基于OBE的階梯式模擬電子技術實驗教學改革研究

曾思明 陳 安 蔣力立 杜宇上 陳靈敏 劉銀萍 李水峰

廣東工業大學實驗教學部 廣東廣州 510006

近年來，隨著高等院校理工科專業教學改革的不斷深入，實踐教學的重要性以及循序漸進的教學原則已經得到了共識，因而實踐教學的改革工作也一直在探索中前行。對于工科院校的電類學科，模擬電子技術實驗教學在創新人才培養和素質教育中起著非常重要的作用。特別是在我校卓越工程師培養計劃下，實驗課程對學生動手能力和工程意識的培養作用就顯得更加重要。然而，當前的模擬電子技術實驗教學模式存在弊端，致使大學電類實驗教學面臨嚴重的挑戰，表現為三方面：首先，教學內容較為單一，學生的學習積極性不高；其次，當前的教學方式大多以教學進程為導向，缺少對學生學習效果的關注，不利于形成持續改進的質量保障機制；最后，現有的考核方式主要是根據學生的實驗結果演示和實驗報告來評價學生的實驗效果，無法真實考查學生的實驗過程和實驗技能。

OBE(Outcomes-based Education)起源于20世紀80年代的美國和澳大利亞，它是一種以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式[1]。OBE被認為是實現學生特定學習產出的教育過程，教學模式和課程都是作為手段而非教育的目的[2]。因此，學生最終的學習產出將驅動整個教育系統的運行。OBE工程教育理念，為我校培養高級應用型人才提供了借鑒方法。當前，積極探索基于OBE的教學模式改革已經成為高校的重要研究課題之一。國內也已經有汕頭大學等多所高校率先進行了OBE教學改革嘗試，并結合學校實際進行了創新和改進[3-5]。為了適應創新人才的培養，研究提出打破現有模擬電子技術實驗課程的傳統教學模式，根據我校性質和本專業特點，研究符合本校實際的基于產出導向OBE的階梯式模擬電子技術實驗課程教學改革。

1 基于OBE的階梯式模擬電子技術實驗教學改革

OBE工程教育模式是一種根據預期的學習產出(畢業要求)來組織、實施和評價教育的結構模式[6]。因此，首先，應明確各專業學生的畢業要求，制訂出支撐畢業要求的教學目標；其次，圍繞教學目標反向設計相應的分層次的教學內容、教學方法和手段，同時實施多元化的考核方式，對學生實際的學習產出進行評價；最后，建立科學的評價機制，從而保障教學改革在后續的實踐教學中不斷完善。具體的改革實施過程如圖1所示。

圖1 OBE工程教學模式的實施過程示意圖

本研究以OBE的教育理念和循序漸進的教學原則為指導思想，對模擬電子技術實驗的教學目標、教學內容、教學方法、考核方法和評價機制進行了較為深入的改革探索。

1.1 制訂實驗課程的教學目標

根據學校各個工科專業的學生畢業時需要達到的預期學習產出，逆向制訂出模擬電子技術實驗課程的教學目標，并明確該教學目標與實現學生的預期學習產出之間的支撐關系。(1)通過基礎型實驗教學，使學生熟悉模擬電路實驗箱和常用電子實驗儀器的使用方法，掌握基本的實驗方法和實驗技能，為以后進行更復雜的實驗打下基礎。(2)通過綜合設計型實驗，使學生掌握模擬電路的設計方法，培養學生綜合應用所學知識解決實際問題的能力。(3)通過科學研究型實驗，培養學生的探索精神和自主研究與創新的能力。以上三個不同層次的實驗各有不同的教學目標和訓練重點，通過循序漸進的系統訓練，使學生具備基本的實驗技能、較強的實踐動手能力、一定的創新意識和研究性的思維與習慣，為后續的學習打下堅實的基礎。

1.2 設計階梯式的實驗內容

為了使學生的工程素養和創新能力得到循序漸進的提升，精心設計了能夠貫穿模擬電子技術實驗課程主要核心知識點的階梯式的實驗項目，將實驗項目按從易到難分為基礎型、綜合設計型和科學研究型三個層次(見表1)，并明確每個層次的實驗項目對課程預期學習產出的貢獻，從而使教師教得明白，學生學得明白。具體實驗包括如下的內容：(1)常用電子實驗儀器的使用。(2)基本模擬電子電路的設計、搭建、調試和相關指標測試。(3)模擬電子電路的計算機輔助分析與設計。(4)綜合模擬電子電路的設計、搭建與調試。(5)小型電子系統的設計、制作與調試。其中(1)(2)(3)為基礎型實驗內容，(4)為綜合設計型實驗內容，(5)為科學研究型實驗內容。這三種不同層次的實驗內容，由簡單到復雜，使學生逐步掌握設計電路的技能。

表1 階梯式模擬電子技術實驗教學課程層次設計

1.3 實施自主探究式的教學方法

為了實現預期的實驗教學目標，在調整實驗內容的同時，也對教學方法進行了改革。重點研究了基于OBE的自主探究式教學方法，調動學生積極主動參與到教學過程中，同時針對三個層次的實驗項目分別采用了以問題為導向的基礎型、以任務為導向的綜合設計型和以項目為導向的科學研究型三個教學層次，使學生的創新能力和實踐動手能力在完善的實驗體系中得到循序漸進的提高。

在基礎型實驗的教學環節中，主要是培養學生的基本實驗技能。因此，采用了問題為導向的教學策略。通過設計一些問題，讓學生帶著問題去做實驗，并在實驗過程中主動研究和解決問題。綜合設計型實驗是學生在完成基礎型實驗的基礎上進行的功能較為復雜的設計性的實驗訓練，其重點是電路設計和電路實現。為了提高學生的電路設計和解決實際問題的能力，采用了以任務為導向的教學策略。通過精心設計一些實驗任務，讓學生主動去研究如何通過設計和調試電路達到電路指標要求。這種讓學生主動解決問題的學習方式能較快地提高他們電子電路的設計能力和水平。科學研究型實驗是在綜合設計型實驗的基礎上進行的具有探索性和研究性的大型實驗，一般應設計并實現具有一定功能和指標要求的小型電子系統。因此，科學研究型實驗采用了以項目為導向的探究式教學策略，即讓學生通過項目構思、設計、實現和運作四個階段來完成整個電子系統的制作過程。此外，還對學生進行了分組，讓學生根據自己的興趣來選擇教師提供的項目，同時也鼓勵學生提出自己想做的具有專業特色的項目，這樣也就給學生創造了一個實踐自己想法的機會，讓每名學生都有較大的獨立思考空間，有利于培養他們的自主研究能力。教師在整個過程中起引導作用，學生起主導作用，形成了以學生為中心的教學模式。

1.4 實施多元化的考核模式

在階梯式的實驗教學中，不同層次的實驗階段對學生需要達成的能力指標點要求不同。因此，在實驗考核方式上也應該有所區分，研究了多元化的考核模式。對于基礎型實驗，可以根據學生的預習情況、實驗操作表現、實驗數據和實驗報告等環節來考查他們的基本實驗技能，所需達到的能力指標為基本的工程基礎、簡單問題的分析能力、使用現代工具的能力。對于綜合設計型實驗，可以根據學生的電路設計方案、主要電路指標達成情況、實驗結果演示和實驗報告等環節來考查他們的電路設計能力和分析總結能力，所需達到的能力指標為分析解決復雜工程問題的能力和利用仿真軟件對復雜工程問題的預測與模擬能力。對于科學研究型實驗，可以根據學生的總體設計方案、電路框圖設計、電路設計和性能仿真分析結果、電路的安裝、調試與指標測試結果、實驗總結報告和交流答辯結果來考查他們進行科學研究的能力和在實踐中發現問題、分析問題和解決問題的能力，所需達到的能力指標除了與綜合設計型實驗相同外，還必須掌握項目管理的能力、團隊協作和溝通能力。具體的考核方法和所需達到的能力指標點見表2。

表2 多元化的考核方法和對應能力指標點

1.5 建立科學的評價機制

為了確保能夠實現既定的教學目標，持續改進OBE教學模式，也對評價反饋機制進行了一些探索，主要采用了形成性和總結性兩種評價方法。為了做好形成性評價，要求學生記錄好實驗過程中碰到的問題、研究解決方案的過程和測試實驗數據的過程，這樣教師就能較全面地了解學生的整個實驗研究過程，為教師進行實驗引導和調整實驗模式提供重要的反饋信息。此外，也在課程結束時通過問卷調查或與部分學生面對面交流的方式了解學生對這門實驗課程的意見和建議。對于總結性評價，主要是通過學生的項目答辯過程了解他們的探究能力和水平。上述反饋信息為教師改進教學提供依據，為模擬電子技術實驗課程的預期學習產出的定義和實現提供持續改進的動力源。

2 結語

在工程教育認證的理念的引導下，圍繞模擬電子技術實驗課程預期的學習產出進行了階梯式的實驗教學改革，由易到難地將目標能力指標與實驗教學內容的設計貫穿于各實驗環節，使之更加規范化。采用基于OBE的自主探究式教學方法，同時利用多元化考核模式，使學生的創新能力和實踐動手能力在階梯式的實驗教學中得到循序漸進的提升。此外，還初步建立了科學的評價機制，為OBE教學改革的持續推進提供了動力。今后，將邊實踐邊總結，為學校的OBE教學改革貢獻力量。