基于OBE的《數(shù)字邏輯電路》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

張彬，錢(qián)進(jìn)，王石，帥小應(yīng)，蔡程飛，陶旭帆

摘要：在工程教育認(rèn)證的專(zhuān)業(yè)背景下，結(jié)合泰州學(xué)院543人才培養(yǎng)模式，該文將OBE教學(xué)理念引入《數(shù)字邏輯電路》的教學(xué)中。經(jīng)過(guò)實(shí)踐得到的成果，導(dǎo)向理念教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、綜合運(yùn)用數(shù)字電路理論分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力是有幫助的。

中圖分類(lèi)號(hào)：G424? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）34-0281-02

近年來(lái)，在工程教育認(rèn)證的專(zhuān)業(yè)背景下[1]，本科教學(xué)工作要更加突出應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，我校提出了“543”人才培養(yǎng)模式改革，強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相對(duì)接，建構(gòu)以學(xué)生能力發(fā)展為核心的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。因此，傳統(tǒng)的以教師為主體的教育體系需要加以改變，從而構(gòu)建“學(xué)生為中心”的教學(xué)體系。

Spandy[2]在1981年首次提出了“成果導(dǎo)向”教育理念（Outcome Based Education，簡(jiǎn)稱OBE），這是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的理念。我國(guó)的工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)也是借鑒了其內(nèi)涵，要求學(xué)生必須通過(guò)評(píng)價(jià)達(dá)到畢業(yè)要求。這就要求所有的教學(xué)大綱，教學(xué)手段都要圍繞著讓學(xué)生學(xué)有所得為中心[3-4]。

1 《數(shù)字邏輯電路》課程分析

《數(shù)字邏輯電路》是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的必修課，通過(guò)本課程讓學(xué)生掌握數(shù)字電路的一些知識(shí)，為學(xué)習(xí)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)打下基礎(chǔ)。

2 《數(shù)字邏輯電路》課程中OBE理念的應(yīng)用

2.1 制定OBE理念的課程大綱

首先，除了要根據(jù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案的畢業(yè)要求，教師還要根據(jù)學(xué)生的學(xué)情制定相適應(yīng)的教學(xué)大綱，由于在我校物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的課程安排下，《數(shù)字電路》這門(mén)課程是在學(xué)生在大二上學(xué)期學(xué)習(xí)的，在此之前沒(méi)有安排《模擬電子電路》和《電路原理》等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生對(duì)相關(guān)電路的基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱，在制定大綱的時(shí)候會(huì)補(bǔ)充一些其他的基礎(chǔ)知識(shí)，比如在學(xué)習(xí)第三章門(mén)電路之前，會(huì)給學(xué)生補(bǔ)充一些模電里面半導(dǎo)體的知識(shí)。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，引入OBE理念形成新的教學(xué)大綱。

2.2選擇合適的教學(xué)手段

引入OBE理念后，教師要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式。傳統(tǒng)的課堂，都是以教師為主體，老師講，學(xué)生聽(tīng)和記，這樣并不能滿足工程認(rèn)證背景下對(duì)學(xué)生的要求，我們要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。

課前，教師要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)下一次課學(xué)習(xí)的章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生自己寫(xiě)出認(rèn)為重難點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)，以督促其在課堂上有重點(diǎn)地去學(xué)習(xí)。課中，教師加強(qiáng)啟發(fā)式教學(xué)，比如在講到組合邏輯電路這一章節(jié)，以生活中一個(gè)簡(jiǎn)單舉重比賽的案例，要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)去設(shè)計(jì)電路，來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)在課堂中，要加強(qiáng)互動(dòng)性教學(xué)，以保持學(xué)生聽(tīng)課的效果，比如，由于新冠肺炎疫情的原因，我校目前《數(shù)字邏輯電路》還在進(jìn)行線上教學(xué)，我校使用的教學(xué)平臺(tái)是騰訊會(huì)議，這個(gè)平臺(tái)有個(gè)比較好的功能就是互動(dòng)批注，在講到電路分析設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以讓學(xué)生在遠(yuǎn)程自己去分析設(shè)計(jì)電路圖，以保證在線教學(xué)的效果。除了在課堂上有問(wèn)答互動(dòng)環(huán)節(jié)，下課后，教師也要留些綜合的相關(guān)思考題給學(xué)生作為課后習(xí)題，鼓勵(lì)學(xué)生以小組的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)討論交流，以提升學(xué)生的邏輯思維能力和培養(yǎng)其團(tuán)結(jié)合作的能力，從而全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.3 注重課程的實(shí)踐教學(xué)

工程認(rèn)證和OBE理念都強(qiáng)調(diào)了學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)可以讓學(xué)生更加直接地學(xué)習(xí)和鞏固知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

傳統(tǒng)的《數(shù)字邏輯電路》課程教學(xué)主要以理論講解為主，以基礎(chǔ)知識(shí)為主，實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高，對(duì)此我?！稊?shù)字邏輯電路》課程理論課結(jié)束后安排有16個(gè)課時(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是需要激發(fā)提高的，這樣才能在實(shí)踐的環(huán)節(jié)中充分地鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，根據(jù)OBE理念主要讓學(xué)生使用Multisim仿真軟件完成以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：1）門(mén)電路的功能測(cè)試及變換（2課時(shí)）：用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)異或門(mén)的邏輯功能并測(cè)試功能;2）組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試（6課時(shí)）：設(shè)計(jì)舉重裁判電路，并測(cè)試電路邏輯功能、用與非門(mén)設(shè)計(jì)三人表決電路，并測(cè)試電路邏輯功能、使用譯碼器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)Y=AB+AC、使用譯碼器實(shí)現(xiàn)紅綠燈故障報(bào)警電路、用與或非門(mén)設(shè)計(jì)全加器電路，并測(cè)試電路邏輯功能;3）觸發(fā)器及其應(yīng)用（2課時(shí)）：測(cè)試JK和D觸發(fā)器的邏輯功能、使用JK觸發(fā)器，構(gòu)成T、D觸發(fā)器;4）時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試（4學(xué)時(shí)）：測(cè)試中規(guī)模同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯功能、使用74LS160設(shè)計(jì)同步置數(shù)及異步置零的實(shí)現(xiàn)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器、設(shè)計(jì)一個(gè)111序列檢測(cè)器;5）555定時(shí)器及其應(yīng)用（2學(xué)時(shí)）。這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)主要旨在讓學(xué)生先學(xué)習(xí)Multisim仿真軟件如何使用，再通過(guò)時(shí)間學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)自己動(dòng)手，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固知識(shí)要點(diǎn)，充分掌握組合邏輯電路，半導(dǎo)體存儲(chǔ)電路和時(shí)序邏輯電路等重要知識(shí)點(diǎn)，從而同時(shí)可以初步具備綜合起來(lái)運(yùn)用學(xué)過(guò)的科學(xué)理論以及技術(shù)手段來(lái)分析并解決過(guò)程問(wèn)題的基本能力[5]。

2.4了解學(xué)生群體的差異性

OBE以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，要取得良好的學(xué)習(xí)成果。不同學(xué)生、班級(jí)對(duì)于知識(shí)的吸收與應(yīng)用也不盡相同，這就要求授課教師要對(duì)其授課班級(jí)有著一定的認(rèn)識(shí)和理解。要根據(jù)不同學(xué)生、不同班級(jí)的認(rèn)知水平，學(xué)習(xí)能力和自身素質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性地教學(xué)。例如：在實(shí)驗(yàn)二的組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試中，有著邏輯抽象、邏輯表達(dá)式、轉(zhuǎn)換邏輯圖（將邏輯表達(dá)式的表達(dá)形式轉(zhuǎn)換成集成譯碼器及選擇器的表達(dá)形式）、元件放置、接線并測(cè)試這五個(gè)最基本的步驟，然而不同的學(xué)生、班級(jí)對(duì)于這五個(gè)步驟會(huì)有不同的認(rèn)知程度和理解深度，在Multisim仿真軟件中進(jìn)行實(shí)踐操作也會(huì)有快有慢，各不相同。既然要以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，那么就要求教師在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中對(duì)不同的班級(jí)，甚至不同的學(xué)生進(jìn)行一定的特殊性指導(dǎo)。授課教師可以在學(xué)生設(shè)計(jì)電路之時(shí)對(duì)班級(jí)進(jìn)行巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題，從而見(jiàn)微知著，對(duì)整個(gè)班級(jí)的情況有所了解，也可對(duì)此制定相應(yīng)的教學(xué)策略，進(jìn)一步貫徹以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教學(xué)模式。

2.5 進(jìn)行教師教學(xué)評(píng)價(jià)

在以往的教學(xué)模式中，教師是最大主體，這就導(dǎo)致小部分教師個(gè)人風(fēng)格過(guò)于明顯，會(huì)在學(xué)生群體中產(chǎn)生兩極分化現(xiàn)象，最終導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)成果良莠不齊，整體效果不佳。對(duì)于某些同學(xué)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)相當(dāng)不友好，在這樣的情況下，就要了解一些學(xué)生的訴求，對(duì)其任課老師的教學(xué)方式進(jìn)行改善，減少兩極分化，最終呈現(xiàn)整體性學(xué)習(xí)成果向好?；谶@樣的理念訴求我們開(kāi)放了教師教學(xué)評(píng)價(jià)，學(xué)生可以主動(dòng)發(fā)表自己的意見(jiàn)，由學(xué)習(xí)委員整理并提交，評(píng)價(jià)體系如表1：

我校建立的課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系將教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)效果相結(jié)合。教學(xué)態(tài)度20分、教學(xué)內(nèi)容30分、教學(xué)方法30分、教學(xué)效果20分，這四個(gè)大類(lèi)又細(xì)分為十欄，一欄10分，合計(jì)100分。要求學(xué)生客觀、實(shí)事求是地去評(píng)判，我們會(huì)對(duì)所有學(xué)生提交的結(jié)果并根據(jù)實(shí)際情況綜合打分，并且告知相關(guān)教師。教師的教學(xué)評(píng)價(jià)一切是以學(xué)生的訴求為主體，契合了OBE的理念，主要考慮的是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的滿意度，讓學(xué)生能夠更好地融入課堂;也讓每一位授課教師認(rèn)識(shí)到自己在教學(xué)上的不足，從而總結(jié)教訓(xùn)，為學(xué)生提供更好的課堂氛圍和學(xué)習(xí)動(dòng)力，為以后的教學(xué)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，讓《數(shù)字邏輯電路》這門(mén)課程更加完善，真正做到“以學(xué)生為中心”。

2.6 建立綜合的評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的課程考核主要就是以卷面考試為主，有些學(xué)生臨時(shí)抱佛腳，對(duì)知識(shí)點(diǎn)死記硬背，這樣并不能考核學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，這種考核方式不能夠全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在這種情況下，基于OBE理念建立我?！稊?shù)字邏輯電路》的綜合評(píng)價(jià)體系如表2所示：

我校建立的《數(shù)字邏輯電路》綜合評(píng)價(jià)體系主要把過(guò)程考核、實(shí)踐考核和期末考試卷面考核結(jié)合在一起，過(guò)程考核占比40%，實(shí)踐考核占比20%，期末考試占比60%。過(guò)程考核由三部分構(gòu)成，包括：課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)。課堂表現(xiàn)主要考查學(xué)生的上課考勤、認(rèn)真程度、課堂中參與互動(dòng)的積極性以及課堂提問(wèn)的回答情況;平時(shí)作業(yè)主要考查學(xué)生完成教師線上和線下作業(yè)的情況;實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的準(zhǔn)備情況、完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況，同時(shí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成的獨(dú)立性和創(chuàng)新性也是重要的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐考核主要通過(guò)一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)看學(xué)生的獨(dú)立完成情況，主要根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)評(píng)分，如果有創(chuàng)新性可以適當(dāng)?shù)丶臃?。期末考試按照教學(xué)大綱制定相對(duì)應(yīng)的考綱進(jìn)行命題考核，對(duì)于教師出的試卷本課程都要求命題人提供命題雙向細(xì)目表以便系主任審核試卷是否與考綱相符合。最后課程考核結(jié)束后，本課程的授課教師都會(huì)一起分析研討考核情況，分析不足，總結(jié)教訓(xùn)，為下一年度《數(shù)字邏輯電路》課程的教學(xué)提供經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下，本文以《數(shù)字邏輯電路》課程為例，把先進(jìn)的OBE教學(xué)理念引入其中，結(jié)合泰州學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)情，從制定相適應(yīng)的教學(xué)大綱，選擇合適的教學(xué)手段，注重課程的實(shí)踐，到建立課程的綜合評(píng)價(jià)體系，都很有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和綜合運(yùn)用數(shù)字電路理論分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以達(dá)到本課程的教學(xué)目的。

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