基于OBE模式的《數(shù)字電路》課程教學(xué)改革研究

孫琦 徐錦麗

摘要：在工程教育認(rèn)證背景下，為了能夠有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才。該文以產(chǎn)出為導(dǎo)向，分別從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核標(biāo)準(zhǔn)以及持續(xù)改進(jìn)幾個(gè)方面對《數(shù)字電路》課程教學(xué)改革進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：OBE;數(shù)字電路;教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）35-0170-02

1 背景

《數(shù)字電路》是電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)課和必修課，全面介紹組合電路和時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì)方法、基本脈沖電路的一般分析方法、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理和主要技術(shù)指標(biāo)。通過本課程，培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路系統(tǒng)的能力。本課程理論體系嚴(yán)密，邏輯性強(qiáng)，有著廣闊的工程應(yīng)用背景，對培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)觀點(diǎn)，以及提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力都有著重要作用。

我校以航空宇航為特色，學(xué)校致力于培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才，以教學(xué)質(zhì)量為生命線。在工程教育認(rèn)證背景下，以電子信息工程專業(yè)的學(xué)生為實(shí)施對象，將OBE教學(xué)模式引入到《數(shù)字電路》課程教學(xué)中，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，重視對全體學(xué)生學(xué)習(xí)成效的評價(jià)，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向制定教學(xué)目標(biāo)和考核方式，持續(xù)教學(xué)改進(jìn)，能夠有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

2 0BE模式

成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education，OBE）是一種基于學(xué)習(xí)成果的先進(jìn)教育理念，又稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育。于1981年由Spady等人提出后，很快得到了人們的重視與認(rèn)可，并已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。2013年6月，我國被接納為《華盛頓協(xié)議》簽約成員。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是：以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)。這些理念對于引導(dǎo)高校教學(xué)改革，提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，具有現(xiàn)實(shí)意義。

在工程教育認(rèn)證背景下，提升授課質(zhì)量，改善學(xué)生學(xué)習(xí)效率，并使課程充分滿足企業(yè)用人需要，提供工程所需要的多樣且獨(dú)特的人才。作為電子信息工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，《數(shù)字電路》課程的教學(xué)改革勢在必行！

3 改進(jìn)課程教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)我校電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)，參照《數(shù)字電路》課程的教學(xué)大綱，對《數(shù)字電路》課程的教學(xué)目標(biāo)改進(jìn)如下：知道數(shù)制和碼制的概念、邏輯代數(shù)的基本知識，知道基本門電路的組成并理解其工作原理，知道觸發(fā)器的組成并理解其工作原理，知道存儲(chǔ)器的組成并理解其工作原理;能夠根據(jù)數(shù)制概念和邏輯代數(shù)的基本知識，進(jìn)行常用不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換和邏輯函數(shù)化簡;能夠應(yīng)用相關(guān)知識與方法，對組合和時(shí)序邏輯電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì);能夠根據(jù)555定時(shí)器的特性及功能，對其構(gòu)成的波形產(chǎn)生和整形電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì);能夠分析和應(yīng)用常用D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路芯片;不考慮非技術(shù)因素的影響，能夠結(jié)合性能要求提出數(shù)字電路設(shè)計(jì)的指標(biāo)或方案，并能通過文獻(xiàn)研究尋求工程數(shù)字電路的解決方案及其可替代方案。

4 改進(jìn)課程教學(xué)方法

以往有學(xué)生反映某些課程內(nèi)容比較枯燥，激發(fā)不出學(xué)習(xí)興趣。例如第6章中時(shí)序電路的分析，部分學(xué)生反映學(xué)過這部分內(nèi)容后會(huì)按照給定的步驟進(jìn)行時(shí)序電路的分析，至于為什么要對時(shí)序電路分析，為什么要遵循這樣的步驟，部分學(xué)生一知半解。針對學(xué)生反映的問題，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，首先提出問題讓學(xué)生思考。時(shí)序電路分析的本質(zhì)問題是什么？是什么導(dǎo)致電路狀態(tài)發(fā)生改變？電路的狀態(tài)如何改變？電路的對外輸出是什么規(guī)律？學(xué)生帶著這些問題進(jìn)行思考，明確驅(qū)動(dòng)方程導(dǎo)致電路狀態(tài)發(fā)生改變，電路狀態(tài)依據(jù)次態(tài)方程發(fā)生改變，電路依據(jù)輸出方程產(chǎn)生對外輸出。這三個(gè)問題搞清楚了，畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖，就能確定出時(shí)序電路的邏輯功能，從而明確了時(shí)序電路分析的本質(zhì)問題。

例如講授555定時(shí)器相關(guān)電路的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，要求學(xué)生課前做好預(yù)習(xí)，查閱相關(guān)資料，了解555定時(shí)器相關(guān)電路在實(shí)際生活中的應(yīng)用及工程實(shí)例，課堂上要求學(xué)生以4～5人為一組，對所了解的內(nèi)容進(jìn)行互相討論，觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)，活躍了課堂氣氛，提高了教學(xué)效果。

5 改進(jìn)課程教學(xué)手段

為了提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，充分利用多媒體教學(xué)，引入雨課堂改進(jìn)授課方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。雨課堂全部功能基于PPT和微信，操作便捷，極大地方便師生的使用，將課前一課上一課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)都賦予全新的體驗(yàn)，師生實(shí)時(shí)互動(dòng)。

利用雨課堂，在課前布置預(yù)習(xí)。例如在講解中規(guī)模集成模塊這些重點(diǎn)和難點(diǎn)問題時(shí)，制作預(yù)習(xí)課件，要求學(xué)生了解：寄存器和存儲(chǔ)器的區(qū)別有哪些？寄存器在實(shí)際中有哪些應(yīng)用？把預(yù)習(xí)課件向?qū)W生手機(jī)端推送，靈活地開展翻轉(zhuǎn)課堂，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性。

使用雨課堂授課時(shí)，進(jìn)行限時(shí)小測驗(yàn)。例如講授常用數(shù)制轉(zhuǎn)換時(shí)，設(shè)置測驗(yàn)題：數(shù)碼1010，若分別用來表示二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)，其對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是多少？第一時(shí)間掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，從而使學(xué)生注意力大大提高。另外，使用雨課堂為學(xué)生布置課后作業(yè)。

6 改進(jìn)課程考核標(biāo)準(zhǔn)

為了改變部分學(xué)生期末突擊復(fù)習(xí)以應(yīng)付考試的現(xiàn)象，提高學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，對課程的考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)生課程總評成績包括平時(shí)考核和期末考試兩部分，平時(shí)考核占課程總評成績的30%，期末考試占課程總評成績的70%。平時(shí)考核包括作業(yè)、課堂測驗(yàn)和課內(nèi)項(xiàng)目等。作業(yè)主要考核學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度、以及對課堂知識點(diǎn)的掌握程度。課堂測驗(yàn)主要考核學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握程度。課內(nèi)項(xiàng)目要求學(xué)生自行組隊(duì)，針對實(shí)際工程問題抽象出的給定設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

例如設(shè)置知識競賽24秒計(jì)時(shí)器的課內(nèi)項(xiàng)目，提出一系列問題讓學(xué)生思考：如何具有顯示24秒的計(jì)時(shí)功能？如何設(shè)置外部操作開關(guān)？計(jì)時(shí)器部分如何實(shí)現(xiàn)24秒遞減的功能？計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，如何使數(shù)碼顯示器不滅燈并且發(fā)出光電報(bào)警信號。帶著上述問題學(xué)生們自行組隊(duì)，3人一組，通過查閱資料進(jìn)行方案分析和論證、制定方案、進(jìn)行各個(gè)模塊電路設(shè)計(jì)、通過虛擬仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，從而驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，最后撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告并進(jìn)行答辯。

課內(nèi)項(xiàng)目使理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來，有效地提高了學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生之間的團(tuán)結(jié)互助精神和團(tuán)隊(duì)意識。

7 持續(xù)改進(jìn)

對本學(xué)年本專業(yè)學(xué)生的總評成績進(jìn)行評價(jià)分析，本課程共支撐3個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，相應(yīng)畢業(yè)要求達(dá)成評價(jià)值均大于0.65，均為達(dá)成。說明學(xué)生運(yùn)用數(shù)字電路的相關(guān)知識對電子信息領(lǐng)域相關(guān)問題進(jìn)行抽象、描述、建模，基于數(shù)字電路的基本原理正確表述電子信息領(lǐng)域相關(guān)工程問題的解決方案，能夠利用數(shù)字電路的相關(guān)知識確定電子信息系統(tǒng)或功能模塊的設(shè)計(jì)方案，并能夠在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。說明學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字電路知識解決電子信息領(lǐng)域中相關(guān)的工程問題，對數(shù)字電路的相關(guān)知識掌握較好，具有自主學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新能力。

在今后的教學(xué)過程中，要對教學(xué)過程進(jìn)行更為嚴(yán)格、規(guī)范的管理。結(jié)合工程實(shí)際，增加實(shí)際應(yīng)用范例，加深學(xué)生對中規(guī)模集成模塊功能的理解，注重應(yīng)用能力的培養(yǎng)。進(jìn)一步加強(qiáng)與學(xué)生溝通，關(guān)注學(xué)生的課程知識掌握情況，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的深入理解，對于學(xué)習(xí)問題較多的學(xué)生要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。了解學(xué)生的反饋信息，關(guān)注科技發(fā)展以及企業(yè)需求，及時(shí)調(diào)整課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及考核標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)。

8 結(jié)束語

在《數(shù)字電路》課程的教學(xué)過程要始終把學(xué)生作為主體，充分考慮科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)用人需要，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提升工程教育授課質(zhì)量。在今后的教學(xué)過程中，要善于發(fā)現(xiàn)問題，積極探索各種方法，使《數(shù)字電路》課程的教學(xué)更具特色，致力于培養(yǎng)有良好發(fā)展能力的工程技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2019-10-19

作者簡介：孫琦（1980-），女，黑龍江肇東人，講師，博士，從事語音信號處理研究;徐錦麗（1973-），女，遼寧葫蘆島人，講師，碩士，從事自動(dòng)控制理論研究。