基于OBE的模擬電子技術“專創融合”課程教學改革

王蕾，馬壯，葛超，倫志新，宋曉英

（1.唐山學院，河北唐山 063000；2.華北理工大學，河北唐山 063210）

在科技革命和產業改革的大背景下，社會對科技創新人才的需求 增加[1]。我校為河北省地方型重點本科院校，自國務院印發《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》以來，一直堅持專業教育與創新創業教育融合教學，積極為本地區及周邊地區培養輸送高質量實踐創新人才。

模擬電子技術課程是電子信息工程專業在電子技術方面入門性質的專業核心課，主要研究模擬弱信號的放大、處理問題，包括功率放大電路、運算放大電路、反饋放大電路、電源穩壓電路，是一門實踐性很強的課程[2]。傳統教學一般存在兩個方面的問題。首先，傳統教學中專業教育和創新創業教育脫節。傳統模擬電子技術基礎課程的專業教學內容以基礎概念、電路原理和基礎理論實驗驗證為主，而創新創業教育注重精神和素質教育，一般以單獨課程存在。其次，傳統教育模式以教師為主體，對學生創新思維引導和創新能力的培養不足。傳統教育模式中教師“教”的比重大于學生“學”的比重，忽視了對學生實踐動手能力、解決工程實際問題能力的培養[3-4]。

OBE理論強調學習成效（Outcomes-based Education），是一種基于構建的學習過程，關注學生在知識、能力素質的收獲[5]。創新創業教育是一種教育模式和理念，注重培養學生發現、探究、解決問題的能力[6]。創新創業教育融入專業教育（以下簡稱“專創融合”）的改革本質是在進行專業教學的同時，引導學生通過實踐訓練方式培養創新思維和創新意識，尋找發現問題、解決問題的方法和途徑，激發科研熱情[7]。模擬電子技術課程教學采用基于OBE的“專創融合”教學模式，緊密圍繞以“學生為中心”，以教師為主導，將創新思維、創業意識培養融入專業能力培養中，體現出對學生多元化的培養，滿足社會對綜合創新人才的需求[8-9]。

1 基于OBE的“專創融合”教學改革

1.1 教學目標

經過企業調研，教研團隊從電子行業發展需求出發，根據“專創融合”培養目標、畢業要求，采用OBE預期學習成果產出式理念，制定了電子信息工程專業模擬電子技術教學目標，在教學目標中體現“專創融合”的能力培養目標。課程目標主要包括以下3點：

（1）知識技能目標。通過課程學習能夠掌握半導體基礎知識，以及放大電路、信號發生轉換電路、電源的分析方法與計算。掌握定性分析電路方法，定量計算選擇參數；熟練操作虛擬仿真軟件；掌握常用儀表的測量使用方法。

（2）過程與方法目標。通過課程學習、討論、交流掌握電路分析、設計方法，并能通過相關文獻查詢針對實際問題設計出可行方案，用于解決復雜電路問題，培養創新思維和創新意識。

（3）情感態度與價值觀目標。認同模擬電子技術在專業科學中的地位；培養專業歸屬感，激發學習興趣；培養求真、求實和創新的科學態度；在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色；具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和發展的能力。

1.2 教學內容

教學內容分為基礎層、中間層、綜合應用層和創新層。在教學過程中，教師在每個層次起的作用不同，在基礎層，教師主要引導學生發揮自主學習能力，學生通過網絡學習平臺、仿真軟件、微課等學習渠道掌握基礎知識概念；在中間層，教師總結梳理知識點，鼓勵學生利用仿真軟件驗證原理正確性，建立邏輯思維模型，培養學生獨立思考和總結歸納的能力；在綜合應用層，教師指導學生利用基礎知識搭建復雜電路，并通過實物制作鍛煉學生的電路分析設計能力和動手實踐能力；在創新層，教師指導具有創新意識的學生積極加入創新訓練團隊或科研團隊，通過完成創新創業競賽項目或實際科研項目的形式提升創新思維，培養團隊協作能力和科研素質。教師在授課中起到引導者作用，根據學習成效的要求來對每個教學環節進行精心設計。教學內容設計如圖1所示。

圖1 教學內容

2 基于OBE的“專創融合”教學設計與實施

2.1 教學設計

本文以課程第九章“直流穩壓電源”模塊為例進行教學設計說明。該設計從知識、能力和素養三個維度確定預期學習成果，建立立體化的融合的教學模式。選擇具有代表性的直流可調穩壓電源為綜合設計性實驗案例，是因為該模塊內容與實際應用密切相關，具有一定的新穎性和產出價值，同時也具有一定的拓展性，選題符合教學要求。直流可調穩壓電源教學設計如表1所示。根據教學大綱的要求，該綜合創新實驗項目涉及緒論、第一章半導體器件、第九章穩壓模塊等章節內容。通過實際任務需求激發學生學習興趣，使學生帶著問題利用半導體二極管、穩壓電源工作原理的基礎知識快速建立電路模型，并通過仿真驗證原理的正確性，為后續實物作品提供理論保障，同時培養了學生的創新邏輯思維能力。

表1 直流可調穩壓電源教學設計

2.2 教學實施策略

教師以項目預期成果為導向，在教學過程中主要負責過程的組織、輔導和評價。學生在教學實施過程中作為教學活動的主體，是綜合創新實驗項目的第一完成人[10]。教學的組織和實施分為四個階段。第一級階段為教學資源準備及構思階段。教師利用超星學習通發布直流可調穩壓電源的任務要求、芯片使用手冊、儀器設備PPT簡介、仿真軟件使用手冊等資料，為學生提供豐富的學習資料，并對關鍵知識點以微視頻形式進行講解；學生按照任務要求查閱文獻，完成任務分解和模塊論證，提出初步設計方案。第二階段引導學生建立電路模型。首先，學生自主設計變壓器、整流、濾波、穩壓的四部分電路模型，并結合元件手冊，根據輸入信號和輸出信號范圍選擇元件型號；其次，學生利用Multisim仿真軟件搭建電路模型，利用仿真儀表測試信號范圍正確性；最后，利用PCB畫圖軟件Altium Designer對電路模型進行布局設計，并把電路仿真作品及3D布局效果仿真提交到超星學習通平臺。第三階段調試實物作品。學生進入實驗室，以PCB板為基礎板，按步驟對作品進行焊接調試，并提交產品說明書。第四階段路演答辯評價。教師組織各組對各階段作品以答辯形式進行展示。

2.3 直流可調穩壓電源設計

直流可調穩壓電源設計任務是制作一款低功耗的模擬直流可調穩壓電源。要求將220V交流電壓變壓到低壓可調范圍為Uo=+3V~+9V之間，最大輸出電流800mA，△Vop-p≤5mV，穩壓系數Sv≤3*10-3。要求學生按照參數指標設計仿真電路模型和實物電路，并提交一份產品使用說明書。

學生通過綜合設計詳細展示了方案論證及開發設計的全過程。通過項目設計，學生可以直接參與都元件的選型工作，本著制作低成本、低功耗和節省空間的要求，實驗項目可以通過加入控制電路、考慮改變負載變化范圍等方式給學生提供更多拓展空間，滿足不同層次學生的需求，充分發揮學生主觀能動性，提升創新意識。

在文案撰寫環節，教師鼓勵學生查閱資料，按照產品應用背景、產品功能、主要參數、使用環境要求等模塊撰寫產品使用說明書，使學生在作品設計過程中全面考慮外觀、性價比、實用性等影響因素，可有效激發學生的探索興趣，提高學生的自主學習能力，培養學生的創新思維和工程實踐能力。

2.4 教學評價及成效

通過多元全過程的評價規則的制定，使學生更清楚作品成績的組成。綜合創新成果的評價分為兩部分，第一部分是對學生理論基礎知識的應用、仿真電路的搭建、實物電路的調試和作品說明書的客觀知識、能力成績的評價；第二部分是對學生作品創新、團隊協作和工作態度的素質評價。兩部分的評價共同組成了項目的最終成績，進而體現出全面客觀地對學生知識應用、能力訓練和素養培養的過程考查。其中仿真作品占總分值的20%，PCB板的3D仿真占總分值的20%，實物制作占總分值的30%，產品說明書占總分值的10%，小組協作、路演及答辯占總分值的20%，指導教師根據小組完成情況和每個學生在路演中的表現評定成績。

3 結語

綜上所述，基于OBE“專創融合”的模擬電子技術課程，以成果導向出發，設計了教學目標、教學內容，將創新創業教育融入專業課程中[11-14]。利用“直流可調穩壓電源”創新項目設計，展示了基于成果導向的“專創融合”教學的實現過程，激發學生求知熱情、探索和創新精神，培養了學生正確嚴謹的科學研究作風和踏實認真的研究方法，為學生從事科研工作及與專業有關的工程技術工作打好基礎。