基于OBE的电气类专业课程教学改革研究——以“数字电子技术”课程为例

王丽娟 叶 华

湖南文理学院计算机与电气工程学院 湖南常德 425000

目前,基于OBE(Outcomes-based Education)的教学理念成为教学改革研究的热点领域,众多专家学者提出了许多该领域行之有效的教改方案,并在基础教育改革中得到应用[1]。OBE作为一种先进的教学理念目前已被众多高校广泛接受[2],在工程认证领域,对OBE教学理念也十分重视。我国作为《华盛顿协议》的成员国,工程教育与国际一流标准接轨[3],因此,OBE的教学理念在我国高校的课程教学改革中也极为重要。通常认为OBE 教育理念主要包括三个方面[4]:第一,教学不再以教师的“教”为主,而是以学生的“学”为中心;第二,不再以期末考试成绩为目标,而是以学习成果为导向;第三,“教—学—评价—改进”各环节形成一个闭环,不断持续改进。三大理念逐渐深入人心并落实到日常教学活动中。OBE教育理念以学生的学习产出作为教学的目标,强调学习成果,以此为驱动,对教学活动和评价标准进行反向设计。因此,构建科学合理的课程教学评价体系对学习成果进行规范化评估,是OBE教育理念需要解决的关键环节[5]。本文以“数字电子技术”课程为例,探讨基于OBE理念的教学改革在电气类专业基础课程教学中的应用。

1 课程现状及OBE教学改革

“数字电子技术”是电气工程类各专业必修的专业基础课,主要教学内容包括数字电路基本知识、逻辑代数的基本理论、常用芯片的工作原理,重点探讨数字电路分析与设计的方法。“数字电子技术”课程教学方法上,主要采用教师的理论讲解与实验相结合的模式,通过该门课程的学习,学生将数字电路的相关基础知识以及元器件的工作原理,能运用数字电路原理和计算机专业知识,针对电气类及应用领域的一般硬件问题,能理解并掌握其逻辑含义;能熟练运用基本知识和理论对各类数字电路进行分析并进行准确的评价和合理的优化,利用数字电路的基本原理对电气类及其应用领域的一般硬件问题进行表达;能根据客户提出的功能与使用要求用合适的集成电路芯片完成各种逻辑部件的设计,针对特定需求进行简单电路设计和电路模块设计,并能在设计中体现出一定创新意识。除此之外,该门课程的学习还要为学习“单片机原理”“自动控制原理”“计算机组成与系统结构”“微机原理”等后续课程奠定必要基础。在课程教学过程中发现,大部分学生识记类知识掌握得较好,能够掌握数字电路的基本概念和常用元器件的工作原理,但这种知识的掌握具有割裂性,并不系统,在面对具体的电路问题时往往无法解决,体现了目前的课程学习方式难以让学生将所学电路的理论知识转换为解决电路问题的能力。综合分析近几年该门课程的学情,“数字电子技术”课程教学活动与考核评价方面均存在一定的不足,主要体现在以下三个方面:

(1)在传统教学活动中,通常以教师的“教”为中心,教学以教师讲授为主,导致学生学习的主观能动性较低;重视教学目标,忽视学习成果,强调教师是否严格按大纲要求完成了课程的讲授,而不关心学生到底学到了什么,忽略了学生应用所学知识解决问题能力的培养,而对于“数字电子技术”这样的工程实践性很强的课程,只满足于教师课堂讲授的理论知识,学生不能积极主动地发现电路问题并尝试着手解决问题是很不够的,这也就导致学生对该门课程的学习浅尝辄止,不能够理论联系实践解决简单的电路问题,在很大程度上打消学生的学习积极性,学生很难从该门课程的学习中获得成就感,更不能挑战更复杂的电路分析与设计,对学生的应用能力和创新能力的培养都会有一定的影响,导致该门课程的产出极少,达不到目前阶段的学习效果。

(2)课程考核评价方式较为单一,通常是以期末考试为主,以出勤率等为辅的平时成绩的方式进行期末总评。然而,仅凭一张试卷难免失之偏颇,缺少对学生学习成果进行综合考核评价,很难反映出学生该门课程的真实学习情况。学生对“数字电子技术”课程的学习目标会定位为只要期末考试及格即可,这样的学习目标显然会使学生忽视学习的过程,失去对学习过程的监控,教师很难准确把握学生的学情,也就不能够即时调整授课策略,做到精准施教,让教师的教学效果和学生的学习效果均会变得很不理想。

(3)缺少课程质量评价体系和持续改进策略。目前,教育界有一个共识,教学过程应该是个持续改进的过程,通过监控教学过程,用科学合理的课程质量评价体系对该门课程的教学进行评价,形成各阶段的过程文档,指导课程下一个阶段的教学活动。目前,很多专家和学者对教改依然在探讨行之有效的质量评价体系,但是我们不能期望一套体系能够应用到所有的课程教学中,不同的课程教学质量评价体系要能够充分体现该门课程的教学特点。例如“数字电子技术”这门课程,重点在于学生分析电路和设计电路能力的培养,只有通过评价找到“数字电子技术”课程教学中需要改进的地方,不断积累经验,才能让教师的教与学生的学均得到持续改进,以此形成一个正反馈的闭环,实现教学相长。

基于OBE理念的教学模式与传统教学模式有明显的区别,OBE理念在“数字电子技术”课程教学改革中要求教师以学生获得学习成果为目标(Learning outcomes)开展教学。首先,需要确定课程产出。学生了解当前数字电子技术的最新前沿技术,系统掌握数字电路分析和设计的基本方法。通过“数字电子技术”课程的学习,学生能具备数字电路理论基础,能对简单电路进行分析和设计,并为以后复杂电路的分析和设计奠定基础。其次,学习目标的达成。教学始终是课程学习中最重要的环节,因此,在教学设计中,尤其要关注学生通过该课程的学习能学到什么,针对教学产出要求中的每一个知识点,实时调整,灵活的制定教学策略。

2 基于OBE的课程目标对毕业要求指标点的支撑

按照电气类专业人才培养要求,参照各专业培养方案中课程体系与培养要求的对应关系矩阵,通过“数字电子技术”课程的学习和实训,学生在知识、能力和素质培养等方面应该达到下列要求(如表1):

表1 课程目标与毕业要求指标点对应关系

课程目标1:能够掌握逻辑代数的内涵和运算规则;掌握门电路、触发器等常用逻辑功能部件的工作原理及特性;能够在电路分析和设计中针对具体的处理对象正确使用逻辑代数工具和常见逻辑功能部件。(支撑指标点1.2运用数字电路原理和计算机专业知识,针对计算机及应用领域的一般硬件问题,能理解并掌握其逻辑含义。)

课程目标2:能运用组合逻辑电路分析和设计的方法和步骤、时序逻辑电路的分析和设计的方法与步骤对功能电路进行分析和设计,分析系统的影响因素,能选用适当的数字电路模型对系统中的特定问题进行表示,并分析其正确性。(支撑指标点2.2能利用数字电路的基本原理对计算机及其应用领域的一般硬件问题进行表达。)

课程目标3:针对特定需求设计实验对系统功能和模块功能进行验证,通过数据的采集、比对、分析加深对已学知识的认识,综合应用已学知识。(支撑指标点3.2能针对特定需求进行简单电路设计和电路模块设计,并能在设计中体现出一定创新意识。)

课程目标与毕业要求指标点的对应关系如表1所示:

3 基于OBE的课程考核及成绩评定

“数字电子技术”课程传统的考核方式较为单一,通常是以期末考试为主,平时成绩占比较小,而且成绩构成很难体现过程控制的特点,仅凭期末考试试卷的成绩很难客观准确评价学生该课程的真实学习情况,缺乏过程性文档,不能做到多角度综合考核,对学生学习结果的评价会有失偏颇。所以,我们对“数字电子技术”的考核和成绩评定做出了一定的改革,让平时成绩在总成绩的占比加大,考核方式也多样化,严格规范课程的过程考核。

3.1 考核方法

本课程考核采用平时成绩+实验成绩+期末考试的综合考核方式,即:

总成绩=平时成绩×30%+实验成绩×20%+期末考试成绩×50%

平时成绩分为3部分:课后作业(10%)、课堂测试(10%)、平时表现(包括讨论和发言等占10%)。

各考核环节及权重如表2所示。这些环节和权重并非一成不变,它会根据学生各阶段学习成果进行重新定义。

表2 考核环节及权重表

3.2 考核内容及评价标准

(1)实验成绩:占总成绩的20%,分为8次实验,每次评分施行百分制,评分内容包括到课、课堂表现、实际操作和实验报告。

(2)期末考试:占总成绩50%,闭卷考试,考试时间120分钟,成绩采用百分制,卷面成绩总分100分,考试范围包括所有课程目标。

(3)课堂测试:占总成绩的10%,每次课程结束后通过雨课堂进行线上小测试。

(4)平时表现:结合随机点名考勤和互动(课堂提问和讨论发言),每名学生不少于5次。

(5)课后作业:占总成绩的10%。本门课程每章均布置作业,布置次数不低于5次。

(6)按照工程教育认证标准和学校人才培养要求,考核以学生能力是否有效达成为基准。

(7)考核周期为一个学年。评价结果同步反馈,使课程教学环节中的不足得以及时修正,促进教学效果的持续改进,课程考核成绩评价每学年进行1次。

4 课程质量评价和持续改进

课程的质量评价是教学过程中非常重要的环节,可以找出课程教学过程中的不足,帮助教师对课程教学进行持续改进。质量评价是一种手段,持续改进才是目的,可以让该门课程教与学的效果均得到不断改善。由专家、同行、学生对该课程教学效果作出定性和定量评价,并形成相关的文档,便于对该门课程进行持续跟踪。课程负责人要认真对待反馈意见,针对评价结果中的具体问题思考解决方案。教师对学生的学习成果进行评价和分析;对教学过程中存在的薄弱环节进行深入分析,并提出可行的持续改进建议。我们在“数字电子技术”的教学中尝试了一种简明有效的课程目标评价方法,具体如下:

将某学期学习数字电子技术的所有学生样本进行整体分析:平均达成度=(∑参与课程学习学生评价值)/学生总数;面向单个学生则有:目标达成度=(∑考核各环节得分数×权重)/总分值;对课程目标未达成的学生,通过沟通交流和进一步专题辅导,分析问题,帮助学生达成课程目标,在解决问题的过程中进一步完善教学内容及方法。

结语

OBE教育理念要求“以学生为中心、以成果为导向”,根据学生的学习结果,动态调节教学活动,进行持续改进,不断优化。因此,如何准确做好学习结果的评估是OBE教育模式的关键。基于产出的教学理念尤其适合工科类课程的教学学习,本文以电气类专业基础课程“数字电子技术”为例,通过分解课程目标对毕业要求指标点的支撑,优化了基于OBE的课程考核及成绩评定方法,提出了课程质量评价和持续改进方案,可有效评估课程OBE教学目标的达成度。通过在“数字电子技术”课程中引入OBE教学理念,进一步明确规范了该门课程在学生专业知识、实践能力、综合素质等方面的教学要求,以此教师的教学要求更加明确,学生的学习目标也更加清晰。学生有明确的学习目标,学习积极性有显著提高,能够针对性地分析电路,并对某些电路提出自己的改进意见;能够结合自己所学的电路理论,通过分析电路得出的经验来进行简单电路的设计,部分学生对电路设计产生浓厚兴趣,积极参加学校组织的电子设计大赛,进行复杂电路的设计并取得了较好的成绩。当然,本方法还存在一定的不足,下一步优化的方向拟增加动态评价因子,引进学生的学习成长因素等。