基于學習產出的電子系統設計綜合實踐課程教改研究

陳婷婷 修麗梅 陳曉丹

摘?要：本文在分析電子系統設計課程重要性的基礎上，提出了一種基于教學產出（OBE）教育模式的教學改革方案。該方案將傳統教學模式與開放式教學相結合，教學過程與學科競賽相結合，豐富完善了成果評價機制，并提供了學習活動與學科競賽相結合的具體方案，實現了電子系統設計課程以成果為導向的教學方法、執行過程和考核方式改革。

關鍵詞：學習產出；開放實驗；學科競賽；考核方式

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.12.085

電子系統設計是工科電子通信類本科教學中一門重要的綜合技術應用型實踐課程，該課程在講授現代電子系統設計的設計方法及基本流程和電子系統設計自動化概念及EDA仿真工具的基礎上，引導學生進行具有一定復合功能的電子系統設計。開設電子系統設計課程的目的在于提高學生的電子工程設計素養，培養學生的電子工程應用、設計、創新能力，引導學生順利地由書本走向工程實踐，更好地適應市場對相關專業人才的需求，對學生工程實踐能力和創新能力的培養具有重要意義。

電子系統設計課程綜合性強，要求學生以電子技術基礎類課程、單片機類課程為知識基礎，以基本編程語言、電子設計相關EDA輔助工具為技術支撐，熟練掌握基本電子測量工具和電子系統設計調試流程，對學生的專業知識和綜合應用能力有極高的要求。因此，為了達到預期的教學效果，電子系統設計課程的教學過程設計就顯得尤為重要。

1?基于學習產出的電子系統設計課程設計框架

基于學習產出的教育模式（Outcomes-based?Education，OBE），也被稱為成果導向教育，是由美國著名學者Spady提出的高等教育改革理念，是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式。OBE理念的三個核心要素分別為以學生為中心、以成果為導向和針對學習成果持續改進。其中，以學生為中心是宗旨，成果導向是要求，持續改進是機制。這與工程教育認證的基本要求不謀而合，對電子系統設計這類綜合實踐課程的教學過程設計有十分重要的指導意義。

電子系統設計課程應滿足的畢業要求包括工程知識、設計/開發解決方案、使用當代工具等技術因素和個人與團隊、項目管理等非技術因素。因此，基于OBE的電子系統設計課程的教學過程設計應該以上述畢業要求為出發點，將逆向設計與正向實施相結合，從教學內容設置、學習活動設計、學習效果評價等方面開展研究，充分體現以學生為中心和以成果為導向的教育理念，實現教學效果最優化。基于OBE的電子系統設計課程教學過程設計框架如圖1所示。

圖1?課程教學過程設計框架

如圖1所示，在電子系統設計課程的教學過程中，為了充分體現OBE教學理念，并與工程教育認證的基本要求相契合，課程的教學改革研究主要立足以下幾方面進行開展。

（1）層次化、內驅式教學內容設計。將教學內容與工程實際相結合，設計有難度區分度的實踐案例應用于日常教學，并將教學內容與課內學科競賽相結合，充分調動學生的積極性。

（2）多元化、復合式教學活動組織。采用混合式教學模式，結合實驗室開放和口袋實驗平臺，打破硬件類實踐課程受場地限制的壁壘，充分激發學生的創新能力。

（3）多角度、全過程成果評價機制構建。教學過程設置考核節點，以項目管理的形式綜合評定各組學生中期檢查、結題答辯、設計效果演示和文檔撰寫的質量，并引入學生自評、互評環節，以達到更全面、合理、公平地對學生進行學習效果評估的目的。

2?層次化、內驅式教學內容設計

電子系統設計課程目前普遍采用項目式的教學內容設計，但仍然存在課題內容與工程實踐脫節、系統功能單一、缺乏任務層次和難度差異等問題，又因為激勵機制不強，容易導致學生主觀能動性差、人云亦云的學習狀態。本文提倡通過層次化、內驅式的教學內容設計和與課程有機結合的學科競賽設計充分調動學生的學習積極性，改變學習現狀。

2.1?層次化設置教學內容

電子系統設計課程的教學內容是具有一定功能的特定硬件系統開發全過程，包括硬件電路的設計、硬件電路的制作調試、軟件應用程序的編寫調試、軟硬件聯調等4大部分。在進行具體教學內容設計時，應該在確定項目應實現的基本功能基礎上，增設若干擴展或附加功能對教學內容進行擴充，以半開放式的教學內容設計吸引學生、調動學生。

以“步進電機精密控制系統設計”項目為例。該項目的基本要求為：完成系統器件選型和電路設計，繪制系統電路原理圖和PCB版圖，完成硬件電路制作與調試，通過編程實現單片機對步進電機的全步正轉、反轉控制。該項目的擴展要求為：（1）在基本功能基礎上實現通過單片機隊步進電機1/2細分正轉、反轉控制；（2）在細分控制基礎上實現步進電機轉速計算并顯示功能；（3）在計算顯示功能基礎上實現通過紅外遙控的形式對步進電機進行動控制。在規定時間內完成基本要求可以獲得及格成績，在此基礎上，每完成一項擴展要求成績即可獲得遞增。學生如果有額外的個性化設計還可以獲得更多加分。

考慮不同層次學生的學習需求，以學生為中心設計教學內容，既能保證大多數學生完成基本設計取得學分，又能為頭部學生提供更大的發揮空間，有利于激發學生的主觀能動性，培養創新意識。

2.2?學科競賽機制提升內驅力

除了層次化設置課程的設計任務外，基于電子系統設計課程對知識和技能有深度和廣度要求的特點，將教學過程與學科競賽相結合也是有效提升學生內驅力，達成更好學習效果的途徑。

由于電子系統設計屬于綜合設計實踐類課程，可直接以課程規定的項目設計任務為學科競賽題目，以學生完成課題項目的分組為參賽單元，在課程結課時提交課程設計作業為競賽作品，由教師和學生共同組成評審團隊，根據各學生組的電路設計、系統功能開發、系統演示及現場答辯情況給出評定成績，并按照評定成績排序授獎。具體實施辦法可參考如下：

（1）評審團隊由每個學生競賽組的一名學生和課程組全部教師構成，其中，教師團隊給出的平均成績占總評成績的70%，學生代表給出的平均成績占總評成績的30%；

（2）以硬件電路和軟件應用程序設計（對所學知識的掌握程度、自主設計程度）、現場演示效果（完成功能數量、精度、錯誤率）和答辯情況（答辯PPT的繪制、課題講解的清晰程度、回答問題情況）3項內容為評審標準，3項所占比重分別為30％、40％和30％；

（3）名次評定以班為單位，每班一、二、三等獎各一組，條件允許的情況下可以給予獲獎團隊一定的物質獎勵。

3?多元化、復合式教學活動組織

“互聯網+”技術的發展，改變了傳統的知識傳授和獲取的模式，原來的以教師教授為中心轉變成了以學生自主學習為主、教師引導輔助的形式。在知識大爆炸的時代，學生可以通過網絡獲取豐富的高質量學習資源，在這樣的大背景下，電子系統設計課程只有從傳統教學模式轉變為線上線下融合的混合式教學模式，才能將實驗室內有限的課堂時間實現利用率最大化。即項目資料、基本測量儀器操作方法、考核要求等內容都以電子文檔或視頻的形式設置于線上教學環節，繪圖、仿真等只依靠計算機就可完成的學習任務也不過多占用實驗室的線下教學時間，線下教學環節的時間主要用于學生進行系統測試、電路制作、軟硬件聯調等工作。

此外，電子系統設計屬于綜合實踐類課程，教學過程以教師引導為輔、學生實操為主。由于課程包含硬件電路設計部分的項目任務，教學實施過程需要實驗室的硬件設備作支撐，課程的教學過程無法完全打破場地限制的壁壘。因此，充分利用開放實驗室的管理機制，采用集中教學與開放式教學相結合的教學活動組織形式，可以將教師和學生從課程設計集中教學周期中解放出來，讓學生可以充分利用自己的碎片時間，循序漸進地完成項目任務。還可以選擇新興的口袋實驗平臺，結合基于計算機的虛擬儀器，將硬件調試環節帶出實驗室。

以采用傳統的集中教學形式，為期2周的電子系統設計課程為例，如果將集中教學與開放式教學相結合，可參考如下實施方案。

（1）課程開課初期安排一至兩次集中教學（建議4～6學時），以供教師與學生充分討論項目設計方案、實施方法可行性等。

（2）在規定時間內（建議6～8周），學生根據本小組的實際情況自行安排時間推進項目，要求在此期間每位學生在實驗室進行項目開發的次數不少于5次，累計學時不少于20學時，學生上機次數和時間進行考勤統計，上機次數和累計學時少于規定視為不及格。

（3）在組織開放式教學活動的過程中，教師每周固定時間在實驗室安排集中答疑1次，學生可以根據自己項目的實際進展情況選擇是否參加集中答疑。

（4）課程進行過程中和課程結束時，安排兩次集中教學，以小組現場展示及答辯形式組織中期檢查和結題答辯。

4?多角度、全過程成果評價機制構建

僅依靠課程項目最終呈現的演示效果和設計報告對學生的學習效果進行成績評定不能準確反應學生在學習過程中的精力投入和技術能力，只有從任課教師、學生自身、競爭對手等多角度出發，針對課程開展全過程考核，合理設置考核方式，才能公正、客觀地完成成果評價，并有效激發學生學習熱情、提高學習質量。

電子系統設計課程的設計和實驗環節是以分組形式進行的，如果仍然按照傳統方式，在集中答辯環節或者實驗考核現場主要依賴指導教師的主觀評價，公正性難以把控。為了更加真實客觀地評獎學生的學習效果，應該采取更多視角，增加不同身份的人員參與成果評價。例如，為了客觀評價學生在中期檢查和結題答辯過程中的表現，可以在這兩個節點設置學生評委，增設同行打分環節。還可以在分組設計和實驗過程中，安排同組學生從多個維度，根據自己的設計和實驗表現進行自我評價，并通過學生的自評記錄獲得電子系統設計課程持續改進的數據信息。學生的自評記錄可參考表1進行設計。

此外，為了配合在教學過程中穿插的學科競賽和開放式的教學設置，在考慮學生上機次數時長和設計報告質量的基礎上，應根據項目內容設置多個考查節點，對學生的學習情況進行過程性考核。具體的過程考查節點應該包括電路仿真結果演示、電路原理圖/PCB版圖設計效果、硬件電路焊接質量及調試結果、整機功能演示、中期檢查和結課答辯6部分。

5?結論

電子系統設計類綜合設計實踐教學課程在學生能力培養和綜合素質提高方面具有不可替代的作用，為學生基本工程師素養和科學工作作風的形成奠定了基礎。本文所提出的基于學習產出（OBE）的電子系統設計課程教學改革新模式，從教學內容、學習活動、成果評價3方面進行了以學生為中心、以成果為導向、適應工程教育認證的課程教學設計研究，并在付諸實踐后取得了良好的教學效果。

參考文獻

［1］潘克修.“電子系統綜合設計”?實驗課程的教學[J].電氣電子教學學報，2012，34（6）：5455，79.

[2]肖忠.《電子系統設計》課程教學方法的探討[J].科技信息，2011，（26）：135137.

[3]李德興，韓紹程，高歡，等.基于?OBE?的電子技術實驗混合式一流課程建設[J].實驗室科學，2023，26（4）：8185.

[4]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）：2737.

[5]陳曉輝，王生懷.“新工科”與“OBE”融合的“測控電路”課程教學探析[J].文教藝術，2023，（9）：100102.

[6]芮賢義，陳小平.OBE?理念下“電子系統設計”課程改革與實踐[J].電氣電子教學學報，2023，45（2）：5558.

[7]王春杰，尹金良，付強，等.基于OBE理念的電力電子課程設計教學研究[J].電氣電子教學學報，2023，45（5）：219222.