面向應用型本科電氣類專業的OBE實踐教學改革

趙宇洋 李爭

摘要：在工程教育和“新工科”背景下，電氣類本科生實踐能力的培養越來越受到重視。而傳統實踐教學中的課程設計環節對學生動手能力培養不足，僅僅停留在軟件仿真階段，不能滿足工程技術型人才能力培養的需求。文章根據電氣類應用型人才培養目標，基于OBE理念進行單片機課程設計新模式的探索，引導學生有效學習，培養學生的工程意識、協作精神以及解決實際問題的能力。

關鍵詞：應用型本科;實踐教學改革;OBE理念

中圖分類號：G642? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）44-0107-03

“新工科”建設圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展，強調以學生為本，面向全體學生，以學生學習產出為導向，強調教育質量的持續改進和學生具備設計和實施工程實驗、創新的能力，并能夠對實驗結果進行分析。OBE（Outcomes-based Education）教育理念在工程專業人才教育過程中具有非常廣泛的應用，OBE教育理念重視學生在學習過程中的主觀能動性、學生的學習結果和學習情況，以教學結果為導向是OBE教學理念的核心。在目前的單片機課程設計實踐環節中，引入OBE教育理念能夠有效解決實踐教學環節存在的局限性，通過教師對實踐環節的設計，將工程問題的解決作為課程設計的最終目標，有效培養電氣類本科生實踐動手能力和自信心。

一、傳統實踐類課程設計環節的弊端

在傳統的單片機教學過程中，雖然有獨立的課程設計環節，卻往往缺乏時間的有效利用和學生動手能力的培養，課程設計大多布置學生自由查閱資料，通過電子線路設計軟件完成單片機最小系統的仿真即可。這種教學方式造成如下問題：（1）不能有效鍛煉學生應用單片機解決實際問題的能力，對于單片機的應用停留在紙面上，不能對課堂教學內容進行有效利用。（2）學生對于單片機這類實踐性很強的課程仍然采用理論課程的學習方法，以記憶和背誦基本概念為目標，缺乏實踐動手的主觀能動性。（3）實踐教學與工程能力培養脫節，造成本科生面對工程問題時缺乏基本的思路和方法，解決實際問題的能力與信心不足。（4）由于缺乏有效的監管機制，學生對于課程設計不重視，課后查閱及仿真工作獨立性較差，設計報告雷同嚴重，成績難以評定，課程設計環節往往流于形式。

二、OBE理念對于單片機實踐教學的啟發

基于OBE理念的實踐教學改革應遵從培養學生工程素質為主線，強調應用性和實踐性，強調以問題解決為中心，多種學習途徑相整合。

1.由教師結合電氣類專業背景和培養方案設計具有工程背景的綜合性課題，并提出設計目標，3—4名學生為一組，以任務書的形式下發給學生小組，既保證每個題目能夠全面考查大綱中的知識點，也要保證各個題目難易程度相當。我專業的課程設計要求學生以項目開發形式完成基于單片機最小系統的軟硬件設計，從任務書目標分解出發，逐步實現單片機硬件電路設計、仿真，再結合匯編語言程序調試，完成軟硬件聯調，并最終實現以小組為單位的實物結題。

2.圍繞OBE理念中的問題解決為中心，以學習小組形式合作完成實踐環節。在教師布置課程設計題目后，以小組為單位讓學生在課堂教學環節提前完成設計方案初稿，并在后續學習中有目的、有意識地根據題目需求逐步完善設計方案，并在一周的課程設計環節中完成系統調試。既培養學生作為工程技術型人才所必需的工程能力，也有效提高了學生在技術團隊中自我分工、調節的團隊合作能力。

3.讓學生綜合運用自身所學知識進行調查和研究，將學習延伸到課堂之外，鼓勵學生探索新技術，培養學生的終身學習能力。以教師在課堂上講授的知識為基礎，自發進行歸納和應用，并借助查找文獻等輔助手段，最終解決問題。課程設計題目數量根據筆者專業兩班學生人數設計，每道題目都保證在大綱知識點基礎上，引入課外知識作為附加分，需要學生借助文獻查找或網絡技術進行自學。

三、基于OBE理念的實踐教學模式探索

單片機課程屬于工程技術應用類課程，是電氣類學生在本科教育階段重要的實踐能力培養課程。對于沒有硬件開發經驗的本科生而言，該課程相對抽象，知識點龐雜而零碎，接受和掌握起來相當困難。課程設計環節作為獨立在課程之外的實踐環節，如果不注重與課堂教學的穿插和銜接，往往造成學生在理論學習過程中缺乏解決問題的驅動力，單純地記憶指令和用法;在課堂教學結束后，進行課程設計要求的系統設計調試又缺乏有效的理論能力支撐，使得理論學習和實踐環節相脫節，不能相互配合。

本文基于OBE理念對單片機課程中的課程設計實踐環節進行了教學改革和探索，從理論與實踐相結合、監管機制優化及評價方法多樣性上進行有益嘗試。

1.將課堂教學內容模塊化，與課程設計有機結合。在課程教學中期即下發課程設計題目，每個題目都以工程問題為背景，需要學生結合課堂所學自行擴展知識點，全面考查學生對輸入、輸出系統和單片機控制系統的掌握情況和設計能力，保證以學生輸出為導向的教學過程優化。與以往教學結束后才布置課程設計題目相比，此種方式在理論學習環節中能夠有效引導學生，以完成課程設計題目要求為驅動力，鼓勵學生在后續教學環節中有目的、有意識地學習理論知識。

如上圖所示，課堂教學過程也根據課程設計內容進行模塊化，主要劃分為單片機最小系統模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊和通信模塊：電源模塊主要知識點在前面的課程《模擬電路》中已經學習，在單片機課程中只需要將在模擬電路的理論知識實現，為單片機及輸入輸出設備提供電源即可;單片機最小系統主要通過講授單片機內部結構及工作原理，要求學生設計完成一個基于89C51的最小系統，以便后面用單片機控制輸入輸出模塊;輸入輸出模塊是本科階段需要熟悉的輸入輸出設備，比如鍵盤、LCD顯示屏、數碼管、發光管、光電檢測器件及傳感器設備;通信模塊包含具有各種通信接口的設備，其中主要包括單總線、RS232、RS485總線等接口。

課程設計題目保證各題目包含所有需要考查的知識點，又具有一定的趣味性。比如利用熱電阻實現數字溫度控制系統，利用光電傳感器設計電子計數器，基于定時器的數字表、足球比賽積分系統及交通信號控制系統等。題目既能體現工程實際意義，形式又新穎有趣，激發學生主動學習的興趣。此外，每個課程設計題目中都包含課堂教學之外的知識點，需要學生自發查找資料并尋求解決方案。

2.采用集中實訓式課程設計，實現全過程實時監管。改變以往學生在課后自由完成課程設計的形式，轉變為在專業實驗室中統一集中進行。課程設計任務書中明確安排一周中每天需完成的設計進度，每天由指導教師布置當天任務并講解重要知識點，其余時間由學生以小組為單位，共同進行設計調試工作。教師隨時對學生問題給予指導，并根據全體學生進度完成情況進行內容調整，如果學生整體動手能力較強、進度完成較快，則可以深化課程設計的題目要求，提高最終設計難度;如果整體進度難以保證，則根據出現的問題及時講解，以確保不同基礎、不同能力的學生在一周的課程設計中都有所收獲，真正做到以學生需求為導向。除此之外，集中實訓的形式有助于教師對學生平時表現進行監督和管理，通過出勤情況和進度完成情況對學習過程綜合評價，避免了以往只以報告作為評分依據的局限性。

集中實訓不僅為同一小組的學生提供了交流協作的機會，更加強了整個班級甚至整個專業學生之間的溝通，也為學生和教師之間的交流提供了便利性，有效提高了師生之間、同學之間的溝通效率，有益于學生在團隊中自我定位、自我實現。

3.優化評價機制，實現學習全過程評價。學生考試成績不僅是學生最為關心的焦點之一，也是用人單位評價畢業生能力的一個重要指標。在傳統的教學模式下，課程設計成績主要由最終報告決定，忽略了學生學習的過程評價，在工程教育專業認證背景下，這種考試模式的弊端顯得尤為突出。

本文中的實踐教學改革也對評價方式的優化進行了探索，利用OBE理念，在課程設計各環節中及時、客觀對學生表現進行評價，以量化打分的形式實現了對學生的綜合客觀評價。

如上文所述，我專業在進行單片機課程設計時，將實踐小組的形式貫穿整個課程設計環節，因此在學生成績評價環節，既包含教師打分，也引入團隊成員互評機制。為保證評價體系執行的客觀真實性，任課教師設計了團隊成員互評問卷（學生用），對單片機課程學習實踐小組成員在課程設計各個方面的表現進行量化打分，比如團隊協作能力、合作度和設計能力等。教師根據課程設計環節設計了評分細則，根據各團隊電路設計仿真、程序結構和編寫規范性、電路合理性、焊點質量及最終功能完成度等情況綜合打分，較為客觀全面地對學生學習全過程進行了多角度評價。

為避免一個實踐小組中成員難以評價的情況，同一小組每位成員的成績區別由以下三方面保證：首先，根據集中實訓整個過程中的平時表現由教師記錄平時成績;其次，引入課程設計最終的答辯環節，通過教師對設計細節的提問甄別學生在團隊中的能力和貢獻差異;最后，由書面報告的完成態度和質量綜合評價。

四、總結與展望

本文針對電氣類單片機課程實踐環節指出了傳統教學中的弊端，引出基于OBE理念的單片機課程設計的改革方式。通過兩個教學周期的實踐取得了良好效果，激發學生由傳統課堂上被動“聽”，變成現在主動“學”，活躍了課堂氣氛，培養了學生課后自主學習的習慣，有效提高了學生動手實踐的能力和信心，也為其他類似課程積累了改革教學模式的經驗。

參考文獻：

[1]張典，莊克玉，張奇志.工程教育專業認證背景下“單片機原理及應用”課程實驗教學改革研究[J].科技視界，2018，3（15）：43-44.

[2]彭健，明如意，周少軍.單片機教學改革新探索[J].教育教學論壇，2018，5（19）：93-94.

[3]張巧杰，楊秀媛.單片機原理及應用課程工程教學方式改革[J].教育教學論壇，2018，3（10）：93-94.

[4]郭棟，白銳，藍和慧，陳曉英.探索單片機課程教學改革 提高學生實踐及創新能力[J].中國現代教育裝備，2016，2（235）：36-38.

[5]魏東旭，馮小勤.項目法在《單片機原理及應用》課程教學中的應用[J].高教學刊，2018，（13）：104-106.