基于OBE理念的電工電子學實驗教學改革探索

谷倩倩

(1.濱州學院 航空工程學院；2.山東省航空材料與器件工程技術研究中心；3.濱州市航空光電材料與器件重點實驗室，山東 濱州 256603)

在工程教育專業認證的背景下，成果導向教育(Outcome Based Education，OBE)的教育理念在越來越多的高校教學過程中日益推進，強調教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果，而學習成果最終體現為學生學習后所獲得的能力[1]。各高校在開展工程教育專業認證的過程中，始終用OBE理念推進工程教育改革，拓寬專業認證的范圍，從而進一步更新專業建設的理念，提升人才培養的標準，保障人才培養質量[2]。電工電子學是工科非電類專業的基礎技術性課程，更是一門能夠反映學生基本能力的綜合課程，課程的理論部分反映學生的邏輯思維能力、分析能力等，實驗部分反映學生的動手能力以及綜合運用能力等，理論部分與實驗部分不可分割，理論知識是實驗環節的論據，實驗環節對理論課程起支撐作用[3-4]。因此，擬結合現階段電工電子學實驗的教學現狀，對電工電子學實驗的改革與實踐進行探索與研究。

1 電工電子學實驗教學現狀

(1)知識點零散，學生缺乏系統意識。電工電子學包含的知識面比較廣，既包含電工部分的知識又包含電子技術部分的知識，知識點零散，重難點內容較多。工科非電類專業的學生前期沒有接觸過電類的相關課程，很難系統性地將該課程的重難點知識全部掌握。若非電類專業后續沒有開設相關課程，將導致學生對該課程的重視程度和學習積極性降低。

(2)學習資源利用不足，預習準備不充分。實驗與理論相輔相成，學生在學習完理論知識以后，需要在實驗的基礎上驗證理論知識學習成果的實踐性。實驗可以在理論知識的基礎上實現創新，創新的過程與結果是學生學習成果的轉化。目前，不管是電工實驗還是涉及的數電、模電基本實驗在互聯網都有很多資料可以參考，通過網絡甚至可以實現模擬仿真。同樣在學校圖書館也可以找到講解資料[5]。但許多學生主動學習意識薄弱，并不會充分利用這些資源，從而使得預習準備不充分，有的學生為了應付實驗的預習環節，甚至抄襲同學的預習作業，致使實驗預習報告千篇一律，無法體現學生的學習成果。

(3)學生成績評定單一，缺乏科學的客觀評定標準。學生的學習成果較多體現在成績的評定上，而最終的考核成績主要是教師據實驗報告給出的主觀分值，評價標準主觀、單一，缺乏科學性和客觀性。學生做實驗時的表現不一，數據處理時也存在差異，且由于實驗人數較多，教師不可能完全關注到所有學生的實驗流程，所以，以實驗報告為依據進行考核不夠合理公正。此外，教師在評定實驗報告時，還可能存在隨意、主觀等情緒，不能完全有效地評價學生的能力及學習成果。

2 實驗課教學改革方案

2.1 更新教學理念強化學生學習成果

長期以來，非電類專業的工科學生把理論教學看作學習知識的主要途徑，實驗教學作為輔助工具，這樣容易導致重理論輕實踐的現象[6]。根據OBE理念的中心思想，針對實驗教學理念的改革應重點突出學生關于實驗課程的學習成果，即把學生通過相關課程的實驗環節獲得的學習成果與通過理論教學獲得的學習成果之間相互獨立，所占比重相同，不存在依附關系。因此，針對實驗學時較多的電工電子學實驗課程應單獨核算學分，重點考察學生的動手能力、創新能力的轉化，從而提升實驗課程的地位，保障實驗課程的教學質量。

2.2 用新的教學理念引導教學模式改革

為了讓學生更好地滿足行業需求，接受更科學的培養方式，需革新傳統的教學模式，用以學生學習成果為主導的中心思想來引導教學模式的改革。在新的教學模式中要突出學生主動學習的意識，讓學生學會主動學習并學有所成。如為了激發學生對實驗的好奇心與興趣，教師可以在學生的預習環節增加簡單又淺顯易懂的相關小實驗，以此來引出實驗的主題，并對實驗結果進行大膽猜想預測。在實際的教學過程中，教師引導學生進行結果的驗證，讓學生帶著懸念來完成相關實驗的全過程。

2.3 優化教學內容

電工電子學課程所包含實驗環節的價值就是將抽象化的理論知識具體化、形象化，從而使理論知識更容易理解并應用[7]。根據不同專業對學生的要求，對接OBE教育理念下各專業的培養目標，以層次化實驗教學為原則，拓展實驗教學內容，對實驗內容進行精講、細講。

提出將實驗教學內容層次化設計，主要分為三個層次：第一層次是要求學生必須掌握的驗證性實驗所涉及的知識，如基爾霍夫定律的驗證、等效電源定理的驗證等。在實際的實驗教學過程中，首先，教師在課堂幫助學生回憶相關定理的理論知識，對理論知識進行鞏固加強；其次，以實驗方案為指導，教師進行實驗演示，并指導學生開展實驗。第二層次是綜合性實驗，主要考察學生的觀察力與綜合運用力，通過在第一層次中教師針對驗證性實驗的講解與演示，要求學生根據對實驗的理解，將所學的知識與技能貫穿起來綜合運用，加深理解，提高能力。第三層次是設計性實驗，主要考察學生的創新力并將創新力輸出為學習成果，學生可結合自己所學的專業，制訂實驗方案，設計自己感興趣的實驗內容。

以基爾霍夫定律驗證實驗為例，教師對基爾霍夫電流定律(KCL)的理論知識進行講解并做實驗演示，要求學生根據實驗手冊，正確無誤地連接電路，記錄實驗數據，分析實驗結果，完成有關KCL的實驗驗證，這一部分的設計屬于第一層次要求學生熟練掌握驗證性實驗。所有學生完成以后，教師講解基爾霍夫電壓定律(KVL)的理論知識。對KVL的實驗環節，講解實驗過程中的注意事項以及實驗步驟中所涉及的重難點內容，明確實驗目標，制訂實驗要求，給定相同的實驗條件及儀器，教師根據實驗教學方案引導學生自主完成KVL的實驗驗證。這一部分主要是對學生仿真能力、綜合運用能力的考查，屬于實驗內容中的第二層次。KCL和KVL驗證實驗完成之后，學生已經對實驗步驟、注意事項、實驗目標等環節非常熟悉，并且能夠進一步加深對基爾霍夫定律的理解，同時學生的動手能力和自主思考能力得到鍛煉。思維比較活躍、科研能力比較強的學生，可將自己所學的專業與實驗內容相結合，通過查找相關文獻擬定實驗方案，充分使用儀器設備，在教師的引導下完成操作。如：機械專業可融合機電一體化實驗元素，飛行器動力工程專業可與通信導航設備相融合等。以飛行器動力工程專業為例，充分利用教學的實驗設備，完成檢測甚高頻全向信標系統(VOR)線路連接錯誤實驗、檢驗測距儀(DME)輸出信號的穩定性實驗等。這一部分屬于第三層次，主要考察學生的創新能力，同時也為將來的實踐做理論鋪墊。

2.4 多元化教學方法與手段的實施

教學方法是教學過程中學生的學習成果得以轉化的工具，它直接影響教師的教學效果以及學生的學習成果。因此，要突破原有“填鴨式”教學方法的局限性，結合實驗內容的多樣化、專業化，采取多元化相結合的教學方法，如案例式教學、研究式教學、小組討論式教學三者相結合的實驗教學方法。在課堂上充分發揮學生的思維，體現學生的主體地位，形成開放式的教學模式[8]。

例如，針對集成運算放大器的應用實驗，集成運算放大器在線性應用方面可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數等模擬運算電路，所涉及的實驗內容比較多，屬于綜合性實驗。故可將此類型的實驗內容分為三個層次運用多種教學方法完成教學。在做實驗之前要求學生預習集成運放線性應用的部分內容，對所學的理論知識進行鞏固加強。實驗開始時，教師仍然需要對理論知識的重點內容進行介紹，然后選擇其中一部分實驗內容(如反相比例運算電路)作為實例對整個實驗步驟進行講解演示，其中對實驗目標和實驗過程中容易出現的錯誤需要重點強調，要求學生正確連接實驗電路，測量相應的輸出電壓，并對輸出電壓和輸入電壓的相位關系進行比較觀察。這一階段的實驗內容屬于第一層次，要求學生理解并掌握，采用案例教學法。在此基礎上，鼓勵學生參照教師的講解實例，自主設計、正確連接電路完成減法運算電路、加法運算電路、同相比例運算電路、積分電路。由于這幾種電路具有相似性，可采用小組討論式教學方法，以小組為單位集中完成某一個實驗，然后針對實驗中出現的現象和問題開展討論。通過以上兩個階段，學生的學習能力、探究能力已經得到鍛煉，為此針對設計性實驗的實驗環節采用研究式教學法，給定相同的實驗箱以及足夠的實驗條件，指導學生創新實驗內容，對非線性運算電路進行研究探討，并開展相關實驗結果的仿真與討論。

另一方面，將多元化的教學方法運用到學生的預習環節，強調學生學的方式方法，突出預習環節的重要性，提高學生的預習要求。現在很多實驗在網上、圖書館、資料室的實驗指導書上都有詳細的講解，同時也有很多成熟的電子電路通用仿真軟件，可以實現對電子電路的仿真研究。學生在課前可以利用仿真軟件對將要學的實驗內容按照實驗指導手冊的設計完成實驗操作流程，這樣可以在課堂上提高實驗速度。同樣在課后也可以利用這些資源查找實驗數據以及對比實驗結果等。

2.5建立科學的實驗考核機制

在對學生開展實驗考核時，采用靈活的評價方式，使最后的學習成果不僅突出對過程的考核還涵蓋最后的實驗成績，形成多元化的考核機制。其中形成性評價更加注重學生的課前預習質量、實驗過程、課堂表現以及網上的自主學習等方面。終結性評價由實驗數據和實驗報告的成績來體現。因此在對學生的實驗課程進行考核時，除了革新考核機制，同時也要對評價標準進行量化賦分。

形成性評價的開展過程為：在實驗過程中，主要以學生為主，教師為輔，因此教師有充分的時間監督整個實驗過程。教師根據每個層次的實驗內容對學生的要求，具體給分。第一層次屬于基礎內容，主要考查學生的動手能力以及理解力，教師根據學生操作的熟練度以及實驗結果給出具體分值。第二層次屬于提升內容，主要考查學生的獨立思考問題的能力，教師根據實驗過程以及完成度來打分。第三層次屬于創新內容，主要考查學生的創新能力以及實踐能力，教師根據學生所做實驗的創新點以及實驗內容的實踐性進行給分。形成性評價方法更偏重考查學生的自主學習成果。

終結性評價主要對學生的數據處理、實驗結果的分析等方面進行評價。在終結性評價環節中對相同的實驗數據以及相同的分析結果的報告直接給予零分，并進行批評教育。對實驗結果分析有獨特見解的給予加分獎勵。

在新的實驗考核機制中，學生最終的考核成績由兩種評價方法所得分數折算得到。

3 總結

在工程教育專業認證的背景下，以OBE教育理念為引領，結合實驗教學中普遍存在的問題，對非電類專業電工電子學實驗課程，從教學理念、教學內容、教學模式等角度進行了改革探討。提出在整個教學過程中要始終堅持以學生就業方向為參照，以學生學習成果輸出為內容的教學思想，以學生的學習成果為評定標準的實驗課程改革思路。