OBE理念下電路原理實驗課的對分課堂模式研究

劉甜 王忠 田琦

摘 要：針對電路原理實驗課傳統(tǒng)教學(xué)中存在的課堂時間分配不均衡、學(xué)生參與實驗效果不佳和實驗評價體系不完善等問題，本研究在成果導(dǎo)向教育（OBE）理念指導(dǎo)下，將對分課堂教學(xué)模式引入電路原理實驗課程，進(jìn)行“OBE+對分”的電路實驗教學(xué)模式探索。分驗證類實驗和設(shè)計類實驗兩方面探究該模式下各個教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計方法，完善實驗課程教學(xué)效果評價方式，為電路原理實驗課教學(xué)提供新思路。

關(guān)鍵詞：OBE理念；對分課堂；電路原理；實驗教學(xué)

電路原理課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，以高等數(shù)學(xué)、電磁學(xué)為基礎(chǔ)，主要分析電路中的電磁現(xiàn)象，研究電路的基本規(guī)律和分析設(shè)計方法，在專業(yè)課程體系中占據(jù)著重要地位，也是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程的前導(dǎo)課程。

電路原理實驗課是電子類專業(yè)實踐人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容，強調(diào)通過驗證類實驗和設(shè)計類實驗培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和綜合設(shè)計能力，是本科生工程實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。為提升電路原理實驗課程教學(xué)效果，教師應(yīng)積極探索電路原理實驗課程課堂教學(xué)改革新模式。

一、電路原理實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

隨著近年各類教育教學(xué)改革的持續(xù)推進(jìn)，電路原理實驗課程教學(xué)質(zhì)量有了很大提高，學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力也有了一定的提升。但當(dāng)前實驗教學(xué)的基本模式和考核方式與新工科建設(shè)對新型人才培養(yǎng)的要求存在較大差距。

（一）課堂時間分配不均衡

現(xiàn)階段實驗課堂教學(xué)多為教師講解實驗?zāi)康暮蛯嶒炘恚故緦嶒瀮x器操作過程，之后學(xué)生進(jìn)行實驗操作，記錄實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告。驗證類實驗前期教師講授時間占比為20%～30%，之后的時間學(xué)生進(jìn)行實踐。該分配方式導(dǎo)致講授結(jié)束之后，學(xué)生操作實驗過程中仍然存在諸多儀器使用和實驗流程不正確等問題，教師需多次解答學(xué)生的重復(fù)性問題，而且學(xué)生之間也缺少思維碰撞。

（二）學(xué)生參與實驗效果不佳

電路原理實驗課教學(xué)對象為大二上學(xué)期學(xué)生，他們相對擅長理論知識的學(xué)習(xí)，對儀器使用和操作等動手實踐內(nèi)容比較感興趣。但在當(dāng)前的課堂教學(xué)模式下，由于大部分學(xué)生前期未接觸過相應(yīng)的儀器設(shè)備，僅在教師20分鐘的講授之后便直接上手操作，在前兩節(jié)課會比較吃力，對實驗操作無從下手，難以獲取正確的實驗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致參與實驗的效果有限。

（三）實驗評價體系不完善

當(dāng)前學(xué)生實驗成績評定的主要依據(jù)為預(yù)習(xí)報告、課堂實驗完成情況和課后實驗報告書寫情況這三部分。雖然實驗課已在進(jìn)行每班20人左右的小班化教學(xué)，但在實際教學(xué)過程中，教師很難對每個學(xué)生的實驗完成情況和數(shù)據(jù)的真實性進(jìn)行客觀評定，而且預(yù)習(xí)報告多為實驗教材的抄錄，學(xué)生對實驗內(nèi)容認(rèn)識有限，未起到良好的預(yù)習(xí)作用。尤其對于設(shè)計類實驗的考核，盡管加入了驗收環(huán)節(jié)等考核要素，但評價體系依然不夠完善，未能合理評價學(xué)生的動手實踐能力和設(shè)計創(chuàng)新能力，導(dǎo)致學(xué)生在實驗課程中只注重報告的撰寫，而輕視動手操作、數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新設(shè)計等綜合能力的培養(yǎng)。

二、“OBE+對分”的電路實驗教學(xué)改革思路

OBE理念（Outcomes-based Education）也被稱為成果導(dǎo)向教育，最早由美國學(xué)者William G.Spady于1981年提出。該理念是指教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，這就要求教師在進(jìn)行課程設(shè)計和教學(xué)實施過程中，要清楚地聚焦于學(xué)生在完成學(xué)習(xí)過程后能達(dá)到的最終學(xué)習(xí)成果，并有效幫助學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。我國成果導(dǎo)向教育研究從2013年至今，經(jīng)過近10年的發(fā)展，得到了教育界的重視和認(rèn)可。

對分課堂（PAD）是復(fù)旦大學(xué)心理學(xué)教授張新學(xué)于2013年提出的一種新的教學(xué)模式，具體可闡述為講授（Presentation）—內(nèi)化（Assimilation）—討論（Discussion）。形式上，PAD是將課堂時間一分為二，一半留給教師講授，一半留給學(xué)生進(jìn)行討論，在講授和討論之間引入課后學(xué)生對講授內(nèi)容的內(nèi)化吸收。

OBE理念和對分課堂都以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和核心素養(yǎng)為目標(biāo)，這與電路原理實驗課程的素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)相契合。有教育工作者進(jìn)行二者結(jié)合的教學(xué)改革研究，結(jié)果顯示在高數(shù)、程序設(shè)計等理論課和智能控制等專業(yè)課程上，可提升課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生解決工程問題的能力。但在實驗課程，尤其是電類實驗相關(guān)課程上缺乏對應(yīng)研究，基于此，本文進(jìn)行“OBE+對分”的電路原理實驗課教學(xué)改革探索。

這里所述“OBE+對分”的電路原理實驗課教學(xué)模式，首先基于OBE理念反向設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，其次在課堂實施階段引入對分課堂，并構(gòu)建實驗課程多元評價體系，具體模式如圖1所示。

教學(xué)目標(biāo)是一門課程的先導(dǎo)?；贠BE理念，電路原理實驗課程的教學(xué)目標(biāo)重塑為知識、能力和素質(zhì)三個方面。在知識層面，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論驗證；在能力層面，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會儀器使用和實驗設(shè)計；在素質(zhì)層面，培養(yǎng)學(xué)生思考、探索和創(chuàng)新能力。

為實現(xiàn)該教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)實施環(huán)節(jié)引入對分課堂模式，教師和學(xué)生對分課堂時間。具體操作為教師在前一堂課先進(jìn)行實驗內(nèi)容講授，學(xué)生利用課后時間進(jìn)行內(nèi)化吸收。在本次實驗課學(xué)生進(jìn)行具體實踐操作，之后進(jìn)行課堂討論，這一過程中教師做好答疑解惑和引導(dǎo)啟發(fā)。最后在師生交流環(huán)節(jié)，學(xué)生分享收獲感悟，教師進(jìn)行評價，使學(xué)生思想進(jìn)一步升華。

對實驗課程的評價，可依據(jù)實驗報告完成情況、實踐操作情況、討論階段參與情況以及后續(xù)分享質(zhì)量情況構(gòu)建多元化的評價體系，從而解決電路實驗課程存在的評價體系不完善問題。

電路原理實驗課程內(nèi)容包括驗證類實驗和設(shè)計類實驗兩大類，其中驗證類實驗是重現(xiàn)經(jīng)典且重要的電路理論知識，設(shè)計類實驗是對所學(xué)知識的靈活運用。下面，課題組將分驗證類實驗和設(shè)計類實驗兩類分別介紹“OBE+對分”教學(xué)模式具體的實施情況。

三、驗證類實驗的“OBE+對分”教學(xué)模式

電路原理實驗課程中驗證類實驗占比較大，首先根據(jù)OBE理念明確驗證類實驗的教學(xué)目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生理論驗證能力和儀器操作能力，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合素質(zhì)培養(yǎng)。為實現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，課題組對驗證類實驗進(jìn)行改良設(shè)計，在原始對分課堂模式基礎(chǔ)上加入實踐操作環(huán)節(jié)，如圖2所示。

這里以RC一階電路的響應(yīng)測試實驗為例，教師講授、內(nèi)化吸收、實踐操作和課堂討論四個部分的具體操作如下。

（一）教師講授

教師在前一次實驗課的最后20分鐘進(jìn)行理論講授，具體講解RC一階電路響應(yīng)測試的實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，函?shù)發(fā)生器和示波器等儀器的操作，并布置思考作業(yè)，完成整體實驗脈絡(luò)的梳理、注意事項的演示和后續(xù)任務(wù)的布置。在該過程中，通過教師提綱挈領(lǐng)的講解，學(xué)生對本次實驗流程框架建立了清晰的認(rèn)識，了解了實驗儀器的使用。對于第一次實驗，該環(huán)節(jié)可在對應(yīng)的理論課進(jìn)行講授。

（二）內(nèi)化吸收

課后的內(nèi)化吸收是該教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)生聽完教師的講授后對實驗框架有一定了解，但對RC一階電路三種響應(yīng)原理和如何進(jìn)行響應(yīng)測試等細(xì)節(jié)仍有困惑，這也是本次實驗的難點。學(xué)生可利用較充分的課后時間完成一階響應(yīng)和時間常數(shù)等理論知識的回顧，并借助Multisim虛擬仿真軟件進(jìn)行仿真驗證，觀測響應(yīng)波形并根據(jù)驗證情況進(jìn)行實驗的具體設(shè)計，撰寫仿真實驗報告，為課上實驗操作環(huán)節(jié)做好鋪墊。

（三）實踐操作

實踐操作環(huán)節(jié)是實驗課程的主要部分，也是實驗教學(xué)的重難點。有了前期教師講授和學(xué)生課后內(nèi)化吸收的積累，面對之前無從下手的實驗操作環(huán)節(jié)，學(xué)生已有了基本思路，并對實驗預(yù)期結(jié)果有了初步認(rèn)識，在本次實驗課可直接進(jìn)行實驗操作，使用示波器觀測響應(yīng)波形，并進(jìn)行時間常數(shù)的讀取。在該環(huán)節(jié)，對于儀器操作和實驗設(shè)計等具體細(xì)節(jié)問題，學(xué)生之間可以相互交流討論，實現(xiàn)基本的理論驗證目標(biāo)。同時，教師也需要做好輔導(dǎo)答疑工作。

（四）課堂討論

課堂討論分為小組討論和全班交流。經(jīng)過前期的知識內(nèi)化吸收和課堂上的實踐操作，學(xué)生完成了響應(yīng)波形觀測和時間常數(shù)測定，同時存在許多疑問。在小組討論環(huán)節(jié)，學(xué)生在組內(nèi)交流實驗過程中的儀器操作技巧，分析時間常數(shù)測量的誤差來源。未完成實驗的學(xué)生也可討論存在的問題，以及如何解決和避免這一問題的，分享本次實驗的收獲和感悟。通過這一環(huán)節(jié)，學(xué)生基本解決了大部分實驗儀器的操作問題，驗證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時小組內(nèi)部討論因人數(shù)較少，討論內(nèi)容多樣，可以使所有人都有內(nèi)容可討論，有觀點可發(fā)表，有收獲可分享。學(xué)生之間的討論，在解決具體問題的同時，提高了學(xué)生實驗課堂的參與度，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

在全班交流環(huán)節(jié)，教師抽查各組討論結(jié)果，對學(xué)生仍存疑的部分進(jìn)行答疑解惑，并對本次實驗注意事項和完成情況進(jìn)行總結(jié)回顧。學(xué)生分享前期內(nèi)化吸收時積累的積分電路和微分電路應(yīng)用，教師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用拓展，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深層次思考，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，提升學(xué)生綜合素質(zhì)。

四、設(shè)計類實驗的“OBE+對分”教學(xué)模式

電路原理實驗課程中的設(shè)計類實驗一般為4個學(xué)時，學(xué)生可在給定項目內(nèi)選擇一個，以3人一組的形式完成。其主要目標(biāo)是在培養(yǎng)學(xué)生儀器操作能力的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)新意識。課題組對設(shè)計性實驗教學(xué)模式設(shè)計如圖3所示。

具體操作時，在教師講授階段列出兩個項目內(nèi)容供學(xué)生選擇，并介紹項目的開發(fā)流程，以其中一個點進(jìn)行創(chuàng)新性啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生在課后進(jìn)行資料查詢。課后的內(nèi)化吸收階段，學(xué)生不僅要選定題目，還需要自行設(shè)計實驗方案，進(jìn)行仿真驗證，并通過文獻(xiàn)查閱分析該項目的創(chuàng)新點，以此培養(yǎng)自己的實驗思維和探索精神。

增加課上的第一個小組討論階段，主要供小組成員進(jìn)行題目敲定，并通過討論確定具體實驗方案，最后做好組內(nèi)分工。該環(huán)節(jié)便于后續(xù)以小組形式進(jìn)行實踐操作。實踐結(jié)束后，組內(nèi)進(jìn)行第二個小組討論，分享收獲，收集存在的疑難問題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用推廣。

設(shè)計性實驗有一定的開放性，為使得該部分考核評價公平公正，教師應(yīng)為學(xué)生提供作品展示的平臺，并在最后加入項目驗收環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)各小組首先展示本組選題的設(shè)計思路，演示基本功能；接著分享本組作品的創(chuàng)新點和應(yīng)用拓展；最后其他學(xué)生和教師可進(jìn)行提問，由本組學(xué)生進(jìn)行答疑。教師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)點評和拓展升華，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)。

五、構(gòu)建多元化的實驗課教學(xué)評價體系

傳統(tǒng)的實驗課教學(xué)評價方式以課前預(yù)習(xí)、課上操作和實驗報告為主要依據(jù)，不利于對學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)考量。在“OBE+對分”的實驗課教學(xué)模式下，評價體系的構(gòu)建至關(guān)重要，要體現(xiàn)多元化的特征。

鑒于實驗教學(xué)實施過程環(huán)節(jié)多樣，評價內(nèi)容細(xì)分為以下四個部分：實驗報告完成情況、課上實踐操作情況、討論階段參與情況和后續(xù)分享質(zhì)量情況。其中每個部分又包括多個細(xì)分內(nèi)容，比如實驗報告完成情況包括預(yù)習(xí)完成情況、仿真實驗報告整理、真實數(shù)據(jù)記錄與分析等。通過多項目考核內(nèi)容的構(gòu)建，實現(xiàn)實驗課程的全過程、精細(xì)化評價。

傳統(tǒng)的評價方式以教師考核為主，但教師一人難以全面考核所有學(xué)生的課程參與情況。為解決這一問題，可構(gòu)建“教師評價+學(xué)生互評”的綜合評價方式。實驗報告完成情況和實踐操作完成情況等客觀項目由教師進(jìn)行考核，組內(nèi)討論參與情況和后續(xù)全班交流分享情況等學(xué)生全員參與項目由學(xué)生進(jìn)行互評，這既保證了學(xué)生全程參與課堂，也體現(xiàn)了考核方式的合理性，使得過程性考核更真實有效。

實踐教學(xué)內(nèi)容是電路原理課程的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的電路思維和動手實踐能力具有重要作用?！癘BE+對分”的電路原理實驗課教學(xué)模式是一種可促進(jìn)學(xué)生參與實驗教學(xué)、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的教學(xué)模式，具有應(yīng)用價值和參考性。

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