基于OBE-CDIO 模式的《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革研究

韓新風(fēng)，高海濤

（安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院，鳳陽233100）

0 引言

在高校電類專業(yè)中《數(shù)字電子技術(shù)》課程以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與實(shí)踐能力為目標(biāo)，但傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)》的課程教學(xué)卻是以課程的教學(xué)內(nèi)容為目標(biāo)，二者之間存在明顯的矛盾。為滿足高等教育人才培養(yǎng)的需要，《數(shù)字電子技術(shù)》課程的改革勢(shì)在必行。以成果導(dǎo)向教育（Outcomes-Based Education，OBE）為課程改革的教育理念，借鑒CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式的方法，指導(dǎo)《數(shù)字電子技術(shù)》的課程改革，恰好與高等教育“以學(xué)生為中心”，“以能力培養(yǎng)為目標(biāo)”人才培養(yǎng)要求是一致的。

1 OBE教育理念、CDIO工程教育模式的核心

OBE 教育理念是以學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)獲得的能力作為學(xué)習(xí)者的目標(biāo)，而非以學(xué)習(xí)內(nèi)容為目標(biāo)，與中國傳統(tǒng)的“授人以魚不如授人以漁”的思想不謀而合。CDIO是一種先進(jìn)的工程教育模式，也是OBE 教育理念在工程教育領(lǐng)域的落實(shí)。CDIO 工程教育模式以培養(yǎng)國際化工程師為目標(biāo)，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)[1]。CDIO 工程教育的有效實(shí)施，能夠極大地提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)，這對(duì)高校中以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和應(yīng)用能力為主的電子信息類課程教學(xué)改革具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-3]。

1.1 OBE教育理念、CDIO工程教育模式的發(fā)展歷程

OBE 教育理念最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革。雖然定義繁多，但其共性較為明顯。在OBE 教育系統(tǒng)中，教育者必須對(duì)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力及其水平有清楚的構(gòu)想，然后尋求設(shè)計(jì)適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)[4-5]。在人才的培養(yǎng)的過程中強(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。自從中國加入華盛頓計(jì)劃以來，OBE 理念在中國工程教育改革中得到了廣泛的關(guān)注和探討，在相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)改革、教學(xué)計(jì)劃制定、考核評(píng)價(jià)改革中都得到了一定的應(yīng)用[6-10]，非常符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)需求

CDIO 工程教育模式是麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)通過幾年的研究、探索和實(shí)踐建立的一種先進(jìn)的工程教育模式。它以產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、運(yùn)行到廢棄和再利用的全生命過程為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間具有有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)和獲取工程能力，包括個(gè)人的科學(xué)和技術(shù)知識(shí)、終身學(xué)習(xí)能力、交流和團(tuán)隊(duì)工作能力和在社會(huì)和企業(yè)環(huán)境下，構(gòu)建產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的能力。此模式符合工程人才的培養(yǎng)規(guī)律，代表先進(jìn)的教育方法。CDIO 大綱，覆蓋了一個(gè)現(xiàn)代工程師應(yīng)具有的科學(xué)和技術(shù)知識(shí)、能力和素質(zhì)。

1.2 以O(shè)BE教育理念與傳統(tǒng)教育的對(duì)比

傳統(tǒng)教育要求教師以知識(shí)為導(dǎo)向，要按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)度完成課程內(nèi)容的教學(xué)。課堂教學(xué)以教師為中心，教師教什么，學(xué)生學(xué)什么，學(xué)生按照教師要求的方式學(xué)習(xí)，需要學(xué)生記憶、理解的知識(shí)偏多。成果導(dǎo)向教育以能力為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)到什么和能做什么[2]，重視學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出和能力的提高，鼓勵(lì)批判性思考、推理、評(píng)論、反饋和行動(dòng)，以學(xué)生為中心。教師綜合具體情景并應(yīng)用團(tuán)隊(duì)協(xié)作和協(xié)同方式，來協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)，評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)成果相呼應(yīng)、能力導(dǎo)向、多元評(píng)價(jià)。成果導(dǎo)向教育與傳統(tǒng)教育的差別不是教學(xué)方式或方法的差別，而是教育理念的差別[11]。傳統(tǒng)教育以“授人以魚”為主，課程評(píng)價(jià)多以“掌握了什么”為標(biāo)準(zhǔn)，而基于OBE 的教育理念更注重的是“授人以漁”，評(píng)價(jià)多以“能做什么”為標(biāo)準(zhǔn)。

2 《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)改革背景

2.1 課程在專業(yè)體系中的地位

《數(shù)字電子技術(shù)》課程是電類及相關(guān)專業(yè)，如電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、光電信息科學(xué)與工程、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程等，最重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程之一。該課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響了專業(yè)課程學(xué)習(xí)的實(shí)際效果。以電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的后續(xù)專業(yè)課程為例，高頻電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字集成電路、通信原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)等專業(yè)課都與《數(shù)字電子技術(shù)》課程知識(shí)聯(lián)系緊密。該課程教學(xué)質(zhì)量的提高將有利于為高質(zhì)量的人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.2 課程教學(xué)中遇到的實(shí)際問題

目前，《數(shù)字電子技術(shù)》的教學(xué)主要分為理論和實(shí)驗(yàn)兩部分進(jìn)行，筆者為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)所承擔(dān)的該課程學(xué)時(shí)安排為42（理論）學(xué)時(shí)+12（實(shí)驗(yàn)）學(xué)時(shí)。課程的主要教學(xué)知識(shí)點(diǎn)為：數(shù)制與碼值、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件、脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換。42 學(xué)時(shí)的傳統(tǒng)理論教學(xué)能將所有知識(shí)點(diǎn)講完已經(jīng)比較困難，課程的重、難點(diǎn)要想講透更是十分困難。筆者所在的課程組其他教師為其他電類相關(guān)專業(yè)開設(shè)的《數(shù)字電子技術(shù)》課程存在同類型的問題。課程安排的學(xué)時(shí)數(shù)量有限，但課程知識(shí)點(diǎn)繁多，且該課程在專業(yè)知識(shí)體系占有非常重要的地位。學(xué)生對(duì)該課程的知識(shí)點(diǎn)無法學(xué)懂、學(xué)通，直接影響了后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，因此該課程的改革勢(shì)在必行。

2.3 課程評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)》的課程評(píng)價(jià)主要如表1 所示。課堂表現(xiàn)、作業(yè)占比20%，但在實(shí)際課堂教學(xué)時(shí)，由于學(xué)時(shí)數(shù)量的限制，課堂主要以教師講授為主，課堂提問、討論的次數(shù)并不多，否則會(huì)影響教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)度，因此這部分的評(píng)價(jià)主要是考勤和作業(yè)情況。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)部分難度最大的是實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)的評(píng)價(jià)，有些同學(xué)看起來在按要求做實(shí)驗(yàn)，但效果并不好，缺少主動(dòng)性，考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分評(píng)價(jià)相對(duì)比較客觀。因此，課程的評(píng)價(jià)還是期末試卷的評(píng)價(jià)為主。

表1 課程原評(píng)價(jià)體系

因此，當(dāng)前《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革中，需要解決的首要問題，也是最大問題，即：在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)、規(guī)定的課程教學(xué)內(nèi)容前提下，如何能夠提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，以確保學(xué)生獲得的課程評(píng)價(jià)真正的與自己在學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)投入成正比。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，真正做到功夫要用在平時(shí)，而不是只靠考試前的死記硬背，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 OBE-CDIO教育理念在《數(shù)字電子技術(shù)》課程改革中的應(yīng)用

3.1 《數(shù)字電子技術(shù)》的預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出

將CDIO 的能力指標(biāo)貫穿《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)全過程，改變以章節(jié)為依托的教學(xué)大綱體系，形成以課程的分解目標(biāo)為依托，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)。針對(duì)不同的能力指標(biāo)，選擇適宜的教學(xué)方式、方法和考核評(píng)價(jià)方式。例如細(xì)化《數(shù)字電子技術(shù)》課程學(xué)習(xí)的預(yù)期成果與學(xué)生獲取的能力，反向設(shè)計(jì)考核評(píng)價(jià)方式示意表如表2 所示。學(xué)生學(xué)習(xí)效果具體評(píng)價(jià)方法參照表3所示。

表2 圍繞課程目標(biāo)逆向設(shè)計(jì)考核評(píng)價(jià)方式樣表

3.2 《數(shù)字電子技術(shù)》的課程改革的實(shí)施方案

（1）課程教學(xué)方式、方法的改革

基于超星學(xué)習(xí)通進(jìn)行課堂教學(xué)方式的改變，為解決課程學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，導(dǎo)致課堂教學(xué)無法深入學(xué)習(xí)的問題，筆者將對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》課程基本知識(shí)點(diǎn)的講解在備課時(shí)錄制成視頻，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)錄制長(zhǎng)度約為3-8分鐘的視頻。將視頻學(xué)習(xí)作為任務(wù)點(diǎn)在課前布置給學(xué)生，要求在上課前完成基本知識(shí)的學(xué)習(xí)。課堂教學(xué)中，基于OBE 教育理念，教師根據(jù)課堂的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理、總結(jié)。然后進(jìn)行課堂測(cè)驗(yàn)，了解學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況。根據(jù)學(xué)生的測(cè)驗(yàn)的具體情況，進(jìn)行重、難點(diǎn)剖析。徹底擺脫學(xué)生因課程學(xué)時(shí)少導(dǎo)致的學(xué)習(xí)效果欠佳的困境。增加過程性評(píng)價(jià)的比重，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)放在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中，而不是平時(shí)不學(xué)習(xí)，等到考試前去死記硬背。部分課程的改革方案如表4所示。

根據(jù)OBE 的教育理念，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改變?cè)械慕虒W(xué)思路，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)課評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。在改革之前，筆者也在每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果以督促學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。但是由于時(shí)間有限，有些學(xué)生確實(shí)完不成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，學(xué)生將該問題置之腦后，無法達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。為了有效解決這一問題，筆者改變之前的思路，要求每次實(shí)驗(yàn)課的前15min 請(qǐng)學(xué)生將上次實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)任務(wù)（如果有多個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，可以任選其一）在實(shí)驗(yàn)箱是搭建完成并實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。那些在實(shí)驗(yàn)課上沒有完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同學(xué)會(huì)在課下繼續(xù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，保證在下次課可以在規(guī)定的15min 時(shí)間內(nèi)，完成實(shí)驗(yàn)電路的搭建。這樣既給留出了足夠的時(shí)間，又可以完成預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。經(jīng)筆者的實(shí)驗(yàn)課堂改革后的效果來看：①改革后一個(gè)學(xué)期內(nèi)三個(gè)班級(jí)的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)沒有發(fā)生遲到的情況，學(xué)生為了給自己贏得更多的搭建電路的時(shí)間，大部分學(xué)生至少會(huì)提前10min 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器件、導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)材料。②學(xué)生的操作能力有了大幅度提高，以往當(dāng)堂課檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，大約70%左右的學(xué)生可以完成，但改革后90%以上的學(xué)生都可以在15min 時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路的搭建。

表3 學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)考核（OBE 學(xué)習(xí)產(chǎn)出）示意表

表4 部分課程改革實(shí)施方案

基于CDIO 工程教育的理念，課程教學(xué)改用項(xiàng)目化教學(xué)，將課程知識(shí)點(diǎn)融于解決項(xiàng)目的過程中，使得學(xué)生體會(huì)到學(xué)有所用，且熟練掌握項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程。在對(duì)應(yīng)章節(jié)開始前，先布置好實(shí)踐項(xiàng)目，給學(xué)生進(jìn)行分組，3-5 人/組，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的過程中，設(shè)計(jì)出項(xiàng)目的方案，對(duì)應(yīng)章節(jié)學(xué)習(xí)完后，最終確定項(xiàng)目的解決方案，設(shè)計(jì)出電路圖，采用Multisim 仿真軟件或者數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱來搭建出電路，進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）學(xué)生主體地位的強(qiáng)化

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，以教師的講授為主，學(xué)生聽課過程實(shí)際上是完成的基本知識(shí)點(diǎn)的記憶、理解等的淺層次學(xué)習(xí)，由于課程學(xué)時(shí)限制，深層學(xué)習(xí)沒有時(shí)間開展。課程改革后，原本需要花費(fèi)大量寶貴時(shí)間在課堂上學(xué)習(xí)完成時(shí)間的記憶、理解內(nèi)容通過制作的知識(shí)點(diǎn)短視頻或教學(xué)課件等其他形式放在課前預(yù)習(xí)階段完成，由學(xué)生根據(jù)自身能力及實(shí)際需要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，而較為高級(jí)的分析、討論、總結(jié)、創(chuàng)新等深層次學(xué)習(xí)則被轉(zhuǎn)移到課堂時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。教師只是負(fù)責(zé)引導(dǎo)課堂的總體方向，學(xué)生則成為課堂學(xué)習(xí)的主體。

每章的實(shí)踐項(xiàng)目，需要學(xué)生課余時(shí)間查找資料，閱讀文獻(xiàn)，逐步確定方案，將每章知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)與項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程結(jié)合起來，使得學(xué)生達(dá)到“因?yàn)橐茫砸獙W(xué)！”的主動(dòng)學(xué)習(xí)，即實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”、“學(xué)中做”，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，又提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和操作水平。

在課堂上，學(xué)生不再只是被動(dòng)的聽教師講，而更主要的是思考、討論，開展頭腦風(fēng)暴，創(chuàng)新。課下完成把課堂上激發(fā)的創(chuàng)新思想落實(shí)到具體通過項(xiàng)目來。

（3）課程新的評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

基于OBE 教育理念，課程以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，增加過程性評(píng)價(jià)比重，鼓勵(lì)學(xué)生將精力放在日常的學(xué)習(xí)中，其中理論課過程性評(píng)價(jià)占總評(píng)價(jià)的30%，實(shí)驗(yàn)課評(píng)價(jià)占比20%，期末考試以考察學(xué)生對(duì)課程的基本知識(shí)點(diǎn)、課程知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用為主占比50%，課程新的評(píng)價(jià)體系如表5 所示。

表5 課程新的評(píng)價(jià)體系

在理論課過程性評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)課評(píng)價(jià)中，課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、課堂考勤等占比24%的評(píng)價(jià)可以根據(jù)學(xué)生的在線學(xué)習(xí)、考勤情況直接從超星學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)平臺(tái)中進(jìn)行，并在期末導(dǎo)出學(xué)生的成績(jī)。課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完成情況共占比21%由任課教師給出。實(shí)踐項(xiàng)目完成情況，學(xué)生各小組根據(jù)自己項(xiàng)目完成的實(shí)際情況進(jìn)行匯報(bào)，由學(xué)生互評(píng)打分，占比5%。

4 結(jié)語

《數(shù)字電子技術(shù)》課程作為電類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與實(shí)踐能力為目標(biāo)，但傳統(tǒng)的課堂教學(xué)卻以課程的教學(xué)內(nèi)容為目標(biāo)，學(xué)習(xí)過程局限在課堂之上，受課程學(xué)時(shí)所限，教學(xué)效果欠佳，課程改革勢(shì)在必行?；贠BE 的教育理念，以課程學(xué)習(xí)的成果為導(dǎo)向，按照CDIO 工程教育的方式指導(dǎo)課程改革。在教學(xué)方法上，課程采用項(xiàng)目化教學(xué)，在對(duì)應(yīng)知識(shí)塊學(xué)習(xí)開始前，教師將對(duì)應(yīng)項(xiàng)目布置給學(xué)生，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，思考用接下來學(xué)習(xí)的哪些知識(shí)點(diǎn)來完成該項(xiàng)目。對(duì)應(yīng)知識(shí)塊學(xué)習(xí)完成后，引導(dǎo)學(xué)生梳理知識(shí)體系，討論項(xiàng)目可能的解決方案，請(qǐng)學(xué)生在課下完成項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)，電路的實(shí)現(xiàn)等具體過程。并選擇一部分小組的設(shè)計(jì)方案在課堂上進(jìn)行分享，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)，深化對(duì)項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)方式上，將課程中需要理解和記憶的每個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)在備課時(shí)錄制為3-8min 的短視頻，借助于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，將其作為學(xué)生課前預(yù)習(xí)的任務(wù)點(diǎn)，將學(xué)習(xí)過程擴(kuò)展到課堂之外。課堂上教師引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理、總結(jié)，完成課堂測(cè)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)問題的討論，開展頭腦風(fēng)暴，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思想，實(shí)現(xiàn)深層學(xué)習(xí)。課后，請(qǐng)學(xué)生上傳自己的課堂總結(jié)、完成作業(yè)。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，同樣基于OBE 的教育理念，將操作、實(shí)踐能力作為導(dǎo)向，將每堂實(shí)驗(yàn)課的前15 分鐘作為上次實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成情況的考察，為那些實(shí)驗(yàn)進(jìn)度較慢的學(xué)生留出足夠的課余時(shí)間來完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和電路的具體實(shí)現(xiàn)。最后，根據(jù)課程的教學(xué)過程，構(gòu)建《數(shù)字電子技術(shù)》課程新的評(píng)價(jià)體系，將課前-課中-課后學(xué)習(xí)的全過程進(jìn)行量化管理，借助于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)完成過程性評(píng)價(jià)，且將過程性評(píng)價(jià)作為課程評(píng)價(jià)的重要組成部分。引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)習(xí)要在過程中進(jìn)行，而非考前去死記硬背。