基于OBE的“模擬電子技術”課程改革

陳樂珠 陳麗雅 陳昌文

(汕尾職業技術學院 海洋學院, 汕尾 516600)

電子信息類專業是制造“中國芯”的核心專業,“模擬電子技術”課程是電子信息類專業的專業基礎課程,課程覆蓋面廣,知識點多,實踐性強,應用面寬。在新工科建設“十百萬”計劃建設背景下,對工科課程建設提出了更高的要求[1]?！澳M電子技術”課程傳統的教師講授為主的教學方式,已難以達到新工科對人才培養目標的要求。如何對該課程進行教學改革,以滿足新工科培養工程人才的需求,是目前亟待解決的問題[2]。為了提高教學質量,改善教學效果,適應新工科人才培養需求,設計了基于OBE理念的“模擬電子技術”教學方法,設計的教學方法依托信息技術超星學習通平臺+虛擬仿真軟件MultiSim,搭建虛實深度融合的教學場景,打破傳統的工科高職教師講授為主的教學模式,兩年的實踐結果證明,此種教學模式改善了教學效果,提高了人才培養質量。

1 OBE教育理念與新工科人才培養

近些年,OBE(Outcome-based Education)教育理念在歐美應用較為廣泛。它是一種基于學習成果產出的教育模式,其將學習成果作為教育過程當中重要構成部分,學生在整個學習過程中,強調每個階段應有相應的學習成果。該教育理念強調以學生為中心,教師在教學上及評價上促進幫助學生完成學習成果的輸出,教師只是指導者和引導者,在整個教學過程重視培養學生的自主學習能力及綜合能力,以培養適應社會未來需求的人才[3]。

基于OBE成果導向的職業教育觀,規范教與學過程由“目標——動機——方法——評價”的過程形成[4]。

以立德樹人為根本依據、社會發展需求的建設理念,培養多元化、創新型卓越工程人才為目標,是新工科的根本要求[5]。傳統的學科導向教學模式已經難以達到培養新工科人才的目標。因此,構建適合當前新工科人才培養要求的教學模式尤為重要。

2 基于OBE的課程教學模式構建

OBE理念的教學設計,是一種“逆向”思維教學設計,其“逆向”是指整個教學過程從“需求”開始,該“需求”指的是學科需求及社會需求、用人單位的需求,由社會及用人單位需要什么樣的崗位需求,進行職業能力分析,再“逆向”設計教學內容、教學目標、教學設計、教學策略等,盡可能地“滿足”學生畢業需要,最大程度保證學生畢業后“學”有所用[6]。OBE教學不同于傳統教學,傳統教學更注重于學科需求,在一定程度上忽略了教學的最終目的應該是以成果輸出為導向的,為了外部需求而服務的,近些年來,畢業學生多次反饋課堂上學的知識多而不精,工作后發現多年所學知識多為“無用功之處”,究其根源,傳統的教學,確實存在著以下不足之處:

(1)教學內容的孤立性。課程內容多,學時少,傳統教學“模擬電子技術”主要從獨立的元器件進行講授,前后知識點關聯性小,應用場合單一,與就業需求無掛鉤。

(2)教學目標的錯位性。預備知識多,學生基礎參差不齊,傳統教學集中講授理論知識,注重學科要求,學生缺乏獨立思考訓練,難有創新思維能力的培養,學生單方向接受知識,無法達到新工科教育的培養目的[7]。

(3)教學手段的單一性。教學手段單一,強調以教為主,填鴨式灌輸學科知識,理論知識與實驗課分開,課中使用PPT教授知識點,無法調動學生的學習熱情,學生被動學習,教學效果一般。

(4)評價方法的滯后性。評價方法缺乏激勵機制和實時檢測機制,僅在結課時給出課程考核結果,難以檢測學生學習過程的每一環節,難以及時發現學生在學習中遇到的問題,難以激勵學生主動學習。

為了解決“模擬電子技術”傳統教學方法存在的不足,基于OBE教學理念,分別從教學內容、教學設計、教學目標、教學策略等進行改革與實踐。

2.1 基于OBE的教學內容整合

遵循OBE理念原則,對“模擬電子技術”課程的教學內容進行整合,首先對電子信息專業的崗位需求進行剖析,并由分析得知“模擬電子技術”課程在電子信息專業人才培養中主要面向電子、電氣行業,從事電子、電氣設備生產、安裝、調試與維護、管理和技術服務等工作崗位,依據國家職業能力標準,主要培養學生的電子電路分析、安裝、調試以及電子產品設計和開發創新能力,接著通過職業能力分析,對傳統教材學科內容進行任務分解,確定教學知識點以及專項能力要求,并根據能力要求整合課程內容,把零散的知識點整合為兩個教學模塊,分為基礎應用模塊及綜合應用模塊,每個模塊分若干項目,以工作任務為中心組織課程內容,注重過程性知識,任務設計突出對學生實操能力的訓練,注重培養學生職業崗位綜合素質。其教學內容整合如圖1所示。

圖1 基于OBE的教學內容整合

2.2 基于OBE的教學設計優化

基于OBE的教學設計理念,通過“逆向”思維設計教學,根據“外需”(崗位需求)——電子產品設計開發的職業能力標準,結合“內需”(學科需求)電子信息工程專業教學標準,制定教學方案、教學目標,對應當下電子信息專業職業崗位能力要求確定教學知識點,把零散的知識點整合為項目化、任務式驅動的教學內容,借助信息化技術超星學習通學習平臺與仿真軟件MultiSim構建虛實結合、線上線下混合式教學模式進行教學,貫徹“以學生為中心、成果為導向”的教學理念,制定教學策略,明確教學目標,實現工作任務驅動——成果導向要求——學習情境的角色轉換,全過程多元化精準的教學評價閉環優化教學方法,其教學設計優化流程圖如圖2所示。整個教學設計突出以學生為中心,讓學生明白最終要學會什么,應該做什么,怎么做,怎樣做得更好,鍛煉了學生獨立思考及創新能力,情境的角色轉換培養了學生的工匠精神。

2.3 基于OBE的教學目標確立

根據OBE成果導向的教學理念,其教學目標如何體現OBE呢?①側重于學生所學的知識能做什么,需增大能力目標的比例;②強調以學習者行為為主的學習目標,以Bloom(布魯姆)認知能力分類;③學生以學為本,以學習結果目標為主;④重視目標與測評的契合度,保障目標可測評度。在“模擬電子技術”課程教學大綱中,傳統教學與OBE理念的教學目標的區別如表1所示,在表1中可以得知,OBE理念教學目標更注重以學生為主體,將教學目標分為知識目標、能力目標、情感目標等;而傳統教學中的教學目標強調以教為主,要求學生掌握相關的學科知識。

2.4 基于OBE的教學策略構建

基于OBE成果導向教學設計方法,注重在教學過程中完成學生主要的學習活動,關注學習成果輸出,并以此為導向,依托信息化技術超星學習通平臺+虛擬仿真軟件MultiSim,搭建虛實深度融合的教學模式,以學生為中心,由教師布置的“任務”為驅動,將引導學生進行理論知識學習,培養學生自主實踐能力,在整個教學環節中,協同課程內容全過程開展課程思政,逐漸提升了學生的職業綜合素質,形成全員全過程全方位育人局面。所有的課程內容及教師布置的“任務”都在實訓室和實訓基地完成,做學合一,實現理論與實踐一體化,每個任務都包含“教”與“學”兩個方面?；贠BE的教學策略如圖3所示。

圖3 基于OBE的教學策略

3 基于OBE的教學實施

3.1 基于OBE的教學實施方法

借助信息化技術超星學習通平臺開放線上教學課程,采用混合式教學模式,通過課前的線上自主預習,拓展了學生的學習時間與空間;使用超星學習通的課堂活動工具提前向授課對象發布調查問卷,調查學生學情,掌握學生基本情況,定制小組學習,為課堂教學的實施做了充足的準備。

在任務實施過程中,融合課程思政,布置需要協作才能完成的任務,培養學生團隊合作精神;布置需要細心操作的實踐練習任務,培養學生大國工匠精神;布置具有挑戰性的任務,培養學生開拓創新能力。

3.2 教學實施過程

以該課程基礎模塊一項目1直流穩壓電源的設計與制作為例,參照職業能力標準分析,學生通過學習該任務后需掌握常用元器件的識別與檢測能力、電子元器件焊接能力、電路安裝與儀表使用能力、電路綜合分析能力、常用的儀器與儀表使用能力等,教師明確崗位要求,羅列工作任務清單;在新工科背景下,基于OBE教學理念,采用資源開放混合式教學模式,完成整個教學實施過程,教師課前已將任務書、微課短視頻等學習資源上傳到超星學習通平臺,學生課前預習接收任務書,完成課前預習測試題,并提交預習時的問題,教師通過課前測試及預習問題掌握學生情況,適當調整教學策略,整個基本思路為成果五階遞進法。

1)情景引入,任務分析

教師通過生活中常用的手機電源適配器、移動直流電源的應用場景,引導學生思考分析任務,設計問題思考:如何將市電電壓轉換成直流電壓?轉換的直流電壓是否可直接用于手機開關電源適配器?通過生活中的生活場景,激發學生思考及學生學習興趣,明確學習目標,教師引導學生分析任務。

2)分組討論,協商設計

教師向學生發布任務后,組織學生分小組進行討論設計直流電源電路原理圖,逐一完成任務清單內容;教師巡堂,隨時回答學生實施過程中遇到的問題,對任務實施的重點、技術關鍵要領進行講解,必要時進行有效示教。

3)虛擬仿真,課中互動

該仿真實驗使用MultiSim仿真軟件進行電路原理圖仿真,學生能通過使用MultiSim仿真軟件,可以更好、更快地把剛學的理論知識用該仿真軟件真實地再現出來,驗證其設計是否合理。如仿真結果不理想,可用該仿真軟件修改元器件參數對理論結論進行驗證,小組之間對比各組設計的原理圖及仿真結果,挑選最優設計,討論總結元器件參數帶來的影響,學生在虛擬仿真實驗過程中不斷地調整電路設計并總結,不斷地激發思考,鞏固了理論知識,鍛煉了合理選用元器件的能力、鉆研能力、團隊合作能力。教師選擇其中一組的仿真電路圖進行點評分析,并將正確的電路原理圖通過超星學習通信息技術平臺發布給學生,其電路原理圖如圖4所示。

圖4 直流穩壓電源原理圖

該電路為可調型的直流穩壓電路,是一種典型的直流穩壓電路,虛擬仿真實驗實施為該課程項目一的重點難點內容,可將該電路原理圖拆分三部分逐一完成:①整流電路性能測試,用MultiSim軟件畫出變壓和橋式整流電路部分,通過調整變壓器T1的耦合參數來獲得不同的變壓器二次電壓,加入負載R1測量二極管橋式整流電路的輸出電壓,其波形分析結果如圖5所示;②濾波電路性能測試,用MultiSim軟件畫出變壓、橋式整流電路、電容濾波部分,觀察其波形,并分析結果,如圖6所示;③穩壓電路測試。在圖6電路的基礎上加穩壓電路部分,改變可調電阻R3的大小,經過三端集成穩壓電路后的電壓,如圖7、圖8所示[8]。

圖5 二極管橋式整流電路仿真圖

圖6 整流濾波電路仿真圖

圖7 R3調到0%時,穩壓電路仿真圖

圖8 R3調到100%時,穩壓電路仿真圖

學生通過以上步驟完成虛擬仿真實驗,電路原理圖由簡單到復雜,學習不僅掌握了可調直流穩壓電路的原理,還掌握了MultiSim軟件的使用,學會了使用示波器看圖形,教師順勢推導該電路輸出電壓公式Uo≈1.25*(1+R3/R2)幫助學生理解為何R3的不同引起了輸出電壓不同。

4)實物調試,互相點評

各小組之間完成的直流穩壓電源產品的實物與調試,并進行課中展示,學生之間完成自評與互評,以正視自己的不足,共同促進進步。在此環節中,考察學生是否掌握元器件識別及檢測、基本元器件的焊接、電路安裝方法是否正確、電路綜合分析及調試方法、儀器儀表的正確使用方法等,在調試過程中發現問題,教師從中組織思考問題、分析問題,指導學生將實物測試得到的測試數據與理論數據對比得出結論,整理任務報告。

5)總結點評,課后拓展

小組之間完成的實物成果及實驗報告在課中進行展示,并互評互長;教師對學生任務完成的情況進行點評,檢驗各小組完成的直流穩壓電源的設計與制作的項目成果,分別對小組團隊合作表現、電路板實物焊接、實驗過程中的操作規范性、整潔素養安全意識等進行一一點評,指出實際工作崗位上會出現的問題及應對方法,總結課程內容的重難點,并提出與本課內容相關的拓展延伸任務,作為學生課下作業,讓學生思考;與此同時,教師可實時查看超星學習通信息技術平臺上的學生學習成果達成度,實現實時閉環反饋,及時調整下次教學策略及教學進度,從而達到了最佳的教學成果。

如圖9所示,基于OBE的教學實施過程打破了滿堂灌輸理論知識的傳統教學模式,學生在課前已經明確了該次課需要完成哪些具體任務,變得更“忙”,忙于“動腦”“動手”“動口”,從被動變為主動,明確了學習目標及任務,激活了學生的思維創新能力、提高學生動手能力、表達能力等。

圖9 基于OBE的教學具體實施過程圖

3.3 教學考核評價

基于OBE的教學考核評價,不是單純地從期末考試評價教學效果,而是學生整個學習過程以及學習階段課程設計驗收及期末理論考試等相結合進行全面評價[9-11]。具體的考核指標如表2所示,在高職教育中,側重學生的技能學習而非理論學習,因此,在表2中,期末理論考試的占比將會大大縮減,只有課前預習測驗占5%與課后測驗占5%,總共10%;另外,高職院校的學生經過課前的調研學情可得知,學生熱衷于實操課,將“模擬電子技術”“理-實”課程轉為“理實一體化”課程,考核評價為全過程考核評價,所以將課中實驗提高至50%,為了驗證OBE成果導向教學效果,在該課程中增加課程設計作為關鍵的考核內容,該考核內容以小組形式完成,除了可以提高學生的自主創新能力,還可以培養學生團隊合作精神,占比為25%,所有的評價分數均提交于超星學習通平臺教學信息化平臺,方便數據統計及管理。

表2 基于OBE教學的課程考核指標

3.4 教學實施成效

從超星學習通平臺導出2019級電子信息工程2班學生2020年上半年學習本課程的訪問統計圖,如圖10所示。從曲線圖10可以得出,該教學改革有效地調動了學生的學習主動性和自學能力,學生能主動完成課前預習及課后復習,學習通平臺上的教學資源永久有效,只要學生遇到本課程上的問題,可再進行該課程查找相關的教學資料。使用學習通課堂互動平臺工具,布置作業及發布問題討論,培養學生查缺補漏的能力,團隊互助的意識,形成了良好的課堂氛圍,在線工具可形成詳細、可參考的教學過程性數據,學生可通過該平臺更加了解自己的知識掌握情況,從MultiSim軟件仿真到實物制作到最后筆記總結,課程設計等作品視頻都可自行永久查詢。

圖10 學生訪問學習通平臺曲線圖

2020年以來,該課程秉承基于OBE成果導向的教學理念,多次參加省、校級教學大賽,獲獎5項;通過改革后,學生積極完成課程設計,教師團隊積極引導學生綜合運用所學到的知識與技能,從而鍛煉學生的創新訓練意識。近兩年來,通過該課程改革培養出來的學生積極各類項目、專業比賽等覆蓋占30%,獲得省級以上獎項30余項,學生通過課程設計到項目設計、專業比賽等活動,自身的創新動手能力充分得到提升,提高了人才培養質量。

4 結語

在新工科建設的背景下,高職教育教學必須不斷升級,才能培養出更多能與社會相適應的人才[12-13]?；贠BE教學理念,依托信息技術超星學習通平臺+虛擬仿真軟件MultiSim,搭建虛實融通的混合式教學場景,改革課程考核評價方式,豐富了教學資源,提高了教學效率,促進了學生學習熱情,細化過程性評價及課程設計評價比例的提升,帶動了學生的學習積極性,改善了學生學習團隊協調溝通能力,體現了“以學生為中心”的教學目標,取得了良好的教學效果。