基于產出導向的國家級線下一流本科課程建設研究

袁小平??陳燁??蔡麗

摘 要：“一流課程”建設是教育部進行高等教育改革的重要措施，是實現高等教育內涵式發展的基本保證。本文以“產出導向”為理論框架，總結了以電類創新實踐為主要產出導向的線下一流課程“數字邏輯與數字系統設計”的建設經驗，論述了建設線下一流課程的具體方法和有效策略，提出了“一流課程”建設背景下的課程建設方法，為國內同類課程的建設提供了新的教學改革思路。

關鍵詞：產出導向;數字邏輯與數字系統設計;一流課程;教學改革

一、引言

隨著我國經濟建設的高速發展，國家適時提出了“中國制造2025”“互聯網+”和“碳達峰、碳中和”等重大經濟戰略決策。高等教育為經濟建設提供了人才基石，在國家經濟建設與發展中發揮著重要作用。教育部于2018年提出了“六卓越一拔尖”計劃2.0，為配合該計劃，2019年公布了一流課程建設“雙萬計劃”，即建設10 000門左右國家級一流課程和10 000門左右省級一流課程[1]。

“一流課程”建設是國家在新的國際形勢下，針對國內高校大學生普遍存在的創新能力不足的現象，提出的高等教育層面上的重要戰略舉措，主張將立德樹人作為改革的根本任務，為我國高等教育提供了綱領性的建設目標和實施方案。

“一流課程”建設中需要融合各類課程的思政元素，將傳統的課程教學內容、方法和時代的發展相結合，讓課堂更活、教師更強、學生更忙，以提高教學質量為導向，建設具有中國特色的國際一流的高等教育課程和創新人才培養體系。

2021年5月，教育部在大連理工大學召開了全國高校一流課程與課程思政建設研討會，強調“產出導向”是落實立德樹人改革目標實現的具體方法。本文基于以學生為中心的“產出導向”教學理念[2]，探討了國家級線下一流課程“數字邏輯與數字系統設計”的建設內涵、建設原則、教學目標、教學內容、教學方法等具體建設路徑，以期為國內高校的電類課程進行線下一流課程的建設提供參考和借鑒。

二、線下一流課程的內涵及建設原則

1.線下一流課程的建設內涵

教育部對線下一流課程的定義中強調了“以學生為中心”[1，3-4]，在這一思想的指導下，“數字邏輯與數字系統設計”課程進行了“知識傳授、能力培養、素質提升、價值引領”四個層面的內涵建設。一是從知識層面要求學生掌握完整扎實的數字邏輯與數字系統設計方面必要的基礎理論、基礎知識、基礎技能，要求在傳統數電知識目標的基礎上掌握大規模可編程邏輯器件和硬件描述語言的知識;二是在創新層面進行課程內容和教學能力的提升，結合現代數字電子技術的發展趨勢，使學生養成實驗中的科學態度、團隊合作和學術表達能力等，在傳統數電能力目標的基礎上要求增加電子設計自動化的應用和數字系統設計能力;三是從素質層面要求學生具備優良的職業素養，提升學生的工程意識、邏輯思維、辯證思維、創新思維、國際視野;四是在價值引領層面要求學生能夠“站得高，望得遠”，具備正確的世界觀、方法論，具備科技報國、求真務實的精神，具有健全的人格、高尚的家國情懷。

2.線下一流課程的建設原則

隨著時代的發展，新技術層出不窮，當代大學生可以采用更多的方式進行自主學習。因此，高校傳統線下課程的課時和學分縮減是我國教育的一個趨勢[5]，這對線下一流課程的建設提出了巨大的挑戰，北京外國語大學文秋芳教授提出的“產出導向法”（Production Oriented Approach，POA）強調以創新實踐成果為主要目的的教學改革思路為建設線下一流課程提供了新的教學理念和教學方法[2]。基于此，“數字邏輯與數字系統設計”課程線下一流課程的建設遵循“轉變理念、目標導向、內容多樣、改革方法、科學評價、提升能力”的原則，具體方式如下：

“轉變理念，理念新起來”是建設線下一流課程的首要原則[4]。課程組依據教育部對一流課程建設要以立德樹人為教學目標的思路，精心提煉并制作了95個具有時代特征的理論課知識點微課視頻，利用中國大學慕課平臺供學生學習，并在線下教學過程中利用慕課堂輔助教學，這樣學生可以從多種渠道靈活設定時間進行學習。

“目標導向，課程優起來”是線下一流課程的課程建設原則[6]。線下教學是大學教育最重要的教學形式，課程內容的改革需要站在科技的前沿來審視，因此需要緊跟時代發展，提升課程的高階性、創新度和挑戰性，需要線上教學資源的建設，將線下教學的范疇進行擴展。

“內容多樣，課程難起來”是線下一流課程教學內容改革原則[1]。傳統的以課堂為主的線下課程改革需要利用線上教學技術進行線上資源建設，將較為容易的內容進行線上教育，教學難點偏重于線下教學。在“產出導向法”的教學思想的指導下，這種改革方法可以更好地面對面輔導學生，提升創新實踐成果的產出效率[7]。

“改革方法，課堂活起來”是線下一流課程進行課堂改革的主要要求[8-9]。將各種教學技術和教學思想引入課堂，改變“教師為中心、書本為中心和課堂為中心”的傳統課堂教學形式。這就要求教師需要引入多種教學方法，提升課堂教學能力。課程組采用的主要方式是在線下課堂上引入慕課堂進行混合教學。

“科學評價，學生忙起來”是線下一流課程學生端教學設計的原則[3]。“數字邏輯與數字系統設計”課程是電類專業的專業基礎課，也是學生進行“產出導向法”的創新實踐課程，課程組要求通過“創新實踐過程考核”方式評價學生學習效果，提升產出內容考核的挑戰度。

“提升能力，教師強起來”是線下一流課程對教師提出的要求[1]。線上信息化技術是線下教學的重要輔助手段，利用慕課堂是提升線下教學效果的重要方法，這就要求教師具有較強的混合教學能力，能夠熟練掌握混合教學方法和學生進行有效互動。

3.線下一流課程的歷史傳承

對于“一流課程”教學效果的認定，我們認為可以從橫向上和縱向上進行評價，橫向上考查的是課程的各類當前教學效果指標，而縱向上考查的是課程的歷史傳承。“數字邏輯與數字系統設計”線下一流課程擁有深厚的歷史底蘊，本課程是電類專業基礎課，依托中國礦業大學在電氣、控制、信息學科上的優勢，經過了近70年的發展，課程始終緊跟電子技術發展，并根據各個歷史階段的電類專業人才培養目標和工程專業認證要求，以及教育部教指委制定的“數字電子技術”課程教學要求不斷進行改革。

“數字邏輯與數字系統設計”課程前身是1957年開設的“脈沖電路”課程，經過多年的穩步發展，課程形成了扎實的教學體系，并出版了多版教材，加強了現代化教學方法和手段，逐步采用計算機虛擬實驗系統和CAI課件輔助教學。近期，我們結合新技術、新器件的發展，在2012版教學大綱基礎上引入HDL語言，介紹數字系統設計的方法和步驟，確保學生的知識與世界接軌，最終形成2016版教學質量標準，同時課程名稱更改為現名（見圖1）。實驗教學遵循“虛實結合”“軟硬兼施”，建設了不受時間空間限制的實驗教學資源，在2016年獲得高等學校國家級實驗教學示范中心聯席會頒發的高等學校虛擬仿真實驗教學資源建設優秀成果獎。理論課程于2019年獲得江蘇省在線開放課程立項建設，為后續開展線上線下混合式教學提供了有力保障。課程通過多年的發展，在內容體系、實驗教學改革、現代化教學方法和手段運用等方面，取得了在同類課程中的先進地位，形成了由數字邏輯與數字系統設計、數字邏輯與數字系統實驗、EDA仿真與設計、綜合設計等環節組成的數字電子技術課程體系，并作為國家級一流課程進行培育。

依托國家級電工電子實驗教學示范中心和大學生電子設計與創新實踐基地，課程組教師在示范中心建設和創新人才培養中發揮了重要作用。本課程承擔了全校電類專業近1200名本科生的教學任務，始終按照我校“寬基礎、強能力、高素質”的課程建設要求，將學生的電子創新能力的提高作為專業基礎課程平臺和實驗教學改革的重點，不斷優化和加強實驗教學體系，依托“互聯網+”和虛擬仿真技術，融入課程思政元素，建立師生教學共同體，進行扎實的教學改革，取得了顯著成效。目前該課程被評為首屆國家級一流（線下類型）本科課程和2021年江蘇省一流（線上類型）本科課程。

三、“產出導向法”視域下線下一流課程的建設路徑

強調創新實踐產出的教學目的是線下一流課程建設的指南針[4]。本課程始終將創新實踐作為課程的延伸，高度重視中國礦業大學電子設計與創新實踐基地的建設，將該課程和基地的建設聯系起來反向促進線下課程教學水平提升。在課堂上，課程組將項目式教學法引入授課過程，做到“一課一設計”，以源于實際問題的解決過程作為課堂內容授課的導向;在課外，鼓勵學生將課堂理論學習聯系實際，積極參加“國家級、省級、校級、院級”大學生科研訓練項目和各種學科競賽，以及導師的科研項目等形式的全程創新實踐活動，以各類大學生全程科研創新活動作為創新實踐的具體產出。總體上，本課程線下教學改革的建設路徑就是要以“學生為中心”，充分發揮“產出導向”的作用，實現課堂內外教學的無縫銜接，提升教學的互動性和挑戰度。

1.以創新實踐驅動的線下一流課程教學目標

以創新實踐成果為驅動作為本課程的教學動力，主要體現在：（1）突出創新教育的培養模式;（2）校企協同培養人才的新模式;（3）以

重點學科為依托促進專業建設;（4）大學生全程參與科研、競賽和大創項目。而“數字邏輯與數字系統設計”課程是電類專業重要的專業基礎課，是重要的理論和實踐教學課程，具有很強的創新性實踐性，是我校重點建設的精品課程。該課程是在傳統課程“數字電子技術”基礎上，增加了大規模可編程邏輯器件和硬件描述語言應用的知識;拓展學生電子設計自動化的應用和數字系統設計的能力，使學生具備健全的人格，涵養家國情懷，牢記使命擔當。

該課程為國家一流本科專業建設點“電子信息工程”“自動化”專業、江蘇省品牌專業“電氣工程及其自動化”的專業大類基礎核心課程。根據學校建設能源特色世界一流大學的定位，“學而優則用、學而優則創”的辦學理念，該課程培養目標是培養學生綜合應用數字邏輯與數字系統的知識與技能，解決與數字系統相關的較為復雜工程問題的能力，實現“知識傳授與價值引領”相結合，培養專業技術過硬、思想政治水平高的棟梁之材，為以后深入學習電子技術相關領域中的內容以及為電子技術在專業中的應用打好堅實基礎。具體包括：

（1）知識目標。掌握邏輯函數及其化簡方

法，理解中小規模集成組合器件與時序器件的原理，掌握大規模可編程邏輯器件和硬件描述語言等。

（2）能力目標。能夠綜合應用組合電路和時序電路的分析方法，提升現有數字電路的性能;針對工農業生產過程中、社會生活中出現的問題，利用EDA技術、FPGA器件提出針對性地解決較為復雜工程問題的思路和方案，并通過現代電子技術手段加以實現。

（3）素質目標。培養解決復雜工程問題過程中的團隊合作精神、表達溝通與演講能力、科技報告撰寫能力，牢固樹立求真務實的精神、不斷創新的意識、健全的人格、高尚的家國情懷。

2.以慕課堂為主的線下一流課程教學方法

“產出導向法”的教學過程中包括“驅動、促成、評價”三個重要階段[10]，對于線下一流課程，“驅動”節點對應課前慕課堂發布、課中慕課堂測試及課堂互動教學、課后線上鞏固三個教學流程。授課過程中，教師需要依據課堂教學目標制訂線上課程課前學情調查及課前測試內容，以掌握學生的預習情況，提前發布課程的研討內容，讓學生提前知道要學習的課程對應的教學目標和實踐產出任務;“促成”環節對應項目式教學方法中的釋疑和設計過程，學生需要圍繞項目目的展開學習;“評價”階段是對以實踐為學習目標的產出成果進行評價，主要針對課程學習、電子設計和競賽等產出方面進行評價。

3.以“學與創、虛與實”為特征的項目式線下一流課程教學方法

以“立德樹人”為目標的“一流課程”的建設強調創新實踐的教學投入和成果產出的高效率[11]，在中國礦業大學，該課程是電子電氣信息類專業重要的專業基礎課，擔負著鞏固并提升學生工程實踐能力和創新能力的重任。基于此，課程組全面采用項目式教學方法提高“教與學”的效率，課堂上實行分組教學，開展研討式、探究式等教學活動。

基于實踐創新項目驅動的課程教學改革方案的體系為“做—學—悟”的漸進式教學體系，教學內容貼近工程實踐，采用研討式以創新產出為目標的模塊化教學。全部采用“虛實結合”的創新設計性實驗的創新教學體系。

4.以“類型化、過程化”為特征的線下一流課程教學評價

科學的課程評價指標體系是實現“立德樹人”這一教學目標的風向標，各種教學方法和新技術的出現對課程教學評價體系也提出了重要的研究方向。線下一流課程的教學評價體系突出全過程考核評價，重視平時考核和期末綜合考試相結合，激發學生的學習興趣，并結合線上教學建立全方位的教學評價體系。針對不同類型的選課學生及多種教學產出，課程組構建了三種教學考核評價方案。

方案一（適合線上線下教學的學生考核）

在線學習（20%）+過程性考核（20%）+結果性考核（60%）。

（1）在線學習（20%）：學習課程組開發的中國大學慕課“數字邏輯與數字系統設計”在線課程，在線學習成績由視頻點播情況、在線測驗情況和討論區發帖情況綜合評定。

（2）過程性考核（20%）：課堂學習研討、課后反饋表現、學術論文、設計報告、階段性測試等線下考核。

（3）結果性考核（60%）：線下閉卷考試。

方案二（適合線下教學的學生考核）

過程性考核（30%）+結果性考核（70%）。

（1）過程性考核（30%）：課堂學習研討、課后反饋表現、學術論文、設計報告、作業、階段性測試等線下考核;

（2）結果性考核（70%）：線下閉卷考試。

方案三（適合網絡重修學生考核）

在線學習（40%）+結果性考核（60%）。

（1）在線學習（40%）：學習中國大學慕課平臺上自主開發的在線課程，在線學習成績由視頻點播情況、在線測驗情況和討論區發帖情況綜合評定。

（2）結果性考核（60%）：線下閉卷考試。

5.以“學中做，做中學”為指導的線下一流課程教學模式

（1）教學理念。以項目導向式的運行機制來組織教學，突出職業性和實踐性;學中做，做中學，師生教學相長，教學做一體化;訓練學生職業技能和素質的養成;培育學生工匠精神、創新意識、家國情懷，以學生為主體發揮學生的主動性。教學中“如鹽入水、潤物無聲”融入課程思政點，落實立德樹人，追求線上線下混合教學效果的提升。

（2）內容選取。從典型工作任務出發，圍繞培養學生具備職業能力的標準，以學生為中心，面向學生產出為導向，按照模塊化組織教學內容，最后從真實的項目中獲得知識、培養能力。為了跟蹤現代電子技術發展的最新成果，培養學生應用EDA技術和HDL開發FPGA的能力，課程組在傳統課程教學內容中增加了EDA和HDL應用開發能力培養，具體實施過程如圖2所示。

（3）內容組織與安排。教學內容從現代電子技術的最新成果EDA和HDL語言出發，通過模塊化的知識，分別完成四個真實的項目，進而完成一個較為復雜的工程項目“多功能數字鐘的設計與制作”。課程體系體現了先進性、創新性和實用性，利用HDL+FPGA進行設計，采用數字系統設計方法完成多功能數字鐘的設計與制作是本課程的一大特色，在教學內容上體現了新技術新器件的應用，對教師和學生都具有挑戰度。

此外結合實際背景，融入課程思政教育，告訴學生中國在芯片設計方面與歐美國家存在差距，從而進一步激發學生求真務實、勇于創新和電子制作中的“工匠精神”。教學方法的組織過程如圖3所示。

（4）教學過程設計。按照“情境導入、問題導入、分析講解、仿真演示、動手實踐”設計教學過程，同時注意嵌入課程思政教育元素。

（5）教學方法設計。理論教學采用教學做一體化教學模式、案例教學法、任務驅動教學模式等，實踐教學注重虛實結合、軟硬兼備、以賽促學、小組協作、實踐制作。

6.以“新技術，新實踐”為牽引的線下一流課程教學內容

（1）及時跟蹤現代電子技術發展最新成果，引入硬件描述語言HDL和大規模復雜可編程邏輯器件FPGA，優化了課程教學體系與教學內容。傳統的“數字電子技術”課程能夠使得學生熟悉數制與編碼、邏輯函數及其化簡、集成邏輯部件、小規模集成組合邏輯構件。該課程跟蹤現代電子技術最新成果，引入硬件描述語言HDL、大規模復雜可編程邏輯器件FPGA、數字系統設計方法，讓學生掌握數字系統的基本算法與邏輯電路實現，掌握HDL設計數字系統，使學生的數電知識和能力緊跟時代發展，這是本課程的一大亮點。

（2）引入EDA技術、虛擬仿真技術，自制實驗箱，實現虛實結合、軟硬兼施，開發了能夠順利地在線下和線上教學相互轉換的數字系統設計實驗平臺。依托一流課程建設平臺和線上線下建立的充實的教學資源，在國家級實驗教學示范中心的硬件基礎上，建立國內高校一流的開放共享的實驗教學平臺。通過引入EDA技術和虛擬仿真技術，開發研制適合學生、自主設計的不受時空限制的 “數字電子技術實驗平臺”，滿足“軟硬兼施”“虛實結合”;建立以學生為主體、分層次、創新型實驗教學新體系，便于學生提高實踐創新能力;為學生進行課外自主的實驗學習、電子創新制作等提供豐富的教學軟件和硬件，擴展了學習空間。

（3）指導學生積極參加學科競賽和大學生創新項目，成效顯著。依托中國礦業大學國家級電工電子實驗教學示范中心和電子設計與創新大學生實踐創新基地，以國家級、省級、校級的“電子設計競賽”等學科競賽指導委員會的專家為后盾，積極開展電子技術學科競賽和“國家級、省級、校級”的大學生科技創新項目，不斷提高學生實踐創新能力。

四、結語

中國礦業大學“數字邏輯與數字系統設計”課程遵循國家級線下一流課程的建設要求，以“立德樹人”為建設目標，建立以學生為中心、師生學習共同體的教學體系，以“激發興趣、重視基礎、注重實踐、引導創新”為教學理念，提出“課內課外相結合、教學做相結合;虛實結合、軟硬兼施;以賽促學、小組協作”的人才培養模式，融入課程思政元素，建設豐富的理論與實驗教學資源，滿足學生不受時間、空間的限制開展課程學習的需求。“產出導向法”適合強調以創新實踐為主體的線下“數字邏輯與數字系統設計”課程，本文提出的“驅動、

促成、評價”教學過程的執行可以將各種教學技術和教學方法進行有效連接，使線上線下教學活動連貫有序，全面提升課程教學質量和教學效果。

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[基金項目：中國礦業大學教學研究重點項目（2019ZD02），中國礦業大學實驗技術研究與開發重大項目（S2021Z003）]

袁小平，中國礦業大學信息與控制工程學院人工智能系主任，教授。