“電子工程設計”實踐教學評價體系的建立與實施

晏 涌, 劉學君, 亢 勇, 藍 波, 周義明

(1. 北京石油化工學院 信息工程學院, 北京 102617；2. 北京石油化工學院 安全工程學院, 北京 102617)

2010年,我校成為全國首批61所“卓越工程師教育培養計劃”試點高校,也是北京地區10所獲批高校中唯一的一所地方本科院校,其自動化專業進入首批試點專業[1]。工程教育認證的核心是實施成果導向教育,參加認證專業必須明確畢業要求,按畢業要求安排教學活動,并對畢業要求的達成情況進行評價[2-3]。畢業要求達成度評價是圍繞工程教育專業認證“以學生為中心、基于成果導向、持續改進”的理念,對學生達到畢業要求、達成人才培養目標的程度開展評價,構建合理、有效的評價體系是有序開展評價、有效體現評價結果的保證[4-8]。支撐畢業要求的課程體系以及每一項畢業要求與相關支撐課程的對應關系及權重的確定是實現定量評價的基礎。工程實踐能力的培養貫穿于專業培養體系的課程中,尤其集中體現于實踐課程,以自動化專業的核心實踐課程“電子工程設計”為例,淺談實踐教學評價體系的建立及實施情況。

1 專業培養目標及課程教學目標

我校自動化專業的培養目標是培養“面向生產一線的自動化系統工程師”,該專業以解決自動化系統工程設計、產品集成、運行維護和技術服務復雜工程問題所需的工程能力培養為主線,著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力,制定了完全覆蓋工程教育認證的12項畢業要求以支撐培養目標。其中電子系統的綜合設計能力是解決復雜工程問題所需的6項專業工程能力之一。為了支撐該能力的培養,自動化專業建立了電子技術基礎課群,包括電路、模電、數電和電子工程設計4門課程。

電子工程設計課程旨在融合學生學過的電路、電子知識,并掌握項目實施過程中與實際工程相關的知識,培養學生分析解決問題的能力、實際動手的能力、信息資料的查詢獲取能力、自主學習的能力、文本撰寫能力,以及良好溝通交流能力、團隊合作意識和小型電子系統設計的工程理論素質,是培養自動化專業學生基本工程素質能力的核心實踐類課程。

本課程的教學載體是小型溫度測量與控制系統,要完成該系統的功能、結構、系統分析及設計、制作、檢測、調試等全過程。主要任務是電子技術基礎實驗操作、印制電路板設計、焊接工藝訓練、單元電路設計與調試、軟硬件混合環境下的電路調試、電路故障的診斷與解決,積累電子系統設計的實際經驗。根據訓練內容和專業培養計劃分為電子工程設計(I)、(II)2部分來實施。該系統分為變送器、A/D模塊、控制模塊、D/A

模塊、顯示、直流電源6大模塊(見圖1)[9]。內容分為2個階段,第一階段完成系統的前向通道設計、制作、調試,第二階段完成后向通道的設計、制作、調試以及系統的統調。

圖1 小型溫度測量與控制系統的組成框圖

2 課程評價體系的建立

教學活動分為課程體系、課程、教學環節3個層次,為此建立畢業要求的3級指標體系:畢業指標、指標點、教學要點。在課程層面,細化課程教學,設計課程教學內容、教學方式、考核方式等教學環節,制定以畢業要求指標點達成為目標的教學大綱,利用矩陣形式建立指標點與課程教學及考核環節的關聯關系,利用具體、可操作的評估要點,才能進行有效的定量評估[10-12]。

2.1 考核指標體系建立

本課程支撐自動化專業畢業要求的9個二級指標點和22個教學要點,表1中給出課程對指標點的權重系數、考核環節、所占權重以及各考核方式對應二級指標點的權重系數,22個教學要點省略。本課程有4種考核方式,分別是儀器儀表使用(權重10%)、軟硬件驗收(權重60%)、報告撰寫(權重10%)、過程評價(權重20%)。

表1考核環節與指標體系的關聯關系

2.2 教學環節的考核標準

教學要點的實現程度決定了相關教學環節的教學質量,所以本專業以每門課程相關的指標點的教學要點合理設計教學環節,以教學要點的實現程度考核教學環節,制定了以教學要點達成度為考核目標的教學環節考核評分標準,教學要點考核得分除以設定滿分即為教學要點達成度。電子工程設計的“軟硬件驗收”教學及考核環節的評分標準見表2。

表2“軟硬件驗收”評分標準

2.3 達成度評價

2.3.1 達成度評價表

課程目標達成度測評結果是對教學效果評價、教學過程調整和持續改進的重要依據[13],為了解本課程教學的實施效果,設計了“電子工程設計”(I)(II)達成度和總達成度統計表,見表3。

表3 “電子工程設計”(I)(II)指標點達成度計算統計表

2.3.2 達成度評價流程圖

課程達成度評價首先明確該課程支撐的9項畢業要求及二級指標點,由此設計教學大綱、確定教學內容、教學環節、考核方式、評價標準,再進行達成度計算,分層改進,評價流程如圖2所示。根據畢業要求確定該課程支撐的指標點,進而制定教學大綱。依據大綱,設計6個模塊的教學內容、確定4種考核方式。完成教學活動后,進行達成度計算,對統計結果較低的指標點進行持續改進。

3 課程評價體系的實施

電子工程設計課程評價體系已經連續5屆在自動化專業(簡稱自)的學生中實施,按照考核環節與指標體系的關聯關系表、各考核環節打分標準以及課程達成度評價流程圖對學生進行課程達成度的計算,進而對教學過程、考核方式、評價過程進行有針對性的持續改進。2011級學生該課程2個階段的總達成度統計表見表4。

圖2 課程達成度評價流程圖

表4 自2011“電子工程設計”(I)、(II)指標點達成度計算統計表

根據指標點達成度計算數據可知,本課程所支撐的9項指標點達成度計算值均超過了0.75,說明課程達到了預期教學目標。2個階段比較發現:

(1) 團隊合作的達成度由0.78提高到了0.85,反映出團隊成員經過2個階段的磨合,在工作主動性和溝通合作方面有一定改善。

(2) 電子產品的測量與調試的達成度由0.85下降為0.78,說明學生對本階段的設計、制作、調試能力有所欠缺,主要表現在C語言編程能力不足和自動控制原理掌握不好。同時,進行有效的書面和圖表交流、口頭表達和人際交流達成度仍然是0.77,說明學生在報告撰寫的規范性和答辯演示等溝通交流方面的能力仍待提高。通過分析，發現是由于電路分析、模擬電子、數字電子等先修課程知識掌握不扎實,由知識轉化為分析和解決問題的能力不足以及學生缺乏有效的書面和圖表交流、口頭表達等能力的訓練造成的,研究后采取了持續改進措施。

3.1 課程教材的編撰完善以及仿真環節的增加

為了提高知識向能力的轉化,夯實電學基礎理論,首先進行教學資源建設,編寫了《電子工程設計講義》和《電子工程設計試題庫》,將實訓所涉及的重要知識點、工藝基礎、軟件介紹、系統調試、排查錯誤等內容編撰成冊，同時完善PPT及視頻,方便學生課前、課中和課后的學習。每個階段都有利用仿真軟件設計電路的環節,提高學生知識的運用能力。

3.2 課程實訓報告手冊的使用

為了更客觀地反映學生的學習狀況、對學生進行動態管理,鍛煉利用文字、公式、圖表交流的能力。從2013級學生開始使用課程實訓報告手冊。通過實訓手冊能夠讓學生了解實訓須知、電子工程設計實驗室安全操作協議、課程性質、完成的主要內容、本課程與畢業要求之間的關系、課程的考核方式、支撐的能力指標點及評分標準等。同時實訓手冊還包括工作日志、答辯記錄、學習效果及教學狀況調查問卷等,使學生的平時工作情況及答辯情況的記錄更加規范,讓學生逐漸養成記錄工程日志的習慣。

3.3 課程考核環節的增加

以考促學、以考促練,通過增加考試環節等措施來強化訓練、完善學習環節。從自2013級開始,考核環節由4項增加為6項,包括常用電子儀器設備使用和基礎實驗操作、軟硬件驗收、答辯、考試、報告撰寫、團隊合作考核,所占權重分別是5%、60%、10%、10%、10%、5%。通過增加筆試環節,全面考核學生對知識的記憶、問題的解決、團隊合作的理解等方面的內容,促進學生平時的學習。針對學生溝通交流、表達能力弱,在單元模塊答辯的基礎上增加結題答辯,均要求以圖、表、公式的形式進行說明。

通過這些措施,建立起充分調動學生積極性的學習環境,教師對能力的培訓、強調和學生的重視,使學生設計、制作、調試能力得到提高,同時教師對報告撰寫、答辯演示環節的嚴格要求和學生的多次答辯練習、報告的反復修改,使得學生報告的層次性、準確性、規范性以及在溝通交流能力方面有較大幅度的提升。學生電子類產品制作、調試與測試能力，以及書面和圖表交流、口頭表達能力達成度穩步提高,2015級學生這2項的達成度分別提高到了0.86和0.83,所有指標點均超過0.8(見表5),學生能力得到有效提高。

4結語

電子工程設計課程通過小型溫控系統工程實訓項目的實施,建立和完善了實踐課程評價體系,以能力培養為導向,持續分析跟蹤了5年學生評價結果,以達成度評價結果為依據,對課程體系和內容進行持續改進,取得了良好的教學效果。該課程提高了學生的基本工程素質能力,有力地支撐了自動化專業工程認證,2017年6月自動化專業順利通過了中國工程教育專業認證。

表5 自2015“電子工程設計”(I)指標點達成度計算統計表