基于OBE的電氣類專業課程教學改革研究
——以“數字電子技術”課程為例

王麗娟 葉 華

湖南文理學院計算機與電氣工程學院 湖南常德 425000

目前,基于OBE(Outcomes-based Education)的教學理念成為教學改革研究的熱點領域,眾多專家學者提出了許多該領域行之有效的教改方案,并在基礎教育改革中得到應用[1]。OBE作為一種先進的教學理念目前已被眾多高校廣泛接受[2],在工程認證領域,對OBE教學理念也十分重視。我國作為《華盛頓協議》的成員國,工程教育與國際一流標準接軌[3],因此,OBE的教學理念在我國高校的課程教學改革中也極為重要。通常認為OBE 教育理念主要包括三個方面[4]:第一,教學不再以教師的“教”為主,而是以學生的“學”為中心;第二,不再以期末考試成績為目標,而是以學習成果為導向;第三,“教—學—評價—改進”各環節形成一個閉環,不斷持續改進。三大理念逐漸深入人心并落實到日常教學活動中。OBE教育理念以學生的學習產出作為教學的目標,強調學習成果,以此為驅動,對教學活動和評價標準進行反向設計。因此,構建科學合理的課程教學評價體系對學習成果進行規范化評估,是OBE教育理念需要解決的關鍵環節[5]。本文以“數字電子技術”課程為例,探討基于OBE理念的教學改革在電氣類專業基礎課程教學中的應用。

1 課程現狀及OBE教學改革

“數字電子技術”是電氣工程類各專業必修的專業基礎課,主要教學內容包括數字電路基本知識、邏輯代數的基本理論、常用芯片的工作原理,重點探討數字電路分析與設計的方法。“數字電子技術”課程教學方法上,主要采用教師的理論講解與實驗相結合的模式,通過該門課程的學習,學生將數字電路的相關基礎知識以及元器件的工作原理,能運用數字電路原理和計算機專業知識,針對電氣類及應用領域的一般硬件問題,能理解并掌握其邏輯含義;能熟練運用基本知識和理論對各類數字電路進行分析并進行準確的評價和合理的優化,利用數字電路的基本原理對電氣類及其應用領域的一般硬件問題進行表達;能根據客戶提出的功能與使用要求用合適的集成電路芯片完成各種邏輯部件的設計,針對特定需求進行簡單電路設計和電路模塊設計,并能在設計中體現出一定創新意識。除此之外,該門課程的學習還要為學習“單片機原理”“自動控制原理”“計算機組成與系統結構”“微機原理”等后續課程奠定必要基礎。在課程教學過程中發現,大部分學生識記類知識掌握得較好,能夠掌握數字電路的基本概念和常用元器件的工作原理,但這種知識的掌握具有割裂性,并不系統,在面對具體的電路問題時往往無法解決,體現了目前的課程學習方式難以讓學生將所學電路的理論知識轉換為解決電路問題的能力。綜合分析近幾年該門課程的學情,“數字電子技術”課程教學活動與考核評價方面均存在一定的不足,主要體現在以下三個方面:

(1)在傳統教學活動中,通常以教師的“教”為中心,教學以教師講授為主,導致學生學習的主觀能動性較低;重視教學目標,忽視學習成果,強調教師是否嚴格按大綱要求完成了課程的講授,而不關心學生到底學到了什么,忽略了學生應用所學知識解決問題能力的培養,而對于“數字電子技術”這樣的工程實踐性很強的課程,只滿足于教師課堂講授的理論知識,學生不能積極主動地發現電路問題并嘗試著手解決問題是很不夠的,這也就導致學生對該門課程的學習淺嘗輒止,不能夠理論聯系實踐解決簡單的電路問題,在很大程度上打消學生的學習積極性,學生很難從該門課程的學習中獲得成就感,更不能挑戰更復雜的電路分析與設計,對學生的應用能力和創新能力的培養都會有一定的影響,導致該門課程的產出極少,達不到目前階段的學習效果。

(2)課程考核評價方式較為單一,通常是以期末考試為主,以出勤率等為輔的平時成績的方式進行期末總評。然而,僅憑一張試卷難免失之偏頗,缺少對學生學習成果進行綜合考核評價,很難反映出學生該門課程的真實學習情況。學生對“數字電子技術”課程的學習目標會定位為只要期末考試及格即可,這樣的學習目標顯然會使學生忽視學習的過程,失去對學習過程的監控,教師很難準確把握學生的學情,也就不能夠即時調整授課策略,做到精準施教,讓教師的教學效果和學生的學習效果均會變得很不理想。

(3)缺少課程質量評價體系和持續改進策略。目前,教育界有一個共識,教學過程應該是個持續改進的過程,通過監控教學過程,用科學合理的課程質量評價體系對該門課程的教學進行評價,形成各階段的過程文檔,指導課程下一個階段的教學活動。目前,很多專家和學者對教改依然在探討行之有效的質量評價體系,但是我們不能期望一套體系能夠應用到所有的課程教學中,不同的課程教學質量評價體系要能夠充分體現該門課程的教學特點。例如“數字電子技術”這門課程,重點在于學生分析電路和設計電路能力的培養,只有通過評價找到“數字電子技術”課程教學中需要改進的地方,不斷積累經驗,才能讓教師的教與學生的學均得到持續改進,以此形成一個正反饋的閉環,實現教學相長。

基于OBE理念的教學模式與傳統教學模式有明顯的區別,OBE理念在“數字電子技術”課程教學改革中要求教師以學生獲得學習成果為目標(Learning outcomes)開展教學。首先,需要確定課程產出。學生了解當前數字電子技術的最新前沿技術,系統掌握數字電路分析和設計的基本方法。通過“數字電子技術”課程的學習,學生能具備數字電路理論基礎,能對簡單電路進行分析和設計,并為以后復雜電路的分析和設計奠定基礎。其次,學習目標的達成。教學始終是課程學習中最重要的環節,因此,在教學設計中,尤其要關注學生通過該課程的學習能學到什么,針對教學產出要求中的每一個知識點,實時調整,靈活的制定教學策略。

2 基于OBE的課程目標對畢業要求指標點的支撐

按照電氣類專業人才培養要求,參照各專業培養方案中課程體系與培養要求的對應關系矩陣,通過“數字電子技術”課程的學習和實訓,學生在知識、能力和素質培養等方面應該達到下列要求(如表1):

表1 課程目標與畢業要求指標點對應關系

課程目標1:能夠掌握邏輯代數的內涵和運算規則;掌握門電路、觸發器等常用邏輯功能部件的工作原理及特性;能夠在電路分析和設計中針對具體的處理對象正確使用邏輯代數工具和常見邏輯功能部件。(支撐指標點1.2運用數字電路原理和計算機專業知識,針對計算機及應用領域的一般硬件問題,能理解并掌握其邏輯含義。)

課程目標2:能運用組合邏輯電路分析和設計的方法和步驟、時序邏輯電路的分析和設計的方法與步驟對功能電路進行分析和設計,分析系統的影響因素,能選用適當的數字電路模型對系統中的特定問題進行表示,并分析其正確性。(支撐指標點2.2能利用數字電路的基本原理對計算機及其應用領域的一般硬件問題進行表達。)

課程目標3:針對特定需求設計實驗對系統功能和模塊功能進行驗證,通過數據的采集、比對、分析加深對已學知識的認識,綜合應用已學知識。(支撐指標點3.2能針對特定需求進行簡單電路設計和電路模塊設計,并能在設計中體現出一定創新意識。)

課程目標與畢業要求指標點的對應關系如表1所示:

3 基于OBE的課程考核及成績評定

“數字電子技術”課程傳統的考核方式較為單一,通常是以期末考試為主,平時成績占比較小,而且成績構成很難體現過程控制的特點,僅憑期末考試試卷的成績很難客觀準確評價學生該課程的真實學習情況,缺乏過程性文檔,不能做到多角度綜合考核,對學生學習結果的評價會有失偏頗。所以,我們對“數字電子技術”的考核和成績評定做出了一定的改革,讓平時成績在總成績的占比加大,考核方式也多樣化,嚴格規范課程的過程考核。

3.1 考核方法

本課程考核采用平時成績+實驗成績+期末考試的綜合考核方式,即:

總成績=平時成績×30%+實驗成績×20%+期末考試成績×50%

平時成績分為3部分:課后作業(10%)、課堂測試(10%)、平時表現(包括討論和發言等占10%)。

各考核環節及權重如表2所示。這些環節和權重并非一成不變,它會根據學生各階段學習成果進行重新定義。

表2 考核環節及權重表

3.2 考核內容及評價標準

(1)實驗成績:占總成績的20%,分為8次實驗,每次評分施行百分制,評分內容包括到課、課堂表現、實際操作和實驗報告。

(2)期末考試:占總成績50%,閉卷考試,考試時間120分鐘,成績采用百分制,卷面成績總分100分,考試范圍包括所有課程目標。

(3)課堂測試:占總成績的10%,每次課程結束后通過雨課堂進行線上小測試。

(4)平時表現:結合隨機點名考勤和互動(課堂提問和討論發言),每名學生不少于5次。

(5)課后作業:占總成績的10%。本門課程每章均布置作業,布置次數不低于5次。

(6)按照工程教育認證標準和學校人才培養要求,考核以學生能力是否有效達成為基準。

(7)考核周期為一個學年。評價結果同步反饋,使課程教學環節中的不足得以及時修正,促進教學效果的持續改進,課程考核成績評價每學年進行1次。

4 課程質量評價和持續改進

課程的質量評價是教學過程中非常重要的環節,可以找出課程教學過程中的不足,幫助教師對課程教學進行持續改進。質量評價是一種手段,持續改進才是目的,可以讓該門課程教與學的效果均得到不斷改善。由專家、同行、學生對該課程教學效果作出定性和定量評價,并形成相關的文檔,便于對該門課程進行持續跟蹤。課程負責人要認真對待反饋意見,針對評價結果中的具體問題思考解決方案。教師對學生的學習成果進行評價和分析;對教學過程中存在的薄弱環節進行深入分析,并提出可行的持續改進建議。我們在“數字電子技術”的教學中嘗試了一種簡明有效的課程目標評價方法,具體如下:

將某學期學習數字電子技術的所有學生樣本進行整體分析:平均達成度=(∑參與課程學習學生評價值)/學生總數;面向單個學生則有:目標達成度=(∑考核各環節得分數×權重)/總分值;對課程目標未達成的學生,通過溝通交流和進一步專題輔導,分析問題,幫助學生達成課程目標,在解決問題的過程中進一步完善教學內容及方法。

結語

OBE教育理念要求“以學生為中心、以成果為導向”,根據學生的學習結果,動態調節教學活動,進行持續改進,不斷優化。因此,如何準確做好學習結果的評估是OBE教育模式的關鍵。基于產出的教學理念尤其適合工科類課程的教學學習,本文以電氣類專業基礎課程“數字電子技術”為例,通過分解課程目標對畢業要求指標點的支撐,優化了基于OBE的課程考核及成績評定方法,提出了課程質量評價和持續改進方案,可有效評估課程OBE教學目標的達成度。通過在“數字電子技術”課程中引入OBE教學理念,進一步明確規范了該門課程在學生專業知識、實踐能力、綜合素質等方面的教學要求,以此教師的教學要求更加明確,學生的學習目標也更加清晰。學生有明確的學習目標,學習積極性有顯著提高,能夠針對性地分析電路,并對某些電路提出自己的改進意見;能夠結合自己所學的電路理論,通過分析電路得出的經驗來進行簡單電路的設計,部分學生對電路設計產生濃厚興趣,積極參加學校組織的電子設計大賽,進行復雜電路的設計并取得了較好的成績。當然,本方法還存在一定的不足,下一步優化的方向擬增加動態評價因子,引進學生的學習成長因素等。