基于OBE教学理念的《信号与系统》课程改革

张志美, 程立英, 李 柳, 吴丽娟

(沈阳师范大学 物理科学与技术学院, 沈阳 110034)

0 引 言

随着现代电子技术的飞速发展,高校电子信息类专业课程不能满足电子技术发展需求,专业课程重视理论教学,实践教学内容也主要是理论教学的验证和补充,与实际工程项目结合不紧密,形成现阶段高校专业课程教学与工程实际匹配度不高的现状。电子信息工程类人才培养方案的制定缺乏广泛地调研,不能很好地适应电子技术的快速发展,课堂内容单一,与新技术理论及行业应用结合度不高,学生只知学什么,不知如何学以致用。根据2018电子信息工程技术专业就业方向与就业前景分析显示,行业内对具有一定实践经验的人才需求较为迫切,在学校参加科研实践或项目实践的学生在就业时则占有优势,而大多数同学在理论联系实际方面能力薄弱,出现企业招人难,毕业生找工作难的窘境。因此高校电子信息类专业培养亟需一种新型教育理念。

《信号与系统》作为电子信息工程类专业基础课在传统的教学培养过程中主要以教师为中心,重教轻学,强调的是知识传授,而忽略了对学生综合能力的培养;在考核中过分强调期末考试的终结性评价,而忽略了对学生学习的过程性评价和综合能力评价。由于专业课程是学生的专业素质培养中重要的一环,所以也亟需对课程培养理念、方式方法、考核评价进行改革,提高教学和人才培养质量。

1 成果导向教育简介

成果导向教育(Outcomes-based Education,缩写为OBE)是一种基于学习产出的教育模式。OBE教育模式下学生在学习过程中清楚要学什么和做什么,教师要从全局构建课程体系,围绕学生期望达到的能力和目标开展教育教学活动。专业课程在学生能力培养中占据重要地位,基于OBE教育模式下的专业课程改革就要围绕着学生学习和实践能力的培养,围绕学生专业培养目标展开,以培养目标为导向,展开课程教学,把课程教学与能力培养目标紧密联系,增强教学实践的指向性、目标性。

2 《信号与系统》传统教学模式和OBE教育理念下的教学对比

专业课程是本科教育的主要教学环节,课程教学质量的高低,直接影响到整个人才培养质量。《信号与系统》作为电子信息工程专业一门重要的专业基础课,传统的教学中教学目标以教学内容掌握情况为依据,教学过程以教师为中心,重教轻学,强调的是知识传授,而忽略了对学生综合能力的培养;特别在专业课程学时精简的背景下,教师更是把重心放在知识传授环节,在有限的学时中如何深化教学内容的传授,学生能力的培养比重减轻。学生学习成果的考核评价中过分强调期末考试的终结性评价,而忽略了对学生学习的过程性评价和综合能力评价。教学过程教师占据了主导地位,学生被动地学习,这些问题在很大程度上严重影响了教学质量和人才培养质量。

OBE教育理念围绕社会需求的专业技能和工程素养设定学生要学习什么的教学目标,依据目标建立如何帮助学生取得这些学习成果的教学过程设计,完善学生的学习成果掌握程度的评价体系,依据评价结果改进教学过程。OBE理念指导下的《信号与系统》课程将紧紧围绕着学生的专业培养目标,聚焦学生通过学习活动获得怎样的能力,构建课程设计及教学评价体系,改善传统老师侧重知识传授,忽略过程中对学生能力培养的全局把握的不足,提高学生对学习的全局认识,提高学生学习的积极性、主动性。

3 《信号与系统》课程改革框架与内容

成果导向教育采用反向设计思路,聚焦学生的自我需求和社会需求,由需求决定培养目标,从而确定课程培养目标,再由课程目标精确到课程教学过中,让学生在置身学习中,清晰地知道自己能力培养的方向,而不是“云深不知处”。这样能有效地调动学生学习的内驱力,强调学习结果,促进教学和学习过程的可持续性。

教学评价在整个教学过程中占据十分重要的地位,它是考查学生“学的怎么样”的问题,成果导向教育通过全过程考核,实现对学生整个学习过程的管理、引导与评价,将考核评价过程作为整个教学过程的一个部分。图1所示基于OBE理念设计的课程设计流程。

图1 基于OBE理念设计的课程设计流程Fig.1 Curriculum design flow based on OBE Education Concept

3.1 《信号与系统》课程目标

根据我院历年电子信息工程专业毕业生就业情况分析,基础能力扎实,实践能力强,有主动学习和自我管理能力的毕业生就业乐观,社会需求大。

通过调研和毕业生工作回访统计,有近一半的公司强调毕业生的学习能力和实践能力。用人单位主要从品质和专业能力两个方面考察毕业生。具有踏实、认真、勤奋品质的学生更受青睐;专业性强、实践能力和沟通合作能力良好的学生在就职中占有绝对优势。因此,在专业课培养过程中要个人素养和专业素养培养双管齐下。制定课程目标时细化为素养目标、知识目标和能力目标,同时课程目标随着社会、行业和专业需求的发展要求及教学反馈及时动态调整,以期达到家、校、学生的共同目标。以《信号与系统》课程为例,设计课程目标如表1所示。

表1 《信号与系统》课程目标Table 1 The target of《Signals and Systems》curriculum

3.2 《信号与系统》课程教学过程设计

课程设计要根据课程目标有针对性地进行设计,素质目标实现就是要在日常的课程教学中有目的地设计素质培养环节,让品格培养落地;知识目标的实现要对课程内容进行科学设计,引进先进的教学方法理念,保证教学主线明确,学生学习有的放矢;能力目标则要通过实践环节的设计,让学生把所学真正地应用在实际项目中来,在项目实训中增加其各项能力的锻炼机会。课程设计并不是独立进行,而是在每一环节加入相关的教学评价,保证教学目标的达成。

《信号与系统》培养目标的实现依托课堂教学、作业环节、考试环节、项目实训过程的培养。设计针对每名学生的学期评价表,定性与定量结合地考评每个学生的素养和能力及知识掌握情况。以《信号与系统》连续时间信号的时域分析为例,展示基于OBE理念的教学过程设计。该节的知识Map如图2所示。

图2 示例章节知识MapFig.2 Knowledge Map of a Sample chapter

OBE理念的核心仍然是因材施教,要根据学生的水平和特点,围绕学生要获得怎样的能力和素养开展教学。具体实施要根据制定的知识、能力和素质目标对教学内容进行整合,每个知识点要细化其在目标培养中的作用,制定以结果为导向的教学设计和考核方式。连续时间信号的时域分析根据教学内容,可从概念自学、自主分析的角度培养学生的自学能力及协作能力。

首先把教学过程分解为课前、课上和课后。课前设计预习任务,分为2个等级。简单的预习任务要求学生独立自学,复杂的预习任务采用分组讨论模式协作完成。课上分3个环节,首先进行预习任务解锁(预习效果抽查考核),然后进行课堂教学,采取案例导入、设问导入等方式展开课堂教学,采用讲授、提问、讨论、演示等教学方法,实现教学目标。最后进行总结反思,让学生反思收获与不足,布置课后作业。在课堂教学过程中,教师的主要任务是导入教学内容,并组织学生分组讨论并提问;细化概念理解,引导学生对新知识理解并运用。学生是学习的主体,课前认真完成预习任务,形成自学与讨论的氛围,课上认真领会相关概念和分析方法,及时反馈学习成果,与预习任务呼应,打通知识盲点,提高学习效率。教师注重在教学过程中培养学生的学习能力,教师引导,学生自主学习,明确教学过程是围绕学生学习能力培养这个重要目标展开的。基于OBE教学理念的课堂紧紧围绕教学目标展开,可以将教学过程分为六个阶段,循序渐进,把能力培养和知识学习紧密结合,使得知识脉络和能力培养螺旋式上升。表2以冲激信号性质讲解为例,列举教学过程的七阶段,每个阶段目标明确,教师围绕学生快速学习能力及探究精神的培养设计教学与考核。

表2 七阶段教学范例Table 2 Teaching Demonstration of Seven Steps

最后一个环节是课后作业,采用“一课一考”模式,跳出传统解几个问题的单一模式,也跳出以对错衡定的单一模式。所谓“一课一考”即课后作业的考核记入课程的平时考核,更注重学生的学习过程考核,帮助学生更加有效地学习知识与技能,在日常的教学中培养学生的能力和素养。针对该节知识内容及宏观的能力素质培养,课后作业一是布置学生梳理自己的本节知识MAP,二是针对学生就业或考研需求设计项目式作业题目和知识题库式作业题目,让学生根据自己的实际情况选择。三是生成一个自己定义的信号,分析其时域特征。每课结合预习任务、课堂考核和课后作业按照权重赋分,从知识目标、能力目标和素质目标三方面考核,把考核评价放到平时的教学过程中,有效地反馈学生的学习效果,为前期教学调整提供反馈回路。考核的主体可以分为教师和学生2个方面。教师考核比重80%,学生考核主要在预习环节、课堂学习、小组讨论与协作活动中给予自评和互评,各占10%。这种考核方式也可叫做跟踪式考核,紧跟每一个教学环节,既让学生自己及时跟踪自己学习情况和了解他人的学习情况,也让教师更充分把握学生的对该节知识的掌握情况和学生的能力水平。因为是每一课的跟踪考核,反馈的信息能够及时改进调整下一次的教学,真正地做到动态调整的教学。

实践教学反馈,由于采用OBE理念的课程改革,该课程的教学效果有了很大的提升,选择该专业课的考研考生较改革前人数显著增加。学生改变传统学习方式后,学习能力有了很大的提升。

4 结 语

OBE理念运用到《信号与系统》课程改革中,围绕电子信息工程专业学生培养目标展开教学,教学过程以课程教学知识目标、能力目标和素质目标为核心,围绕课程专业知识点、核心能力和职业素养来组织教学,教学考核采用跟踪式的考核方式,细化到每一次课,注重教学过程的培养,目标明确,动态调整,最后实现社会对电子信息工程专业人才培养目标。实践过程中的难点是考核方式的转变,一方面加大了教师的工作量,另一方面增加了评价的主观性,需要进一步基于OBE理念优化设计考核方式,更好地服务于教学。