基于OBE理念的數字邏輯課程多課堂協同模式的改革與實踐

摘要： 通過在電子信息類基礎課程數字邏輯中應用OBE教學理念，基于素質課堂構建了線上課堂、線下課堂、實踐課堂的協同應用模式。在同期不同班級分別開展傳統教學和多課堂協同模式教學，從兩種教學模式的課程目標達成度的相關分析可以看出多課堂協同模式不僅具有較強的適應性，而且在培養學生的學習能力上更具優勢，有利于提升學生解決復雜工程問題的能力，更有助于進一步培養學生的創新意識和綜合素質。經過實踐應用，基于OBE理念的多課堂協同模式在培養應用型高素質人才方面具有積極意義，在工科核心基礎課程的建設上具備一定的推廣價值。

關鍵詞：OBE教學理念；多課堂協同；創新意識

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1008-4657（2024）02-0083-08

0? ? ? ? 引言

數字邏輯是電子信息類專業技術基礎課程，是一門理論與實踐集于一身的綜合性課程，也是培養復雜工程實踐能力的一門核心基礎課。該課程面向電子信息類本科低年級開設，課程中培養的數字系統分析和設計能力對學生后續專業課的學習至關重要，是支持專業系統能力培養的核心學科基礎課，也是培養學生復雜工程實踐能力的入門級課程。傳統的課程教學中存在著一些問題，如有限的課堂學時里滿堂灌，學生不能及時消化所學知識；又如實驗部分所用技術工具與行業前沿技術脫節等。為貫徹落實黨中央、國務院重大決策，主動適應我國經濟發展新常態，適應區域產業轉型需求，主動融入產業轉型升級和創新驅動發展［ 1 ］。以及全面提高高校服務區域經濟社會發展和創新驅動發展的能力［ 2 ］，許多教師在課程教學和實踐內容方面進行了一系列創新性的嘗試和實踐。李如春等［ 3 ］人提出的傳統課堂、課外學習課堂、實踐課堂三個課堂相互協同。王黨輝等［ 4 ］人針對計算機本科專業數字邏輯設計課程教學中面臨的教學與實踐內容相脫節的問題，探討了面向計算機專業的包括理論課教學內容和實驗內容的數字邏輯課程架構。本文提出了一種基于OBE（Outcomes-based? ?Education）理念的多課堂協同教學模式。以學生的學習成果作為教學導向，構建了以素質課堂為中心，將線上課堂、線下課堂、實踐課堂進行協同應用，通過設計的教學流程能夠有效提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力，促進學生主動適應社會需求，真正做到以學生為中心，最大化發揮出工科核心基礎課程的育人作用。

1? ? ? ?教學模式的提出

OBE教育的概念被應用于課程教學中，是根據課程目標達成能力目標要求。采用逆向設計原則，設計相應的學習工作過程、明確課程學習目標、制定教學實踐內容、設計教學實踐過程、評價教學效果等，不斷提高課程教學質量。實現以學生為中心的教學模式，強調以學生的學習成果作為驅動教學運行的動力。應該說OBE理念對于培養工科專業學生的要求除了分析和解決問題的能力以外，還特別強調了培養學生的創新和項目團隊管理等能力。

綜合考察國內先進院校的教學手段、教學方法，研究課程目標如何適應地方區域產業轉型需求、應用型人才培養定位以及結合了在特殊時期經歷的由線下向線上教學轉變的契機，在后續開展的課程中改革了實驗方法手段，并陸續錄制了部分微課知識點視頻、實驗講解視頻等。綜合以上OBE教學理念以及混合式的教學模式，近年來課程教學進行了基于OBE理念的數字邏輯課程多課堂協同模式的改革和實踐。

多課堂協同這種教學模式有效整合了各種相關學習資源要素，充分釋放了創新要素的活力，實現了教學過程中的協作創新［ 3 ］。本研究以數字邏輯課程為例，基于素質課堂構建了線上課堂、線下課堂、實踐課堂的協同應用模式。培養學生分析問題、解決問題的能力，數字思維以及邏輯建模能力。并且能夠有效地提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力，促進學生主動適應社會產業行業需求，真正做到以學生為中心，最終達成我們想要學生取得的學習成果。根據OBE理念以學生的最終學習成果為導向，遵循“興趣養成，仿真驗證，理實協同”的建設方法［ 5 ］，反向確立教學設計與教學實施，提出多課堂協同的教學模式，完善課程教學質量考核評價體系，并不斷進行動態反饋和改進［ 6 ］。由“重投入”向“重產出”“以教為中心”向“以學為中心”“重外部監管”向“重內部驅動”進行轉變，使學生更好地掌握數字技術相關的理論知識，具備數字思維和主動學習的能力，掌握新技術工具，培養計算機系統能力，主動適應產業行業發展需求。表1所示為以工科能力培養要求在本多課堂協同教學活動中的設計體現。

教學過程涵蓋從素質課堂、線上課堂、線下課堂、實踐課堂的協同應用進行設計。將對剛接觸學科知識的學生覺得晦澀難懂的計算機硬件基礎知識點以生動活潑的形式展現在學生面前，以培養學生分析問題、解決問題的能力為基準。實踐部分由易入難，由淺入深，最后加入開放性實驗內容，讓學生自選題目完成設計。以素質課堂為根本，按照“兩性一度”的要求執行課程教學活動，有效發揮學生的主觀能動性，激發學生的學習興趣，為學生的持續性學習打下良好基礎。多課堂協同教學模式如圖1所示，圍繞素質課堂，將線上課堂、線下課堂、實踐課堂進行協同應用。

根據學科大類教學特色選取課程教學模塊，由淺入深，由易到難，循序漸進，符合學生學習規律。將教學活動過程設計簡明展示如圖2所示。

“課前”線上課堂預習任務安排，可以系統學習慕課，可以學習微課知識點，“課中”線下課堂第一步也是激發學生的主觀能動性的一步，檢驗學生線上自主學習成效，可以小組討論、可以互動提問、也可以使用雨課堂教學工具發送習題功能，這一環節學習氣氛要遵循現階段學生學習心理，以活潑有趣的課堂氣氛為主，以便有效調動學生學習興趣。即時進行階段學情分析，根據學生的反饋情況還可以動態調整課程內容。線下課堂以理論應用，歸納總結、項目案例分析設計為主。在課堂中還可利用實踐工具隨時進行實驗驗證或設計，培養學生利用實踐驗證理論的務實的科學思維。教學氛圍活潑良好，能夠提升學生學習主動性。“課后”布置少許習題或者實踐作業有助于學生鞏固加深理論知識。

2? ? 教學模式實施過程

依據人才培養目標，以培養學生計算機系統能力、復雜工程實踐能力為目標，將教學大綱內容進行劃分，學時劃分線上、線下、實踐課堂，圍繞素質課堂，將線上課堂、線下課堂、實踐課堂有效協同，在有限的學時達到最大化、最優化的學習成效。

2.1? ? 素質課堂實施要點

素質課堂貫穿線上課堂、線下課堂、實踐課堂教學活動全過程，強化課程“思政性”。

挖掘課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全員全程全方位育人。在設計每章知識內容的教學目標的同時，也設計了思政目標，同時有相應的教學手段和教學策略來潛移默化課程思政元素。思政案例具備生動性和實際應用性。通過在理論講解中滲透思政教學元素，可以從不同的哲學角度輔助學生形成正確的人生觀、世界觀、價值觀，并強化其科學思維與創新力。課程思政內容一定是有正確的切入點，有效實際，具備親和力。如本課程中的設計案例要求用學過的內容設計進站指示系統，可以在其中融入思政元素讓學生明白法治社會必須遵守秩序，激發學生認知認同，潛移默化社會主義核心價值觀。在教學過程中強調但并不限于與數字系統相關的工程倫理、法律規定、職業規范、科學道德，培養學生的社會責任感和家國情懷，樹立學習強國，使命擔當的意識。

同時在教學活動全過程中，通過教師團隊的言傳身教，規范自身行為，以及學生角度的主動預習、新課討論、實踐加深、分組活動、報告撰寫等一系列學習過程活動培養學生縝密的邏輯思維以及文字、語言表達能力、具有踏實嚴謹的工匠精神、具備較強的實踐動手能力、培養樹立學生終身學習、實事求是、探索創新的科學精神。

以“邏輯函數化簡”知識點為例，圍繞素質課堂，將線上、實踐和線下課堂進行融合的教學設計過程如圖3所示。

該知識點的教學設計流程大致為：線下檢驗線上微課任務點學習成效（雨課堂、隨機提問等），總結要點。隨后引入“化簡的意義”，直觀意義為降低成本以及提高系統可靠性，并引導同學們認識到更深遠的意義，掌握這一知識有益于我國自主開發集成度更高的芯片。隨后利用實踐工具，向同學們展示搭建邏輯表達式化簡前后的兩個實驗電路，一繁一簡，最終獲得的結果卻是相同的邏輯功能。在使同學們對于化簡的意義有更直觀的認識的同時，潛移默化培養同學們隨時使用實踐工具完成驗證或者設計，培養學生求真務實、嚴謹的工作作風，更進一步養成創新思維。整個教學過程更為關注的是學生的學習能力，以及思維方式。

2.2? ? 線上課堂實施要點

選擇建設部分關鍵基礎知識點、課程重點、難點的線上微課資源，利用超星平臺的系統展示能力，搭建線上超星教學平臺，同步引導學生在慕課平臺根據自身情況學習選擇優質開放課程可以進行系統學習［ 7 ］。線上資源不受時間地點限制，學生可以依據自身情況有的放矢，利用碎片化時間，有選擇性地進行自主化、個性化學習［ 8 ］，幫助學生更好地理解和鞏固該課程的有關理論知識，再進入線下的應用和項目學習階段?？紤]到實驗手段的更新，在理論課程內容中適當地增添了硬件描述語言等的內容，并引導學生進一步進行自主學習。

2.3? ? 線下課堂實施要點

線下課堂內容首先簡要總結線上的重要理論及方法，可以采用提問、答疑、小組討論等形式，隨后利用學習目標、應用場景引入線下教學內容。線下內容以項目案例設計應用為主，學生活動有分組討論，小組互評等。線下課堂講解的項目案例，來源生活、回歸生活，引導學生轉變思維方法，也即要用“數字”的方法去思維。課堂章節總結時進行課堂習題練習，鑒于雨課堂教學輔助工具優越的互動能力，課堂練習互動使用雨課堂教學小程序工具發送課堂習題，鞏固章節重點，并立即進行階段性學情分析，創造活潑良好的學與教的氛圍，及時動態調整線下課堂內容。達到學有所獲，真正做到以學生發展為中心。

2.4? ? 實踐課堂實施要點

根據數字技術的發展趨勢，從人才培養目標出發，學生將所學到的知識與實際生活、生產等應用場景相結合，在完成基礎實驗的前提下學生可以進一步進行綜合性實驗和設計性實驗，扎實推進培養學生動手能力和解決實際問題的能力［ 9 ］。

依據新國發【2022】2號文的關于數字經濟引領的現代產業體系構建需求，地方產業的轉型已在日新月異的加快發展中。在數據爆炸的時代，FPGA以其靈活高效、可重復編程、高吞吐量和低延遲的特性，在人工智能、云計算、大數據、5G、自動駕駛和視覺處理等領域的應用越來越廣泛，勢必將成為新一輪科技創新中十分重要的加速引擎。選取以FPGA技術為導向的基于QuartusII的課程實驗實踐手段更加具有實踐和適應社會需求的實際意義，切實做到實踐技術與現代數字電子技術設計相銜接［ 10 ］，突出課程“創新性”。實踐過程可以讓學生從認識階段發展到會用階段，更加深刻領會數字電路原理，不僅可以以規范化的方式掌握特定功能的電路原理，并順應時代發展，掌握新技術和新設計方法。學生采用基于QuartusII的課程實驗手段進行數字電路系統設計［ 11 ］，不受傳統的實驗時間地點硬件限制，并可以進階完成創新訓練，較為綜合地進行新型的實驗教學模式，實驗結果和理論分析嚴絲合縫，滿足學生綜合能力培養和實踐能力培養的需求，能夠切實提高實驗教學效果。

實驗技術手段以FPGA開發工具QuartusII為實驗平臺，以兩種形式進行實驗項目，一種是原理圖輸入設計方式，一種是硬件描述語言設計方式（verilog），由易入難，由淺入深策劃驗證性、設計性、綜合性實驗。將QuartusII軟件的基本使用以及部分有關的實驗內容錄制成微課視頻，上傳至線上，學生可依據自身情況自主學習并進行同步實踐練習。理論課程過程中也可以隨時借助實驗工具進行仿真驗證，幫助學生對教學內容進行直觀的感受，如前文提及的代數法化簡知識點，化簡意義引入時，利用的原理圖法搭建兩個輸出邏輯功能一模一樣的化簡前和化簡后的電路，對比這兩個電路結構以及邏輯功能，直觀引入代數法化簡的意義，入眼入心。諸如此類的教學設計方法可以讓學生在短暫有限的課堂學習時間中進行高效率，高質量的學習。

課程建設期間在實踐過程中加入了開放性實驗，讓學生自擬題目完成設計，有效發揮學生的主觀能動性，對于完成此項目的學生達成度進行評價，可以從項目的難易程度，理論結合實際的實現，應用需求場景，能力的拓展，對項目的闡述表述能力等幾方面進行，并納入實踐考核評價成績占比中。提高課程“高階性”和增加課程的“挑戰度”。

2.5? ? 考評環節

2.5.1? ? 師評生

加大過程化考核占比，注重學生學習過程，注重綜合能力的培養，培養學習的主觀能動性。如下表2為師評生考核指標。

2.5.2? ? 生評師

通過無記名的調查問卷形式發放收集學生評價反饋意見，從線上線下課程資源、教師師風、教師教學方法、實踐教學內容、是否學有所獲、改進意見等方面了解課程改革學生滿意度，及時動態調整線上資源和線下教學、實踐內容，實現教學閉環、持續改進課程教學，真正體現以學生為中心。如下表3所示為生評師考核指標。

3? ? 課程實施的基本成效與目標達成度

為研究該教學模式的基本成效，在近期選擇了同期的兩個班級分別實施以注重學生學習能力培養的多課堂協同模式的教學以及以教師為主體的講—做—練的傳統模式教學。課程結束后從學生評價以及學生后續展現出的持續學習的能力等方面進行比對和總結。

1.以學生發展為中心，通過無記名的調查問卷形式發放收集學生評價反饋意見，按五級分制從線上線下課程資源、教師師風、教師教學方法、實踐教學內容、是否學有所獲、改進意見等方面了解課程教學的學生滿意度。圖4為兩個班級的生評師問卷的部分數據對比，數據表明在多課堂協同模式的班級滿意度平均值有較為顯著的提升。

2.多課堂協同模式的教學班級學生在授課期間以及后續的專業學習、學科競賽中的表現以及展現出的對科研的興趣也有較為明顯的提升，多課堂協同模式的教學方式較好地調動了學生的學習積極性和主動性，活潑良好的教學氛圍使得學生有較高的興致參與自主學習、課堂討論等學習活動中。通過反饋評價，以及在最終的自主實踐項目中體現出的絕大部分學生能夠更好地利用常用的邏輯芯片獨立自主或團隊合作完成小型數字系統設計，說明學生基本具備初步的復雜工程實踐能力基礎。

圖5為兩個班級的課程培養能力目標達成度的分布圖，可以看出兩個班級在課程目標達成度上有著較為明顯的差異。采用了多課堂協同教學模式的班級，通過精心設計規劃教學流程，素質課堂、線上課堂、線下課堂、實踐課堂的有機整合，提高了學生的學習興趣，增強了學生的自主學習能力，最終更具優勢地達成了課程教學目標，有效提升學生的創新意識。綜上說明基于OBE理念的多課堂協同模式的教學模式實施初見成效。課程授課對象在授課期間以及后續的專業學習、在學科競賽中的表現以及所展現出的對科學研究的興趣，反映出在多課堂教學模式的教學活動中同學們已經清晰地認識到主動學習、專業學習、應用創新對未來發展的重要性。

4? ? 結語

基于OBE理念的數字邏輯課程多課堂協同模式的教學模式為適應新時期應用型本科人才培養的需要，努力提高教育教學質量，以OBE 理念為指引，從課程教學目標優化、教學與實踐內容的優化、課程考核方法的優化加大過程性考核力度等方面，以素質課堂為基準，持續構建線上課堂，線下課堂以及實踐課堂協同應用的教學模式。多課堂協同的教學模式能夠有效提升學生的學習興趣，促進學生的自主學習能力，對學生專業能力和綜合素質以及務實的科學態度和創新能力的培養都具備積極意義，在培養應用型高素質人才方面具有積極意義，在工科核心基礎課程的建設上具備一定的推廣價值。多課堂協同的教學模式旨在有限學時內達到最優化的教學效果［ 12 ］，進一步發掘課程相關教育資源，堅守“為黨育人、為國育才”初心使命，更大程度地發揮課堂育人的主渠道作用［ 13 ］。

參考文獻：

［1］國務院.關于支持貴州在新時代西部大開發上闖新路的意見［N］.人民日報，2022-01-27（01）.

［2］教育部，國家發展改革委，財政部.引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見［EB/OL］.（2015-10-23）［2023-01-30］. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A03/moe_1892/moe_630/201511/t20151113_218942.html.

［3］李如春，金燕.數字電路與數字邏輯課程多課堂協同教學模式改革［J］.計算機教育，2020（1）：164-167.

［4］王黨輝，韓茹，黃小平，等.計算機專業數字邏輯設計課程建設的探索與實踐［J］.計算機教育，2018（8）：86-90.

［5］張婧婧，李勇偉，王磊，等.嵌入式技術課程群的多范式教學改革［J］.計算機教育，2020（1）：127-130.

［6］趙桂清，常路彪.基于需求導向的“新工科”人才培養模式［J］.西部素質教育，2019，5（16）：180-181.

［7］顏素莉，陳賢卿，汪勁.基于“學習金字塔”理論開展自學課堂的教學實踐與探索［J］.計算機時代，2018（12）：80-83.

［8］朱正東，田靖軒，張小雨.MOOC混合教學模式及其在數字邏輯電路課程中的應用［J］.計算機教育，2018（7）：100-103.

［9］張憲紅，黃成哲，楊澤雪，等.面向工程教育認證的畢業要求實施機制研究［J］.現代信息科技，2019，3（4）：189-191.

［10］凌味未，馬文英，姚堯，等.基于工程教育認證機制的FPGA課程改革研究和實踐［J］.考試周刊，2018（1）：9.

［11］肖杰，李強，龍勝春，等.數字邏輯電路課程設計實驗教學改革與實踐［J］.計算機教育，2018（5）：71-75.

［12］欒嵐.淺析應用型本科計算機類專業課程中如何有效融合思政教育［J］.科學咨詢（教育科研），2019（12）：28-29.

［13］李超.淺析思政教育傳統優勢與專業課育人深度融合路徑［J］.教育教學論壇，2019（22）：44-45.

Reform and Practice of Multi-classroom Collaborative Mode

of Digital Logic Course Based on the Concept of OBE

LUAN? Lan

（School of Computer and Information Engineering， Guizhou University of Commerce，Guiyang 550061， China）

Abstract：Through applying the OBE teaching concept in the digital logic of the basic course of electronic information， the collaborative application mode of online classroom， offline classroom and practice classroom is constructed based on the quality classroom. Traditional teaching and multi-classroom collaborative teaching are carried out in different classes at the same time respectively. From the correlation analysis of the achievement of course objectives of the two teaching modes， it can be seen that the multi-classroom collaborative mode not only has strong adaptability， but also has more advantages in cultivating students' learning ability， which is conducive to improving students' ability to solve complex engineering problems， and further cultivating students' innovative consciousness and comprehensive quality. Through practical application， the multi-classroom collaborative mode based on OBE concept has positive significance in cultivating applied high-quality talents， and has certain promotional value in the construction of engineering core basic courses.

Key words：OBE teaching concept；multi-classroom collaborative mode；training of practical talents

［責任編輯：鄭筆耕］