計、焊接和調(diào)試等一系列的工業(yè)產(chǎn)品制作過程，同時讓學生使用常用儀器設(shè)備進行電路測試，運用EDA軟件進行電路設(shè)計，從而保證學生接受工程實踐的基本訓練。在基礎(chǔ)驗證型教學層次強調(diào)知識的培養(yǎng)。

3.2 以工程任務(wù)為導向的綜合設(shè)計型教學

綜合設(shè)計型實驗是在基礎(chǔ)驗證型實驗基礎(chǔ)上的發(fā)展，其實驗內(nèi)容的設(shè)計具有更高的廣度和深度。在大學二年級開設(shè)綜合設(shè)計型層次的課程模擬電子技術(shù)實驗和數(shù)字電子技術(shù)實驗兩門課程。在電子技術(shù)實驗的教學過程中，設(shè)計工程任務(wù)為導向的實驗內(nèi)容，并且采用任務(wù)驅(qū)動教學法。例如在數(shù)字電子技術(shù)實驗中采用工程任務(wù)數(shù)字式秒表的設(shè)計作為實驗內(nèi)容，其整體實現(xiàn)方案如圖2所示[15]。在教學過程中將數(shù)字式秒表分成3個不同的模塊進行設(shè)計，分別為模塊1—節(jié)拍脈沖發(fā)生器，模塊2—100 Hz基準脈沖源，模塊3—計數(shù)和顯示。學生在前期完成三個模塊的實驗之后再進行整個數(shù)字式秒表的設(shè)計與調(diào)試。在綜合設(shè)計型教學層次強調(diào)實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

圖2 數(shù)字式秒表的原理框圖

3.3 以工程項目為導向的創(chuàng)新研究型教學

創(chuàng)新研究型實驗是在綜合設(shè)計型實驗之后的提升。在大學三年級開設(shè)創(chuàng)新研究型層次的課程電子技術(shù)課程設(shè)計。在電子技術(shù)課程設(shè)計的教學過程中，采用CDIO(Conceive/構(gòu)思-Design/設(shè)計-Implement/實施-Operate/運作)的工程教育理念[16-17]。以工程項目為載體，從項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行4個過程來培養(yǎng)學生的工程實踐能力，同時把與工程實際密切相關(guān)的創(chuàng)新意識、自學能力、經(jīng)濟因素、團隊合作、總結(jié)與表達等因素的綜合素質(zhì)教育貫穿于課程設(shè)計的教學活動中。例如，電子技術(shù)課程設(shè)計題目—浮點頻率計的設(shè)計在教學過程中分為課題分析和方案論證，方案設(shè)計，方案實現(xiàn)和總結(jié)及成果展示4個階段來進行教學，分別對應(yīng)CDIO教育理念中項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行4個過程。①課題分析和方案論證階段，學生首先以團隊合作的形式根據(jù)浮點頻率計的設(shè)計要求，對各種不同的解決方案進行討論交流及可行性分析，并進行成本預算，選擇最優(yōu)設(shè)計方案。主要培養(yǎng)學生的團隊合作能力、工程系統(tǒng)能力及自主創(chuàng)新能力。②方案設(shè)計階段，學生用軟件仿真的方法來設(shè)計具體電路。主要培養(yǎng)學生的單元電路設(shè)計能力、仿真分析能力及系統(tǒng)整體設(shè)計能力。③方案實現(xiàn)階段，學生采用通用的集成邏輯器件實現(xiàn)設(shè)計的電路。主要培養(yǎng)學生的常用儀器儀表使用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力，同時讓學生對工程中的經(jīng)濟、安全等因素有所了解。④總結(jié)及成果展示階段，由團隊介紹并演示實現(xiàn)的浮點頻率計，并要提交課題的研究報告。在運行階段主要培養(yǎng)學生的知識的綜合運用能力、語言表達能力和寫作能力。在創(chuàng)新研究型教學層次強調(diào)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

3.4 教學質(zhì)量監(jiān)督與評價機制

完善的實驗教學質(zhì)量監(jiān)督與考評機制是有效保證實驗教學活動高質(zhì)量和高效率運行的重要手段。電子技術(shù)實驗教學評價體系如圖3所示。自動化學院成立由教學院長、專業(yè)責任教授、實驗中心主任和教學經(jīng)驗豐富的教授組成督導組，對承擔實驗教學任務(wù)的教師進行督查，監(jiān)督實驗教學各個階段的教學效果，及時糾正實驗教學過程出現(xiàn)的各種問題。學院設(shè)有教學指導委員會，聘請學科責任教授、骨干教師及相關(guān)企業(yè)人員擔任教學指導委員會委員，定期召開教學指導委員會會議，對實驗教學中出現(xiàn)的問題給出指導性意見，推動實驗教學的質(zhì)量提升。實驗課程的教學質(zhì)量管理由課程所屬的教學團隊負責，教學團隊負責人針對從事實驗教學的每一位老師進行教學指導，建立實驗教師的準入機制和淘汰機制。學院還通過社會問卷、企業(yè)走訪、在校生座談、畢業(yè)生反饋等途徑，從校內(nèi)、校外兩個方面及時分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)實驗教學實施過程中存在的問題，持續(xù)改進電子技術(shù)實踐教學。

4 結(jié) 語

根據(jù)工程教育專業(yè)認證的核心理念，電子技術(shù)實踐教學以知識、能力、素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展為導向，以基礎(chǔ)到創(chuàng)新的實驗教學規(guī)律為主線，以工程實踐項目為載體，構(gòu)建了多層次、遞進式的實踐教學體系。學生的實踐動手能力和綜合素質(zhì)都有了較大的提高，在全國大學生電子設(shè)計競賽及其他全國性大賽中均取得了很好的成績，也為我院學生在近幾年全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽(挑戰(zhàn)杯)中取得優(yōu)異的成果奠定了堅實的基礎(chǔ)。

圖3 電子技術(shù)實驗教學評價體系