OBE-CDIO模式下數(shù)字電路課程教學(xué)改革探索

山 丹,張永鋒,楊 影,孫曉凌

（大連東軟信息學(xué)院 電子工程系，遼寧 大連 116023）

0 引 言

隨著全世界數(shù)字時(shí)代的迅猛發(fā)展,數(shù)字電路課程已成為國(guó)內(nèi)外電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課,但在“新工科”工程人才培養(yǎng)的大背景下,如何在課程實(shí)施過程中,有效培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,還需要不斷探索和改進(jìn)。以成果為導(dǎo)向的OBE理念和以能力培養(yǎng)為主線的CDIO理念相得益彰,與數(shù)字電路課程改革方向不謀而合。據(jù)此,引入并融合OBE與CDIO理念,以培養(yǎng)國(guó)際化工程技術(shù)人才為目標(biāo),對(duì)數(shù)字電路課程教學(xué)模式進(jìn)行改革再創(chuàng)新具有重要意義。

1 OBE-CDIO教育模式內(nèi)涵

OBE(Outcome-Based Education)[1]教育理念起源于美國(guó),其實(shí)質(zhì)是把學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體表現(xiàn)作為教育質(zhì)量考核的重要指標(biāo),在人才培養(yǎng)過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果,并以此作為反饋教學(xué)活動(dòng)質(zhì)量的重要因素[2]。

CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)[3]理念是由以MIT為代表的教育工作者提出的,即“構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作”的教學(xué)模式,其4個(gè)過程來源于產(chǎn)品、系統(tǒng)的生命周期過程,涵蓋了絕大多數(shù)工程師必要的專業(yè)能力[4],并以此作為對(duì)學(xué)生能力達(dá)成情況進(jìn)行考核的依據(jù)。大連東軟信息學(xué)院基于“教育創(chuàng)造學(xué)生價(jià)值”的理念,借鑒CDIO工程教育模式創(chuàng)造性地將CDIO中國(guó)化和本?；?對(duì) CDIO 能力培養(yǎng)大綱做了繼承基礎(chǔ)上的創(chuàng)新,構(gòu)建了具有東軟特色的 TOPCARESCDIO 八大能力指標(biāo)體系[5]。

OBE是以“預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果”來驅(qū)動(dòng)整個(gè)教育結(jié)構(gòu)的模式,而CDIO是以“CDIO能力大綱”[5]所代表的“預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果”集合來驅(qū)動(dòng)課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教育文化等設(shè)計(jì)的模式,兩者相輔相成。筆者以“數(shù)字電路”課程為例,將OBE與CDIO理念相融合,針對(duì)本科專業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)模式再創(chuàng)新。

2 實(shí)踐教學(xué)改革

按照基礎(chǔ)層、應(yīng)用層、創(chuàng)新層遞進(jìn)式的雙語教學(xué)改革思路強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué):在基礎(chǔ)層,增加仿真實(shí)驗(yàn),邊學(xué)邊仿邊做,既讓學(xué)生熟悉數(shù)字電路設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié),又形象生動(dòng)比較容易接受;在應(yīng)用層,學(xué)生充分利用所學(xué)的電路知識(shí)解釋電路現(xiàn)象,啟發(fā)學(xué)生多向思維和設(shè)計(jì)思路,發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造靈感和創(chuàng)新欲望;在創(chuàng)新層,要求學(xué)生進(jìn)行綜合性的自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)可演示的數(shù)字電路系統(tǒng)。

2.1 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

增加隨堂仿真實(shí)踐部分,開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,分為驗(yàn)證型和設(shè)計(jì)型、基本型和創(chuàng)新型。在課堂授課過程中,教師增加隨堂實(shí)踐內(nèi)容,穿插小的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)(如對(duì)各邏輯門、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路小模塊),課上帶領(lǐng)學(xué)生,在仿真工具中完成電路搭建仿真,從而使學(xué)生看到電路的各節(jié)點(diǎn)動(dòng)作過程及現(xiàn)象,加深對(duì)數(shù)字電路的理解。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主,以設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為目標(biāo),激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情,真正提高學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力、動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題能力。共設(shè)置8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,其中3個(gè)為仿真實(shí)驗(yàn)、4個(gè)驗(yàn)證為主設(shè)計(jì)為輔的實(shí)驗(yàn)和1個(gè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。最后1個(gè)設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)為自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以自己選題目,也可以從教師提供的2個(gè)備選題目中選擇1個(gè)進(jìn)行功能變更,給予學(xué)生充分的創(chuàng)新思維空間。

2.2 實(shí)踐實(shí)施方式改革

將課堂教學(xué)與實(shí)踐相融合,以隨堂邊學(xué)邊仿真的形式進(jìn)行知識(shí)的講解,讓學(xué)生從簡(jiǎn)單的電路開始邊做、邊學(xué)、邊思考,增加學(xué)生觀察角度。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)由簡(jiǎn)到繁、由單一到綜合、由驗(yàn)證到設(shè)計(jì),符合學(xué)生探求知識(shí)的認(rèn)識(shí)規(guī)律,循序漸進(jìn)的提高應(yīng)用能力。同時(shí),還要增加理論課教師參與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)指導(dǎo),了解學(xué)生掌握情況,答疑解惑,避免課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外時(shí)間脫節(jié)。此外,通過興趣小組、集成電路社團(tuán)、SOVO(虛擬公司)、校內(nèi)外大賽、校企合作來增加學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì),進(jìn)一步提高實(shí)踐能力。

3 考核評(píng)價(jià)模式的改革探索

教師以培養(yǎng)學(xué)生完成預(yù)期學(xué)習(xí)成果、具備預(yù)期專業(yè)能力為目標(biāo),施教于學(xué)生,并對(duì)學(xué)生的達(dá)成情況,進(jìn)行有效考核和把握?；诖?對(duì)數(shù)字電路課程的考核評(píng)價(jià)模式,包括形成型考核評(píng)價(jià)模式和終結(jié)型考核評(píng)價(jià)模式進(jìn)行改革,突出形成型的過程考核,淡化一卷定結(jié)果的終結(jié)型考核。

3.1 圍繞課程考核目標(biāo)反向設(shè)計(jì)考核方式

在OBE- CDIO理念指導(dǎo)下,對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行分解,并具體到課程。結(jié)合TOPCARES- CDIO(簡(jiǎn)稱“T- C”)教學(xué)理論,正確揭示本課程對(duì)所培養(yǎng)的畢業(yè)生能力與CDIO能力匹配關(guān)系,逆推出課程考核方式。表1為由課程培養(yǎng)目標(biāo)反推考核評(píng)價(jià)模式表。

3.2 由課程學(xué)習(xí)成果反饋調(diào)整課程考核方式、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容

通過對(duì)“學(xué)習(xí)成果”達(dá)成度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、梳理和分析,反饋到考核方式的制定和調(diào)整中,形成閉環(huán),使考核方式更加科學(xué)合理。該方式有助于分階段、分內(nèi)容調(diào)整教學(xué)方法,尋求合適的教學(xué)方法,優(yōu)化教學(xué)效果。此外,根據(jù)學(xué)習(xí)成果達(dá)成情況,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的難易、多少、側(cè)重等程度。表2為某位學(xué)生學(xué)習(xí)成果測(cè)評(píng)示意表。

3.3 突出以學(xué)生為中心、以學(xué)生為主體的課程考核

表1 由課程培養(yǎng)目標(biāo)反推考核評(píng)價(jià)模式表

在課程實(shí)施過程中,將形成型考核作為學(xué)習(xí)過程的考核,主要體現(xiàn)在自主學(xué)習(xí)、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程中。增加自學(xué)部分,挑選課程中比較簡(jiǎn)單易懂并適合學(xué)生課下自學(xué)的內(nèi)容,布置給在學(xué)生課下完成探究式學(xué)習(xí),教師課上進(jìn)行答疑解惑和畫龍點(diǎn)睛式講解,并提出問題。對(duì)于作業(yè),一改以往“統(tǒng)一題目,學(xué)生課下做,課上交,教師批閱”的單一方式,采用“題目范圍內(nèi)可選,學(xué)生課下做,典型題目課上講出來”的形式,從多個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,一改以往對(duì)實(shí)驗(yàn)過程考核不足的現(xiàn)象,從實(shí)驗(yàn)原理、操作、結(jié)果、創(chuàng)新等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核評(píng)價(jià),提高考核結(jié)果的可評(píng)測(cè)性,實(shí)現(xiàn)“做”中“學(xué)”“學(xué)”中“考”“考”中“做”“做”中“學(xué)”的閉環(huán)機(jī)制。此外,嘗試改革以往以教師為主體、學(xué)生為客體的考核方式,讓實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組同學(xué)互評(píng),調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,促進(jìn)成績(jī)客觀性。

表2 學(xué)生學(xué)習(xí)成果測(cè)評(píng)示意表

3.4 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展

根據(jù)對(duì)每位學(xué)生課程考核結(jié)果所對(duì)應(yīng)的預(yù)期能力實(shí)際達(dá)成度分析,將學(xué)生進(jìn)行類型劃分,因材施教、因人施教,鼓勵(lì)個(gè)性化發(fā)展。鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生查閱資料、文獻(xiàn),對(duì)信息進(jìn)行加工、取舍、歸納、評(píng)論和轉(zhuǎn)化,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新和求知欲望,并制定適應(yīng)不同學(xué)生特點(diǎn)彈性、靈活的考核方式。與此同時(shí),學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣也得到培養(yǎng)。

4 雙語教學(xué)改革

為適應(yīng)國(guó)際化工程技術(shù)人才培養(yǎng)需要,對(duì)數(shù)字電路課程開展中英雙語教學(xué),其中,雙語教學(xué)資源的開發(fā)、師資隊(duì)伍的建設(shè)和培養(yǎng)、教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估和反饋尤為重要。

4.1 教學(xué)資源的開發(fā)

課程使用原版外文教材和參考資料,保證理論的前瞻性。教師還開發(fā)了純英文課件,作為教材的簡(jiǎn)化、提綱、精華。此外,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和練習(xí)題、作業(yè)和考試題都采用純英文形式,為學(xué)生提供“浸入式”[6]的英文環(huán)境,潛移默化的實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)接受到自然接受的思維過程。

4.2 師資隊(duì)伍的建設(shè)和培養(yǎng)

教師是雙語教學(xué)最直接的實(shí)施者,不僅要有良好的知識(shí)表達(dá)及運(yùn)用能力,還要有豐富的教學(xué)管理。為解決雙語教師匱乏的瓶頸,大連東軟信息學(xué)院2012年就制定頒布了“雙語教學(xué)管理辦法”[6],從教師的口語培訓(xùn)、雙語課程級(jí)別的認(rèn)定、雙語課程的建設(shè)、雙語課程的獎(jiǎng)勵(lì)和雙語課程的效果評(píng)估等多個(gè)方面,對(duì)雙語課程的教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃和管理。將雙語課程的實(shí)施劃分為A、B、C等 3個(gè)級(jí)別。數(shù)字電路課程根據(jù)課程難度和教師師資水平等因素,目前定位為C級(jí),課程課堂教學(xué)中使用外語授課達(dá)到30%以上。

4.3 教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估與反饋

為保證雙語教學(xué)質(zhì)量,對(duì)實(shí)施過程的全面監(jiān)控和評(píng)估,并反饋?zhàn)饔糜谛乱惠喌慕虒W(xué)活動(dòng)。大連東軟信息學(xué)院設(shè)有教學(xué)質(zhì)量管理與保障部,專門針對(duì)雙語教學(xué)進(jìn)行督導(dǎo)。數(shù)字電路課程經(jīng)過評(píng)估,達(dá)到C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

5 教學(xué)方式方法改革探索

5.1 電腦進(jìn)課堂

在以往授課過程中,雖然課堂上采用PPT等方式為學(xué)生充分展示項(xiàng)目實(shí)例實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié),但由于學(xué)生課上無法及時(shí)觀察到電路的動(dòng)作過程,教師很多時(shí)候更像是在唱獨(dú)角戲。通過允許學(xué)生攜帶裝有Multisim仿真工具的筆記本電腦進(jìn)課堂,充分利用課堂的時(shí)間,講練結(jié)合,精講多練,讓學(xué)生及時(shí)觀察電路動(dòng)作的特點(diǎn),使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體,以學(xué)生為中心,提高學(xué)生的參與度,讓學(xué)生得到及時(shí)的鍛煉,鼓勵(lì)探究式學(xué)習(xí),教師答疑解惑。實(shí)現(xiàn)教與學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展。

5.2 引入MOOC改進(jìn)授課方式

MOOC作為一種近年來新興的教學(xué)模式,它可以脫離課堂實(shí)現(xiàn)知識(shí)的傳播。引入慕課這種教學(xué)方式,學(xué)生可以通過下載教師錄制的主題學(xué)習(xí)視頻,課下對(duì)課程主要知識(shí)點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法、仿真驗(yàn)證過程以及EDA工具的使用等內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)。這種方式既是對(duì)課上內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充,又可以為學(xué)生提供答疑解惑的途徑。

5.3 引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

在以往授課過程中,學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容較少,多為教師講解,學(xué)生獨(dú)立思考的自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)的過程欠缺,而這些能力正是學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)技術(shù)工作所必需的。為改善這種情況,教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況,增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容,借助MOOC視頻,讓學(xué)生完成獨(dú)立學(xué)習(xí)和思考過程。教師在課上以提問的形式來了解學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況,并答疑解惑,為學(xué)生贏得課上寶貴時(shí)間,與教師進(jìn)行更深層次的互動(dòng)交流。

5.4 引入“浸入式”英語教學(xué)模式

“浸入式”教學(xué)模式是最早起源于加拿大的一種外語教學(xué)模式,教師在課堂上用第二語言講授部分學(xué)科課程,使外語成為學(xué)習(xí)專業(yè)學(xué)科知識(shí)的工具?？紤]到教師的外語描述能力、學(xué)生的外語接受能力和知識(shí)的難易程度,中英文混合教學(xué)無疑是個(gè)合適的選擇。對(duì)課堂的組織和管理、教學(xué)資源、授課內(nèi)容關(guān)鍵詞、專業(yè)術(shù)語等采用英文表述,而重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容以中文為主、英文為輔的方式推進(jìn)。此外,英文的運(yùn)用,循序漸進(jìn),逐漸提高英文比例,為學(xué)生提供逐步適應(yīng)的過程。

6 結(jié) 語

在OBE教學(xué)理念的指引下,結(jié)合CDIO教學(xué)模式,以學(xué)習(xí)成果為教學(xué)目標(biāo),培養(yǎng)國(guó)際化工程技術(shù)人才,設(shè)計(jì)更加清晰有效的實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核評(píng)價(jià)方式,并引入“浸入式”雙語教學(xué)、MOOC等輔助實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。通過上述改革措施,更好地培養(yǎng)了學(xué)生數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和終身學(xué)習(xí)習(xí)慣,為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。通過對(duì)改進(jìn)措施的實(shí)施,并對(duì)比評(píng)估,證明這些措施具有良好的教學(xué)效果,同時(shí)具有良好的可操作性。當(dāng)然,對(duì)數(shù)字電路課程的雙語教學(xué)仍需持續(xù)改進(jìn),這里只希望能對(duì)工程教育中本科專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革起到拋磚引玉的作用。

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