基于OBE理念的“電子技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

謝慧明，覃陽(yáng)，常博學(xué)

（1.桂林航天工業(yè)學(xué)院 工程綜合訓(xùn)練中心，廣西 桂林 541000；2.桂林電子科技大學(xué) 機(jī)電綜合工程訓(xùn)練國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，廣西 桂林 541000）

0 引言

在新經(jīng)濟(jì)背景下，我國(guó)提出“新工科”建設(shè)方案，即我國(guó)工程教育需要提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，培育出工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才[1-2]。在提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的教育實(shí)踐中，我國(guó)各高校進(jìn)行了多種形式的工程教育人才培養(yǎng)模式探索，其中工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)培養(yǎng)“新工科”人才具有實(shí)質(zhì)性的作用，是“新工科”背景下培養(yǎng)高質(zhì)量人才的有效途徑。2016年6月2日，我國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國(guó)，意味著由我國(guó)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證通過(guò)的工程專(zhuān)業(yè)本科學(xué)位，將得到所有《華盛頓協(xié)議》正式成員國(guó)的承認(rèn)，我國(guó)人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際接軌。

工程教育認(rèn)證的三大理念如下[3]：（1）以學(xué)生為中心（SC，Student Centering）的認(rèn)證理念。（2）產(chǎn)出導(dǎo)向教育（OBE，Outcome-based Education）的教學(xué)理念。（3）持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量保障機(jī)制（CQI，Continuous Quality Improvement）。其中OBE理念在工程教育過(guò)程堅(jiān)持以學(xué)生為中心，同時(shí)對(duì)教育過(guò)程進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，貫穿于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終，引導(dǎo)著工程教育的不斷改革。因?yàn)镺BE理念是指設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)的最終目的是確保學(xué)生獲得在未來(lái)生活中取得實(shí)質(zhì)性成功的經(jīng)驗(yàn)，所以在OBE理念引導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施主要需要考慮以下三點(diǎn)：學(xué)生要取得的最終學(xué)習(xí)成果是什么？怎樣讓學(xué)生有效地取得這樣的學(xué)習(xí)成果？如何了解學(xué)生是否取得了這樣的學(xué)習(xí)成果？

1 課程建設(shè)思路

通過(guò)對(duì)相關(guān)課程研究成果的梳理、分析，結(jié)合“電子技術(shù)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，以O(shè)BE教育理念為導(dǎo)向[4-5]，為回答學(xué)生需取得最終學(xué)生成果是什么這一問(wèn)題：明確課程定位、重構(gòu)課程目標(biāo)，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)；為回答怎樣讓學(xué)生有效地取得這樣的學(xué)習(xí)成果這一問(wèn)題：以學(xué)生為中心，對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)與能力一體化培養(yǎng)，設(shè)計(jì)提升課程達(dá)成度的教學(xué)方法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)好理論知識(shí)的同時(shí)，自主學(xué)習(xí)能力、綜合應(yīng)用能力、知識(shí)遷移能力、工程思維能力等各項(xiàng)能力也得到相應(yīng)提高；為回答如何了解學(xué)生是否取得了這樣的學(xué)習(xí)成果這一問(wèn)題：改革考核方式，設(shè)計(jì)綜合性的考核機(jī)制，教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行全方位、綜合性地考核。主要的改革思路如圖1所示。

圖1 以O(shè)BE為導(dǎo)向的課程改革思路

2 課程建設(shè)實(shí)施方案

2.1 明晰課程定位，重構(gòu)課程目標(biāo)

“電子技術(shù)”課程具有理論性強(qiáng)、課程內(nèi)容豐富、對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力要求高等特點(diǎn)。在OBE理念的指導(dǎo)下，本門(mén)課程的定位為：通過(guò)各種電路來(lái)闡明電子技術(shù)中的基本概念、基本原理和基本分析方法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)技能，在實(shí)踐中加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論的理解，以提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，為學(xué)生在使用和維護(hù)電子設(shè)備、進(jìn)一步學(xué)好專(zhuān)業(yè)課程和將來(lái)從事電子技術(shù)相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。并將“電子技術(shù)”課程目標(biāo)重構(gòu)，列成表（表1）。

表1 “電子技術(shù)”課程目標(biāo)

2.2 以學(xué)生為中心，開(kāi)展理實(shí)一體化教學(xué)

以O(shè)BE為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，研究如何做到在教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)與能力一體化培養(yǎng)，以此達(dá)到學(xué)生在學(xué)習(xí)好理論知識(shí)的同時(shí)，自主學(xué)習(xí)能力、綜合應(yīng)用能力、知識(shí)遷移能力、工程思維能力等各項(xiàng)能力也得到提高。

2.2.1 以學(xué)生為中心，構(gòu)建多樣化的教學(xué)模式

目前“電子技術(shù)”課程教學(xué)模式以教師講授為主，授課重點(diǎn)在知識(shí)點(diǎn)的講解上，沒(méi)有做到以學(xué)生為中心，容易讓學(xué)生只是機(jī)械地接受知識(shí)，從而失去學(xué)習(xí)興趣，難以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力和綜合應(yīng)用能力。結(jié)合學(xué)生接受新事物的潛能，利用新媒體技術(shù)，突出以學(xué)生為本的理念，采用多樣化的教學(xué)形式改進(jìn)課程教學(xué)。從以下幾個(gè)方面著手：

（1）采用課堂教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)資源的形式進(jìn)行基本知識(shí)的傳授，篩選整合網(wǎng)上對(duì)“電子技術(shù)”課程或與課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授的優(yōu)秀慕課、微課資源，推送給學(xué)生，打破時(shí)間和空間的限制，便于學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)和總結(jié)。

（2）課堂教學(xué)過(guò)程采用預(yù)習(xí)、討論、提問(wèn)、反轉(zhuǎn)、答疑等對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)要多給學(xué)生設(shè)置空白區(qū)域，留給學(xué)生充分想象的空間和自主建構(gòu)的區(qū)域，引導(dǎo)學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，獲得相應(yīng)的經(jīng)歷和體驗(yàn)，自己把空白區(qū)域填滿。如分別測(cè)量出三極管在3個(gè)工作狀態(tài)下的電流值與電位值，讓學(xué)生歸納總結(jié)三極管在三個(gè)工作狀態(tài)電位與電流的大小關(guān)系，并分析原因，提高學(xué)生歸納總結(jié)的能力，加深學(xué)生對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的印象。

（3）在課堂教學(xué)中對(duì)一些與課程相關(guān)的工程案例（如電子閃光電路）進(jìn)行講解，通過(guò)對(duì)工程案例的剖析，使學(xué)生理解電子領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，同時(shí)了解當(dāng)前課程與交叉學(xué)科的聯(lián)系，強(qiáng)化課程和交叉學(xué)科思維的培養(yǎng)。

2.2.2 設(shè)置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

目前“電子技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少，且都為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，難以真正提升學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。在OBE理念的指導(dǎo)下，認(rèn)真分析研究課程內(nèi)容，結(jié)合工程應(yīng)用情況，應(yīng)用Labview和Multisim軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)[6-7]。既可應(yīng)用于課堂教學(xué)演示：對(duì)課程中較為重要和難懂的知識(shí)點(diǎn)（比如三極管的工作狀態(tài)、由運(yùn)放構(gòu)成的反相比例電路、同相比例電路等）進(jìn)行虛擬仿真展示，通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，現(xiàn)場(chǎng)改變參數(shù)，讓學(xué)生觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化，實(shí)現(xiàn)電路的動(dòng)態(tài)分析，加深對(duì)課程知識(shí)的理解，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性；又可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)緊張和實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性大難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。

由運(yùn)放構(gòu)成的反相加法電路仿真實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。通過(guò)改變Vin2的值可以直觀地感受不同輸入情況下，輸出信號(hào)的情況，以利于學(xué)生對(duì)反相加法電路有更直觀的認(rèn)識(shí)。

圖2 反相加法電路仿真

2.2.3 搭建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

為培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、綜合應(yīng)用能力以及知識(shí)遷移能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)和工程思維方式。本研究對(duì)Arduino主板進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，搭建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，該實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路如下：硬件電路具有可控性、簡(jiǎn)易性與高兼容性[8]，軟件程序?qū)崿F(xiàn)模塊化。可控性是指實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)可以根據(jù)不同的需求靈活地更改電路參數(shù)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；簡(jiǎn)易性是指學(xué)生能夠使用普通電烙鐵對(duì)電路板進(jìn)行焊接和使用常規(guī)的儀器儀表（萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)源等）對(duì)電路進(jìn)行檢修；高兼容性是指該平臺(tái)根據(jù)不同需求選用不同的器件，更換相應(yīng)器件后電路按預(yù)期正常工作，讓學(xué)生自主實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)。軟件程序的模塊化是指不同功能的模塊程序獨(dú)立編寫(xiě)，然后封裝成相應(yīng)的函數(shù)，如ADC模塊、定時(shí)器模塊、DAC輸出模塊和中斷處理模塊等，在使用相應(yīng)模塊時(shí)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)即可，便于學(xué)生編程的同時(shí)節(jié)省調(diào)試時(shí)間。基于以上設(shè)計(jì)思想，筆者所開(kāi)發(fā)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要由主板GDuino UNO、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、藍(lán)牙模塊和智能手機(jī)組成，并給學(xué)生預(yù)留了自主設(shè)計(jì)的空間。整個(gè)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)框圖

在學(xué)期的中后期，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，讓學(xué)生選取或自己設(shè)計(jì)跟課程相關(guān)的微課題或者微項(xiàng)目，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)并進(jìn)行編程，并通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，最終確立一個(gè)正確并合理的方案。針對(duì)學(xué)生提交的設(shè)計(jì)方案，組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和協(xié)作意識(shí)。實(shí)踐結(jié)果表明，該平臺(tái)不僅鍛煉了學(xué)生的焊接以及檢修技能，而且培養(yǎng)了學(xué)生系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、電路設(shè)計(jì)、軟硬件聯(lián)合調(diào)試以及團(tuán)隊(duì)合作能力。

2.3 改革考核方式，綜合性考核學(xué)習(xí)成果

目前“電子技術(shù)”課程以卷面成績(jī)作為主要衡量學(xué)生學(xué)習(xí)成果的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)不夠全面，難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐的積極性和主動(dòng)性。以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，研究構(gòu)建完善的考核機(jī)制，以達(dá)到全方位、綜合性考核教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)成果，并建立反饋機(jī)制，持續(xù)提升教學(xué)效果。

（1）對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行多元化考核，細(xì)化考核指標(biāo)點(diǎn)。通過(guò)課堂表現(xiàn)（課堂觀察+課堂提問(wèn)+課堂練習(xí)）、階段性考試表現(xiàn)、分組討論表現(xiàn)、實(shí)物完成情況、報(bào)告撰寫(xiě)情況、期末考試情況等學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中各階段的表現(xiàn)來(lái)綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。并通過(guò)對(duì)各個(gè)考核點(diǎn)乘以不同的權(quán)重達(dá)到側(cè)重學(xué)生能力考核的目的。

（2）采取教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)和教學(xué)效果評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式對(duì)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行考核。對(duì)于教學(xué)過(guò)程考核評(píng)價(jià)：通過(guò)課堂表現(xiàn)、階段性考試、與學(xué)生溝通及答疑形成知識(shí)掌握情況反饋；通過(guò)實(shí)驗(yàn)完成情況形成技能掌握情況反饋。通過(guò)學(xué)生評(píng)教、督導(dǎo)評(píng)教、同行評(píng)教、試卷剖析以及問(wèn)卷調(diào)查形成教學(xué)效果評(píng)價(jià)。最后通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果督促教師進(jìn)行教學(xué)反思，不斷改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)、調(diào)整教學(xué)策略、優(yōu)化教學(xué)過(guò)程。

3 結(jié)語(yǔ)

探究基于OBE理念的“電子技術(shù)”課程建設(shè)。在OBE理念的指導(dǎo)下確立了課程目標(biāo)，根據(jù)課程現(xiàn)狀并研究提升達(dá)成度的教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，構(gòu)建多樣化的教學(xué)模式、設(shè)置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、搭建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)以及構(gòu)建多元化考核機(jī)制。從教學(xué)效果看，基于OBE理念的“電子技術(shù)”課程建設(shè)不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，提升理解能力及創(chuàng)新能力，而且能有效提升達(dá)成度。