基于工程教育核心理念的數字電子技術教學模式研究

張志毅 楊同忠

摘? 要：基于工程教育認證的核心理念，文章從課程支撐的能力指標點的確定，課程內容的整合和優化，到課程多種教學方式、教學活動的設計等方面，研究了課程教學模式的設計和實現思路。對不同層次的教學內容和不同的教學目標，提出采用不同的評價方法對學生學習效果進行評價以實現教學的持續改進，由此促進教學目標的實現和學生實際能力、素質的提升。文中結合所教的“數字電子技術基礎”課程進行了說明。

關鍵詞：成果導向;學生中心;教學模式

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）04-0106-04

Abstract： This paper carries out research into the design and implementation of the teaching mode based on the core concepts of engineering education accreditation from several aspects as follows： the determination of the ability indexes the course sustained， the integration and optimization of the course contents， the teaching methods and the design of the teaching activities. For different levels of the course contents with different instructional objectives this paper also proposes different reasonable methods to evaluate the students' learning behavior and learning results in order to promote the constant improvement of teaching and to improve the qualities and abilities of the students as well as guarantee the realization of the teaching goals. This paper describes the methods of implementing in details by taking the example of the digital electronic technology course.

Keywords： outcome-oriented; student-centered; teaching mode

引言

工程教育認證的核心理念是：以學生為中心，成果導向，持續改進[1]。高等院校的工科院系要通過工程教育專業認證，需要依照工程教育專業認證標準，在專業培養目標定位、學生培養方案確定、課程體系設置、課程大綱編寫、課程教學模式探索、課程評價體系更新等方面進行一系列改革。

一個教育理念再先進、培養目標定位再準確、課程體系設計再科學，課程教學理念和模式如果不變，所有的其它改變也只能算“化妝和打扮”，工程教育的效果不會產生實質的改變。改到深處是教學，改到難處是教學[2]，轉變課程教學理念和模式是工程教育專業認證關鍵的核心部分。

一、課程教學模式進行改革的必然性

目前我國高等院校的工程教育多數仍采用以學科知識體系為導向、以教師為主體的課程體系和教學模式，學生被動接受教師的知識灌輸，并多以期末課程閉卷考試成績作為培養質量的主要評價依據[3]。這種培養模式導致的問題是，學生對自己在畢業時所應具備的能力和素質不太清楚，通過某門課程的學習，學生自己具體在哪些方面能力得到了提升，還存在哪些問題和不足，通過目前的培養模式也無法全面反映。

工程教育認證的核心理念之一是成果導向或目標導向。工程認證要求認證專業對學生有明確的培養目標和畢業要求，也即有明確定義的“學生的學習成果”。培養目標和畢業要求必須對日常的各種教學活動起導向作用，并要有利于每個承擔教學任務的人明確責任。對畢業要求與培養目標達成度的評價必須分解為對學生整個學習過程中的全程跟蹤與進程式評估。

課程教學要符合工程教育認證的要求，教學中要落實成果導向的理念，就必須以學生的最終學習成果為指導來開展教學活動，課程教學目標的確定、教學內容的選擇、教學設計和實施方法、教學評價等均要以學生的學習成果為導向，要求重視學生在課程學習歷程結束后獲得的真正能力，強調學生最終學到了什么，能做什么[4]。課程教學評價為了要與學習成果相呼應，并有利于教學效果和學習效果的持續改進也必須采用多元化的考核和評估方式[5]，由上可知，面向工程教育認證的教育和目前的傳統教育比起來，可以說是一種教育范式的不同，要滿足工程教育認證要求，課程教學模式的改革勢在必行。

二、基于工程教育認證核心理念的教學模式設計

符合工程教育認證標準的工程教育教學設計應該是，校院首先根據行業需求、社會背景以及本專業自身積累的專業特色，確定本專業的培養目標，然后圍繞培養目標，結合工程教育專業認證對畢業生的12點能力要求及自身的專業特色，確定本專業畢業要求分解后的指標點，課程體系的設置以滿足畢業要求的指標點為根本[6]。學院課程體系構建起來之后，各課程教學模式的設計和實施關系到課程教學能否實現對畢業要求能力指標的支撐，需要各課程緊密圍繞需要它支撐的能力指標點，以學生為中心，以學習成果為導向進行教學模式的設計，主要涉及以下幾個方面的內容。

（一）以學習成果為導向確定課程教學目標

在工程教育認證標準下，院系課程體系中設置的每一門課程都是為了實現對畢業要求相應能力指標點的支撐。實現課程對不同的畢業要求能力指標點的支撐即應該是該課程的教學目標。確定課程支撐的畢業要求能力指標點以后，課程的教學目標、教學內容、教學活動設計以及課程考核都必須圍繞這些指標點進行持續改進。

（二）將教學內容與課程支撐的能力指標點對應

明確的教學目標對學生學習成果的獲得有重要的指引作用。對一門課程來說，不同章節的課程內容有不同的內涵和不同的教學要求，要求學生掌握的熟練程度也不一樣，一般來說，不同的課程章節對應了不同的教學目標。為了將課程目標真正落到實處，可以將課程內容進行優化和組合，使優化和組合后的每個課程模塊對應一個明確的教學目標，以此來提高課程培養目標的達成度。

（三）以學生為中心設計教學活動

以學生為中心是工程教育認證的核心理念之一[4]。以學生為中心的教學模式強調學生在教學過程中的主體地位，學生角色不應再是知識的被動接受者，而應該是主動學習者和學科知識的積極探索者;教師的角色不應再是知識的傳授者和控制者，而應是教學過程的參與者、引導者和推動者。

以學生為中心的課程教學不應再局限于教室、教材和教師，要考慮在時間、空間和內容上的開放性，要考慮向網絡資源，開放的精品課程、實驗室、圖書館和課后學生自主學習時間的延伸。總之，以學生為中心的教學模式必須強調發揮學生在教學中的自主性、能動性和創造性，要時時考慮如何激發學生迫切的學習愿望、強烈的學習動機和認真的學習態度。

落實到課程教學上，要實現學生知識、素質和能力的綜合提升，必需配合教學內容的整合、優化，在課程相應教學模塊和教學內容的教學活動設計和實施中切實體現以學生為中心的教學理念并加以實施。

三、面向工程認證的“數字電子技術基礎”教學模式設計

（一）課程教學目標和能力指標點的確定

從電子信息與電氣工程類專業的補充標準看，“數字電子技術基礎”課程是此類專業的工程基礎知識課程，對畢業生的能力支撐有重要貢獻，在認證中具有重要的分量。以作者所在的武漢大學為例，按照武漢大學關于研究型創新本科人才的培養要求，根據武漢大學電氣與自動化學院的畢業要求及相應的課程體系，結合本課程和學生的實際情況，可以確定“數字電子技術基礎”課程的總體教學目標是關注學生的知識、能力和素質三個方面。

知識上要求學生掌握數字電子技術方面的基本概念、基礎知識、電子系統的基本分析方法和設計原理。

能力上要求學生具備分析和設計實際數字電路和系統的能力，能“靈活地”、“創造性地”應用數字電子技術的知識解決實際的電氣與自動化系統的復雜工程問題。

素質上要求學生具備創新思維和國際視野，具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應科技發展的能力，能及時跟蹤電子技術學科前沿的進展，能夠在多學科背景的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。

由此確定，“數字電子技術基礎”課程支撐的畢業要求能力指標點包括：①工程知識：使學生掌握用于解決復雜電氣與自動化工程問題所需的數字電子技術基礎知識，以及相關的數字系統設計原理與技術知識;②問題分析：使學生能夠對復雜電氣與自動化工程問題中所涉及的電子系統進行系統功能分析;③設計/開發解決方案：使學生在設計針對復雜電氣與自動化工程問題的解決方案時，對相關的電子系統能進行方案設計、評價和選擇并在此過程中體現創新思維;④個人和團隊：能夠在團隊中有效的發揮成員或領導的作用。⑤終身學習：表現出自我學習的能力和成效。

（二）教學內容與課程的能力指標點的對應

1. 知識體系模塊化和課程內容層次化

為了將課程教學目標落到實處，需要把課程教學目標和課程的教學內容建立對應關系，為此，根據“數字電子技術基礎”課程在專業中的作用及課程標準，將課程的知識體系進行整合，優化為如表1所示的幾個模塊。

在知識體系模塊化之后，根據課程內容內涵的不同可以劃分為3個層次：（1）基本概念和基礎知識，涉及的內容為模塊1。這部分是數字電子技術的基礎，對課程后續內容的學習起重要的“地基”作用。（2）核心和提高性知識層次，涉及的內容有模塊2、3。這部分內容是該課程的核心，是數字電子基礎知識的綜合運用和典型基礎應用，對學生數字電子技術課程學習的好壞起關鍵作用。（3）擴展性后續層次，模塊4、5、6可以歸入這個層次。這部分內容可以認為是“數字電子技術基礎”課程的擴展和外延，模塊4將數字電子技術理論和工程實踐的典型聯系部分地體現了出來，模塊5、6是課程涉及的前沿性內容，用來拓展學生視野，使“數字電子技術基礎”課程的教學跟上現代科技的發展，為學生以后的實際科研或工作打下一定的基礎。

2. 將課程內容和支撐的能力指標點對應

課程內容和支撐的能力指標點的對應關系如表1所示。

（三）以學生為中心成果為導向的教學活動設計

在“數字電子技術基礎”課程教學中，教學內容和所對應的教學活動及相應要實現的教學目標如下。

1. 基礎和核心知識采用以教師為主導的主講式教學活動，可以采用的輔助教學方式有啟發式、討論式、翻轉課堂等，教學目標是引導學生正確認識、理解、掌握電子技術的基礎知識，電子系統的基本分析方法和設計原理，基本對應于本課程支撐的畢業要求能力指標點①、②。

在教學活動實施過程中要注意整理出這部分內容中學生認為理論性強、難懂的內容，使學生對重、難點有清楚的認識，扎實的掌握，為后續內容的學習打下堅實的基礎。在教學中要注意改變教師滿堂灌的授課模式，要調動學生的學習興趣和積極性，使學生由被動學習向主動學習轉變。

2. 提高知識層次作為核心知識的綜合運用，通過項目驅動型的研究式教學活動來實施。教學目標在于，增強學生的工程意識和實踐能力，養成學生之間協調分工、團隊合作、互助互利的精神，實現對學生獨立自學和思考、自由探索和創新研究等能力的培養，對應于本課程支撐的畢業要求能力指標點②、③、④。

具體的教學實施方式是，把相關的教學內容組合成不同的項目（如用數字電子仿真軟件實現數字電子鐘、數字搶答器、簡易數字頻率計等），并把完成項目的任務發放給課程學習小組（課程開始初期組合），由組長對項目進行合理分解：如所選項目需要實現哪些功能，包含哪幾個模塊，項目涉及的關鍵問題，用什么仿真工具或軟件實現等，并由組長安排組員完成。項目的完成過程是學生研究和探索學習的過程，在此過程中學生要利用圖書館和網上資源收集資料，要進行電路的總體設計和單元電路的設計，要熟悉元件的功能和使用，要進行單元電路的仿真波形調試，要進行單元電路的互連，要進行總體電路的仿真測試和調試，要編寫和完善所有的項目文檔和報告等等，這些過程是一般的數字電子理論課堂教學里所涉及不到的。

在這種教學活動中，教師的角色定位只是一個引導者和答疑者，講授時間較少，在課堂教學環節中引入較多演示環節，利用Multisim軟件豐富的虛擬儀表功能對一些典型電子電路進行仿真和演示，使學生對項目相關知識點有直觀的初步認識，這部分內容主要要求學習小組在課堂外實現。

學習小組成員通力合作完成這些小型電子系統的過程，可以培養學生進行問題分析及創造性設計/開發系統的能力，有利于實現學生對教學內容的深層次分析和深化理解，可以提高對課程內容的理解和掌握。通過給學生營造便于獨立思考、可以自由探索、鼓勵創新研究的學習環境，可以增強學生的工程意識和實踐能力，對實現學生獨立自學和思考、自由探索和創新研究等能力的培養有極大的作用。

3. 對擴展性后續層次，主要采用導學、自學相結合，課上、課下相結合，配合對應的知識檢測的教學方式。教學目標在于，培養學生具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力，基本對應于本課程支撐的畢業要求能力指標點④、⑤。

教學實施方法是，先由教師提出自學要求和學法指導，學生可以自學教材，也可以利用網絡資源，開放的精品課程等資源、先進行指定內容的課下學習，然后課上分組討論交流、練習鞏固，最后通過相關對應內容知識檢測檢查學生的掌握程度，對共同的難點、疑點問題、關鍵性原理問題，教師進行引導性授課。

對這部分內容，我們提出讓學生使用思維導圖進行學習內容的整理和凝練。

思維導圖（Mind Mapping）是由英國著名心理學家、教育家Tony Buzan依據人腦思維放射性特點于二十世紀70年代初提出的一種可視化思維方法，是一種應用于記憶、學習、思考等的有效思維模式，是大腦放射性思維的外部表現，是一種將思維圖像化的技巧，也是將知識結構圖像化的過程[7]。

將思維導圖用于擴展性后續層次的教學，具體的教學活動過程如下：第一步，教師明確教學主題、學習目標，布置學習任務。第二步，課下利用各種資源，小組成員根據學習主題自學相關內容制作個人的思維導圖，列出導圖的主要分支和基本概念分類，小組內部討論，相互補充、重構和修訂，完成學習小組的思維導圖。第三步，小組思維導圖作品展示。以小組為單位，每個小組一名代表，負責課上PPT的演示和講解。第四步，知識檢測（針對自學內容的測驗），以小組為單位答題、評分。第五步，教師進行引導性授課，對教學主題中共同的疑點、難點，關鍵性原理問題進行講授，綜合大家的意見，得到自學主題的最終思維導圖。如教材第9章波形的產生和變換，可以得到如圖1所示的思維導圖。

在上述的教學活動中，學生處于教學主題的主體地位，發揮主體作用，在教學目標的指引下進行自學、討論、釋疑、內容凝練、練習，達成教學目標。

四、能力導向的課程考核方式設置

一門課程在工程教育認證體系中可能會支撐畢業要求的多個能力指標點，所以課程的考核系統也必須對該門課程所承載的所有畢業要求指標點進行全覆蓋以促進學生相應能力、技能和素質的達成。課程支撐的多個能力指標點，涉及了對學生的多方面能力的培養要求，如團隊協作、創新思維、終身學習、溝通和協作等，因而在工程教育認證的背景下，課程的考核應采用以多種能力考核為目標的考核方式，對學生的課程考核應從注重理論知識掌握的單一的課程終結性考核中走出來，由于能力的形成具有漸進性的特點，為促進能力的養成，學生的學習過程也應納入課程的考核系統，應注重從課堂內外的多個角度和過程來進行課程的考核，也即課程的考核應兼用過程性的考核方式。

針對上述對課程考核的要求，“數字電子技術基礎”課程采用的考核方式如下。

1. 對基礎和核心知識，主要側重于支持畢業要求能力的指標點①、②，所以考核也側重于工程知識方面的考核，考核學生對課程基本概念、基本內容的掌握，考核學生的基本學習能力和應變能力，用閉卷考試、平時測驗共同進行成績評定，閉卷試題包含涉及面廣泛的概念記憶、判斷、選擇、分析簡答和計算能力等多種題型。

2. 對提高知識層次，主要側重于支持前述畢業要求能力的指標點②、③、④，是偏重于學生能力和素質的培養，考核不設閉卷考試，采用過程性的考核方式，引入評分量規Rubric作為評價工具評價得出每個學生這部分的綜合分數。

3. 對拓展知識層次主要側重于支持畢業要求能力指標點④、⑤目標的達成。根據小組思維導圖的完成情況和對應部分的知識測驗得到小組的綜合分數，小組思維導圖的完成情況的評定也采用評分量規作為評價工具得出每個學生的綜合分數。

評分量規作為一種評分工具，可以描述對考核目標的明確期望，學生通過對評分指標的描述，可以知道自己是否符合標準，也可以清楚地知道自己的表現水平和努力方向。對教師，通過評分量規可以看到學生的進步和遇到的困難，依此作為后續教學持續改進的依據。

五、結束語

加快課程教學改革，轉變課程教學模式是工程教育專業認證關鍵的核心部分。要符合工程教育認證的要求，課程的課堂教學就要由原來的學科知識導向向學習成果導向轉變，由教師中心向學生中心轉變，由質量監控向教學的持續改進轉變。本文圍繞工程教育專業認證的理念，以本人所講授的“數字電子技術基礎”課程為例探討了課程教學模式改革的思路與實現方法，希望借此文與廣大工程教育工作者學習和交流。

參考文獻：

[1]李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014（17）：7-10.

[2]浩歌.改到深處是教學[J].中國高等教育，2009（01）：01.

[3]丁曉紅，李郝林，錢煒.基于成果導向的機械工程創新人才培養模式[J].高等工程教育研究，2017（01）：119-122.

[4]李志義.解析工程教育認證的學生中心理念[J].中國高等教育，2014（21）：19-22.

[5]金國華，劉劍橋，等.單片機課程設計考核評價體系的構建[J].電氣電子教學學報，2016，38（5）：4-6.

[6]胡慧，吳勇峰.專業認證背景下電氣工程專業課程體系建設探索與實踐[J].科教導刊，2016（04）：45-46.

[7]李杰，葉冬.思維導圖在數字電子技術課程教學中的應用[J].信息通信，2015（12）：275-276.