基于OBE-CDIO 模式的《數字電子技術》課程改革研究

韓新風，高海濤

（安徽科技學院電氣與電子工程學院，鳳陽233100）

0 引言

在高校電類專業中《數字電子技術》課程以培養學生的專業素質與實踐能力為目標，但傳統的《數字電子技術》的課程教學卻是以課程的教學內容為目標，二者之間存在明顯的矛盾。為滿足高等教育人才培養的需要，《數字電子技術》課程的改革勢在必行。以成果導向教育（Outcomes-Based Education，OBE）為課程改革的教育理念，借鑒CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式的方法，指導《數字電子技術》的課程改革，恰好與高等教育“以學生為中心”，“以能力培養為目標”人才培養要求是一致的。

1 OBE教育理念、CDIO工程教育模式的核心

OBE 教育理念是以學習者通過學習獲得的能力作為學習者的目標，而非以學習內容為目標，與中國傳統的“授人以魚不如授人以漁”的思想不謀而合。CDIO是一種先進的工程教育模式，也是OBE 教育理念在工程教育領域的落實。CDIO 工程教育模式以培養國際化工程師為目標，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的理論、技術與經驗[1]。CDIO 工程教育的有效實施，能夠極大地提高學生的工程應用能力和創新意識，這對高校中以培養學生實踐和應用能力為主的電子信息類課程教學改革具有重要的現實意義[2-3]。

1.1 OBE教育理念、CDIO工程教育模式的發展歷程

OBE 教育理念最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革。雖然定義繁多，但其共性較為明顯。在OBE 教育系統中，教育者必須對學生畢業時應達到的能力及其水平有清楚的構想，然后尋求設計適宜的教育結構來保證學生達到這些預期目標[4-5]。在人才的培養的過程中強調學生的學習結果，并以此作為反饋教學活動質量的重要因素。自從中國加入華盛頓計劃以來，OBE 理念在中國工程教育改革中得到了廣泛的關注和探討，在相關專業課程的教學改革、教學計劃制定、考核評價改革中都得到了一定的應用[6-10]，非常符合應用型人才培養的目標需求

CDIO 工程教育模式是麻省理工學院等四所大學通過幾年的研究、探索和實踐建立的一種先進的工程教育模式。它以產品從構思、研發、運行到廢棄和再利用的全生命過程為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯系的方式學習和獲取工程能力，包括個人的科學和技術知識、終身學習能力、交流和團隊工作能力和在社會和企業環境下，構建產品、過程和系統的能力。此模式符合工程人才的培養規律，代表先進的教育方法。CDIO 大綱，覆蓋了一個現代工程師應具有的科學和技術知識、能力和素質。

1.2 以OBE教育理念與傳統教育的對比

傳統教育要求教師以知識為導向，要按照規定的時間進度完成課程內容的教學。課堂教學以教師為中心，教師教什么，學生學什么，學生按照教師要求的方式學習，需要學生記憶、理解的知識偏多。成果導向教育以能力為導向，強調學生學到什么和能做什么[2]，重視學生學習產出和能力的提高，鼓勵批判性思考、推理、評論、反饋和行動，以學生為中心。教師綜合具體情景并應用團隊協作和協同方式，來協助學生學習，評價與學習成果相呼應、能力導向、多元評價。成果導向教育與傳統教育的差別不是教學方式或方法的差別，而是教育理念的差別[11]。傳統教育以“授人以魚”為主，課程評價多以“掌握了什么”為標準，而基于OBE 的教育理念更注重的是“授人以漁”，評價多以“能做什么”為標準。

2 《數字電子技術》課程教學改革背景

2.1 課程在專業體系中的地位

《數字電子技術》課程是電類及相關專業，如電子信息工程、電子科學與技術、光電信息科學與工程、電氣工程及其自動化、計算機科學與技術、網絡工程等，最重要的學科基礎課程之一。該課程的教學質量直接影響了專業課程學習的實際效果。以電子科學與技術專業的后續專業課程為例，高頻電子技術、信號與系統、數字信號處理、數字集成電路、通信原理、單片機原理與應用、嵌入式系統等專業課都與《數字電子技術》課程知識聯系緊密。該課程教學質量的提高將有利于為高質量的人才培養奠定堅實的理論和實踐基礎。

2.2 課程教學中遇到的實際問題

目前，《數字電子技術》的教學主要分為理論和實驗兩部分進行，筆者為電子科學與技術專業所承擔的該課程學時安排為42（理論）學時+12（實驗）學時。課程的主要教學知識點為：數制與碼值、邏輯代數基礎、組合邏輯電路分析與設計、觸發器、時序邏輯電路分析與設計、可編程邏輯器件、脈沖信號產生與整形、數模與模數轉換。42 學時的傳統理論教學能將所有知識點講完已經比較困難，課程的重、難點要想講透更是十分困難。筆者所在的課程組其他教師為其他電類相關專業開設的《數字電子技術》課程存在同類型的問題。課程安排的學時數量有限，但課程知識點繁多，且該課程在專業知識體系占有非常重要的地位。學生對該課程的知識點無法學懂、學通，直接影響了后續專業課程的學習，因此該課程的改革勢在必行。

2.3 課程評價體系

傳統的《數字電子技術》的課程評價主要如表1 所示。課堂表現、作業占比20%，但在實際課堂教學時，由于學時數量的限制，課堂主要以教師講授為主，課堂提問、討論的次數并不多，否則會影響教學內容的進度，因此這部分的評價主要是考勤和作業情況。實驗評價部分難度最大的是實驗課表現的評價，有些同學看起來在按要求做實驗，但效果并不好，缺少主動性，考勤和實驗報告部分評價相對比較客觀。因此，課程的評價還是期末試卷的評價為主。

表1 課程原評價體系

因此，當前《數字電子技術》課程改革中，需要解決的首要問題，也是最大問題，即：在有限的教學學時、規定的課程教學內容前提下，如何能夠提高教學質量和教學效果，以確保學生獲得的課程評價真正的與自己在學習過程中的學習投入成正比。激發學生學習的動力，真正做到功夫要用在平時，而不是只靠考試前的死記硬背，為學生學習后續專業課程打下堅實的基礎。

3 OBE-CDIO教育理念在《數字電子技術》課程改革中的應用

3.1 《數字電子技術》的預期學習產出

將CDIO 的能力指標貫穿《數字電子技術》課程教學全過程，改變以章節為依托的教學大綱體系，形成以課程的分解目標為依托，以能力培養為目標。針對不同的能力指標，選擇適宜的教學方式、方法和考核評價方式。例如細化《數字電子技術》課程學習的預期成果與學生獲取的能力，反向設計考核評價方式示意表如表2 所示。學生學習效果具體評價方法參照表3所示。

表2 圍繞課程目標逆向設計考核評價方式樣表

3.2 《數字電子技術》的課程改革的實施方案

（1）課程教學方式、方法的改革

基于超星學習通進行課堂教學方式的改變，為解決課程學時少，內容多，導致課堂教學無法深入學習的問題，筆者將對《數字電子技術》課程基本知識點的講解在備課時錄制成視頻，每個知識點錄制長度約為3-8分鐘的視頻。將視頻學習作為任務點在課前布置給學生，要求在上課前完成基本知識的學習。課堂教學中，基于OBE 教育理念，教師根據課堂的學習目標，對知識進行梳理、總結。然后進行課堂測驗，了解學生學習目標的完成情況。根據學生的測驗的具體情況，進行重、難點剖析。徹底擺脫學生因課程學時少導致的學習效果欠佳的困境。增加過程性評價的比重，引導學生將學習放在平時的學習過程中，而不是平時不學習，等到考試前去死記硬背。部分課程的改革方案如表4所示。

根據OBE 的教育理念，實驗課教學改變原有的教學思路，將實驗結果作為實驗課評價的重要內容。在改革之前，筆者也在每次實驗課結束前檢查實驗結果以督促學生完成實驗。但是由于時間有限，有些學生確實完不成實驗項目。實驗課結束后，學生將該問題置之腦后，無法達到預期的實驗目標。為了有效解決這一問題，筆者改變之前的思路，要求每次實驗課的前15min 請學生將上次實驗課的實驗任務（如果有多個實驗任務，可以任選其一）在實驗箱是搭建完成并實現預期結果。那些在實驗課上沒有完成實驗任務的同學會在課下繼續進行仿真實驗，以實現預期的實驗目標，保證在下次課可以在規定的15min 時間內，完成實驗電路的搭建。這樣既給留出了足夠的時間，又可以完成預期的實驗目標。經筆者的實驗課堂改革后的效果來看：①改革后一個學期內三個班級的實驗課堂教學沒有發生遲到的情況，學生為了給自己贏得更多的搭建電路的時間，大部分學生至少會提前10min 進入實驗室，準備實驗器件、導線等實驗材料。②學生的操作能力有了大幅度提高，以往當堂課檢查實驗結果時，大約70%左右的學生可以完成，但改革后90%以上的學生都可以在15min 時間內完成一個實驗電路的搭建。

表3 學生學習效果評價考核（OBE 學習產出）示意表

表4 部分課程改革實施方案

基于CDIO 工程教育的理念，課程教學改用項目化教學，將課程知識點融于解決項目的過程中，使得學生體會到學有所用，且熟練掌握項目的實現過程。在對應章節開始前，先布置好實踐項目，給學生進行分組，3-5 人/組，要求學生在學習對應知識點的過程中，設計出項目的方案，對應章節學習完后，最終確定項目的解決方案，設計出電路圖，采用Multisim 仿真軟件或者數字電路實驗箱來搭建出電路，進行驗證。

（2）學生主體地位的強化

傳統的課堂教學中，以教師的講授為主，學生聽課過程實際上是完成的基本知識點的記憶、理解等的淺層次學習，由于課程學時限制，深層學習沒有時間開展。課程改革后，原本需要花費大量寶貴時間在課堂上學習完成時間的記憶、理解內容通過制作的知識點短視頻或教學課件等其他形式放在課前預習階段完成，由學生根據自身能力及實際需要進行自主學習，而較為高級的分析、討論、總結、創新等深層次學習則被轉移到課堂時間內進行。教師只是負責引導課堂的總體方向，學生則成為課堂學習的主體。

每章的實踐項目，需要學生課余時間查找資料，閱讀文獻，逐步確定方案，將每章知識點的學習與項目的實現過程結合起來，使得學生達到“因為要用，所以要學！”的主動學習，即實現“做中學”、“學中做”，既激發了學生的學習動力，又提高了學生的實踐能力和操作水平。

在課堂上，學生不再只是被動的聽教師講，而更主要的是思考、討論，開展頭腦風暴，創新。課下完成把課堂上激發的創新思想落實到具體通過項目來。

（3）課程新的評價體系的構建

基于OBE 教育理念，課程以能力培養為目標，增加過程性評價比重，鼓勵學生將精力放在日常的學習中，其中理論課過程性評價占總評價的30%，實驗課評價占比20%，期末考試以考察學生對課程的基本知識點、課程知識點的綜合應用為主占比50%，課程新的評價體系如表5 所示。

表5 課程新的評價體系

在理論課過程性評價和實驗課評價中，課前預習、課堂表現、課堂考勤等占比24%的評價可以根據學生的在線學習、考勤情況直接從超星學習通學習平臺中進行，并在期末導出學生的成績。課后作業、實驗報告、實驗結果的完成情況共占比21%由任課教師給出。實踐項目完成情況，學生各小組根據自己項目完成的實際情況進行匯報，由學生互評打分，占比5%。

4 結語

《數字電子技術》課程作為電類專業的重要基礎課程，以培養學生的專業素質與實踐能力為目標，但傳統的課堂教學卻以課程的教學內容為目標，學習過程局限在課堂之上，受課程學時所限，教學效果欠佳，課程改革勢在必行?；贠BE 的教育理念，以課程學習的成果為導向，按照CDIO 工程教育的方式指導課程改革。在教學方法上，課程采用項目化教學，在對應知識塊學習開始前，教師將對應項目布置給學生，要求學生在學習過程中，思考用接下來學習的哪些知識點來完成該項目。對應知識塊學習完成后，引導學生梳理知識體系，討論項目可能的解決方案，請學生在課下完成項目方案的設計，電路的實現等具體過程。并選擇一部分小組的設計方案在課堂上進行分享，引導學生進行討論，總結優缺點，深化對項目的認識。在教學方式上，將課程中需要理解和記憶的每個基本知識點在備課時錄制為3-8min 的短視頻，借助于超星學習通平臺，將其作為學生課前預習的任務點，將學習過程擴展到課堂之外。課堂上教師引導學生完成對知識點的梳理、總結，完成課堂測驗，引導學生對重點、難點問題的討論，開展頭腦風暴，激發學生創新思想，實現深層學習。課后，請學生上傳自己的課堂總結、完成作業。在實驗課教學中，同樣基于OBE 的教育理念，將操作、實踐能力作為導向，將每堂實驗課的前15 分鐘作為上次實驗任務完成情況的考察，為那些實驗進度較慢的學生留出足夠的課余時間來完成實驗方案的設計和電路的具體實現。最后，根據課程的教學過程，構建《數字電子技術》課程新的評價體系，將課前-課中-課后學習的全過程進行量化管理，借助于超星學習通平臺完成過程性評價，且將過程性評價作為課程評價的重要組成部分。引導學生，學習要在過程中進行，而非考前去死記硬背。