“电子工程设计”实践教学评价体系的建立与实施

晏 涌, 刘学君, 亢 勇, 蓝 波, 周义明

(1. 北京石油化工学院 信息工程学院, 北京 102617；2. 北京石油化工学院 安全工程学院, 北京 102617)

2010年,我校成为全国首批61所“卓越工程师教育培养计划”试点高校,也是北京地区10所获批高校中唯一的一所地方本科院校,其自动化专业进入首批试点专业[1]。工程教育认证的核心是实施成果导向教育,参加认证专业必须明确毕业要求,按毕业要求安排教学活动,并对毕业要求的达成情况进行评价[2-3]。毕业要求达成度评价是围绕工程教育专业认证“以学生为中心、基于成果导向、持续改进”的理念,对学生达到毕业要求、达成人才培养目标的程度开展评价,构建合理、有效的评价体系是有序开展评价、有效体现评价结果的保证[4-8]。支撑毕业要求的课程体系以及每一项毕业要求与相关支撑课程的对应关系及权重的确定是实现定量评价的基础。工程实践能力的培养贯穿于专业培养体系的课程中,尤其集中体现于实践课程,以自动化专业的核心实践课程“电子工程设计”为例,浅谈实践教学评价体系的建立及实施情况。

1 专业培养目标及课程教学目标

我校自动化专业的培养目标是培养“面向生产一线的自动化系统工程师”,该专业以解决自动化系统工程设计、产品集成、运行维护和技术服务复杂工程问题所需的工程能力培养为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,制定了完全覆盖工程教育认证的12项毕业要求以支撑培养目标。其中电子系统的综合设计能力是解决复杂工程问题所需的6项专业工程能力之一。为了支撑该能力的培养,自动化专业建立了电子技术基础课群,包括电路、模电、数电和电子工程设计4门课程。

电子工程设计课程旨在融合学生学过的电路、电子知识,并掌握项目实施过程中与实际工程相关的知识,培养学生分析解决问题的能力、实际动手的能力、信息资料的查询获取能力、自主学习的能力、文本撰写能力,以及良好沟通交流能力、团队合作意识和小型电子系统设计的工程理论素质,是培养自动化专业学生基本工程素质能力的核心实践类课程。

本课程的教学载体是小型温度测量与控制系统,要完成该系统的功能、结构、系统分析及设计、制作、检测、调试等全过程。主要任务是电子技术基础实验操作、印制电路板设计、焊接工艺训练、单元电路设计与调试、软硬件混合环境下的电路调试、电路故障的诊断与解决,积累电子系统设计的实际经验。根据训练内容和专业培养计划分为电子工程设计(I)、(II)2部分来实施。该系统分为变送器、A/D模块、控制模块、D/A

模块、显示、直流电源6大模块(见图1)[9]。内容分为2个阶段,第一阶段完成系统的前向通道设计、制作、调试,第二阶段完成后向通道的设计、制作、调试以及系统的统调。

图1 小型温度测量与控制系统的组成框图

2 课程评价体系的建立

教学活动分为课程体系、课程、教学环节3个层次,为此建立毕业要求的3级指标体系:毕业指标、指标点、教学要点。在课程层面,细化课程教学,设计课程教学内容、教学方式、考核方式等教学环节,制定以毕业要求指标点达成为目标的教学大纲,利用矩阵形式建立指标点与课程教学及考核环节的关联关系,利用具体、可操作的评估要点,才能进行有效的定量评估[10-12]。

2.1 考核指标体系建立

本课程支撑自动化专业毕业要求的9个二级指标点和22个教学要点,表1中给出课程对指标点的权重系数、考核环节、所占权重以及各考核方式对应二级指标点的权重系数,22个教学要点省略。本课程有4种考核方式,分别是仪器仪表使用(权重10%)、软硬件验收(权重60%)、报告撰写(权重10%)、过程评价(权重20%)。

表1考核环节与指标体系的关联关系

2.2 教学环节的考核标准

教学要点的实现程度决定了相关教学环节的教学质量,所以本专业以每门课程相关的指标点的教学要点合理设计教学环节,以教学要点的实现程度考核教学环节,制定了以教学要点达成度为考核目标的教学环节考核评分标准,教学要点考核得分除以设定满分即为教学要点达成度。电子工程设计的“软硬件验收”教学及考核环节的评分标准见表2。

表2“软硬件验收”评分标准

2.3 达成度评价

2.3.1 达成度评价表

课程目标达成度测评结果是对教学效果评价、教学过程调整和持续改进的重要依据[13],为了解本课程教学的实施效果,设计了“电子工程设计”(I)(II)达成度和总达成度统计表,见表3。

表3 “电子工程设计”(I)(II)指标点达成度计算统计表

2.3.2 达成度评价流程图

课程达成度评价首先明确该课程支撑的9项毕业要求及二级指标点,由此设计教学大纲、确定教学内容、教学环节、考核方式、评价标准,再进行达成度计算,分层改进,评价流程如图2所示。根据毕业要求确定该课程支撑的指标点,进而制定教学大纲。依据大纲,设计6个模块的教学内容、确定4种考核方式。完成教学活动后,进行达成度计算,对统计结果较低的指标点进行持续改进。

3 课程评价体系的实施

电子工程设计课程评价体系已经连续5届在自动化专业(简称自)的学生中实施,按照考核环节与指标体系的关联关系表、各考核环节打分标准以及课程达成度评价流程图对学生进行课程达成度的计算,进而对教学过程、考核方式、评价过程进行有针对性的持续改进。2011级学生该课程2个阶段的总达成度统计表见表4。

图2 课程达成度评价流程图

表4 自2011“电子工程设计”(I)、(II)指标点达成度计算统计表

根据指标点达成度计算数据可知,本课程所支撑的9项指标点达成度计算值均超过了0.75,说明课程达到了预期教学目标。2个阶段比较发现:

(1) 团队合作的达成度由0.78提高到了0.85,反映出团队成员经过2个阶段的磨合,在工作主动性和沟通合作方面有一定改善。

(2) 电子产品的测量与调试的达成度由0.85下降为0.78,说明学生对本阶段的设计、制作、调试能力有所欠缺,主要表现在C语言编程能力不足和自动控制原理掌握不好。同时,进行有效的书面和图表交流、口头表达和人际交流达成度仍然是0.77,说明学生在报告撰写的规范性和答辩演示等沟通交流方面的能力仍待提高。通过分析，发现是由于电路分析、模拟电子、数字电子等先修课程知识掌握不扎实,由知识转化为分析和解决问题的能力不足以及学生缺乏有效的书面和图表交流、口头表达等能力的训练造成的,研究后采取了持续改进措施。

3.1 课程教材的编撰完善以及仿真环节的增加

为了提高知识向能力的转化,夯实电学基础理论,首先进行教学资源建设,编写了《电子工程设计讲义》和《电子工程设计试题库》,将实训所涉及的重要知识点、工艺基础、软件介绍、系统调试、排查错误等内容编撰成册，同时完善PPT及视频,方便学生课前、课中和课后的学习。每个阶段都有利用仿真软件设计电路的环节,提高学生知识的运用能力。

3.2 课程实训报告手册的使用

为了更客观地反映学生的学习状况、对学生进行动态管理,锻炼利用文字、公式、图表交流的能力。从2013级学生开始使用课程实训报告手册。通过实训手册能够让学生了解实训须知、电子工程设计实验室安全操作协议、课程性质、完成的主要内容、本课程与毕业要求之间的关系、课程的考核方式、支撑的能力指标点及评分标准等。同时实训手册还包括工作日志、答辩记录、学习效果及教学状况调查问卷等,使学生的平时工作情况及答辩情况的记录更加规范,让学生逐渐养成记录工程日志的习惯。

3.3 课程考核环节的增加

以考促学、以考促练,通过增加考试环节等措施来强化训练、完善学习环节。从自2013级开始,考核环节由4项增加为6项,包括常用电子仪器设备使用和基础实验操作、软硬件验收、答辩、考试、报告撰写、团队合作考核,所占权重分别是5%、60%、10%、10%、10%、5%。通过增加笔试环节,全面考核学生对知识的记忆、问题的解决、团队合作的理解等方面的内容,促进学生平时的学习。针对学生沟通交流、表达能力弱,在单元模块答辩的基础上增加结题答辩,均要求以图、表、公式的形式进行说明。

通过这些措施,建立起充分调动学生积极性的学习环境,教师对能力的培训、强调和学生的重视,使学生设计、制作、调试能力得到提高,同时教师对报告撰写、答辩演示环节的严格要求和学生的多次答辩练习、报告的反复修改,使得学生报告的层次性、准确性、规范性以及在沟通交流能力方面有较大幅度的提升。学生电子类产品制作、调试与测试能力，以及书面和图表交流、口头表达能力达成度稳步提高,2015级学生这2项的达成度分别提高到了0.86和0.83,所有指标点均超过0.8(见表5),学生能力得到有效提高。

4结语

电子工程设计课程通过小型温控系统工程实训项目的实施,建立和完善了实践课程评价体系,以能力培养为导向,持续分析跟踪了5年学生评价结果,以达成度评价结果为依据,对课程体系和内容进行持续改进,取得了良好的教学效果。该课程提高了学生的基本工程素质能力,有力地支撑了自动化专业工程认证,2017年6月自动化专业顺利通过了中国工程教育专业认证。

表5 自2015“电子工程设计”(I)指标点达成度计算统计表