新工科背景下基于OBE理念的數(shù)字電路課程改革與實(shí)踐

祝鵬

摘要：新工科建設(shè)背景下，傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)模式不能很好契合卓越工程科技人才的培養(yǎng)需求，課程改革迫在眉睫。以提高課堂成效和學(xué)生就業(yè)競爭力為出發(fā)點(diǎn)，以提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力、邏輯思維能力和自學(xué)能力為目標(biāo)，以行業(yè)發(fā)展要求、企業(yè)崗位需求和學(xué)生職業(yè)生涯成長需求為指引，立足課堂、課程雙維度，通過重構(gòu)課程內(nèi)容體系、提升教學(xué)信息化水平、構(gòu)建多課堂協(xié)同的線上線下混合式教學(xué)模式等措施，拓展師生互動方式與渠道，提升課堂教學(xué)質(zhì)量和課程的實(shí)用性，推動同類課程的改革與建設(shè)。

關(guān)鍵詞：新工科;OBE理念;數(shù)字電路;課程改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0166-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Digital Circuit Curriculum Reforming and Practice Based on OBE Concept under the Background of New Engineering

ZHU Peng

（Vocational and Technical College， Inner Mongolia Agricultural University， Baotou 014109，China）

Abstract： Under the background of new engineering， the traditional digital circuit teaching mode can not meet the training needs of outstanding engineering talents， so the curriculum reforming is imminent. In order to improve the classroom effect and students' employment competitiveness as the starting point， to improve the computer system ability， logical thinking ability and self-learning ability as the goal， to industry development requirements， enterprise job needs and students' career growth needs as the guidance， based on the classroom and curriculum two dimensions， through the reconstruction of the curriculum content system， improve the level of teaching information， construct the online and offline mixed teaching mode of multi classroom cooperation， expands the ways and channels of teacher-student interaction， improves the quality of classroom teaching and the practicality of the course， and promotes the reform and construction of similar courses.

Key words： new engineering; OBE concept; digital circuit; curriculum reforming

1引言

新工科是立足支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革而提出的一種工程教育類新模式[1]，其核心特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)學(xué)科與各學(xué)科的交叉、融合，人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是引領(lǐng)未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才，這就要求培養(yǎng)的學(xué)生不僅僅具備分析、解決實(shí)際工程問題的能力，更應(yīng)具備密合技術(shù)發(fā)展和變革升級所需要的快速適應(yīng)能力、動態(tài)調(diào)整能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及交叉復(fù)合能力[2，3]。當(dāng)前工程教育還存在著思維局限化、模式陳舊化、教學(xué)理論化、內(nèi)容滯后化、考核評價單一化等問題，不利于創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的培育，與行業(yè)需求及企業(yè)人才要求脫節(jié)，這都推動著職業(yè)教育教學(xué)模式的變革：改變以教學(xué)資源為中心、以教師講授為主、學(xué)生被動學(xué)習(xí)為輔的傳統(tǒng)教學(xué)模式，變?yōu)橐詫W(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的新型教學(xué)模式，同時運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方式方法，引入行業(yè)、企業(yè)資源推進(jìn)線上教學(xué)信息化建設(shè)和普遍應(yīng)用，形成多元參與、多主體合作的共贏局面，實(shí)現(xiàn)行業(yè)企業(yè)需求與高職教育發(fā)展的同頻共振。

我校計(jì)算機(jī)硬件類課程群主要包括計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)、數(shù)字電路、微機(jī)原理與接口技術(shù)、操作系統(tǒng)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程。數(shù)字電路的課程定位為計(jì)算機(jī)硬件類課程群中最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路以及脈沖波形產(chǎn)生電路的使用，能夠根據(jù)需求獨(dú)立進(jìn)行常用中小規(guī)模集成電路的分析、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，具備一定的“邏輯思維”能力，為后續(xù)大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。受教育理念、教學(xué)模式、學(xué)情差異及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等多種因素制約，教學(xué)不能很好契合新信息技術(shù)的需要，課堂教學(xué)的成效不足，課程改革迫在眉睫。

2課程授課現(xiàn)狀及主要問題

2.1教育理念滯后且教學(xué)模式陳舊

授課教師未能充分把握新工科建設(shè)對課程建設(shè)的新要求，教學(xué)過程過于注重常用邏輯電路的定義、分類、特點(diǎn)、原理及應(yīng)用等傳統(tǒng)知識傳授，忽略了學(xué)生邏輯思維能力及系統(tǒng)觀的培養(yǎng)，育人過程不能有機(jī)結(jié)合知識、能力和素質(zhì)，部分教師采用灌輸式、“一言堂”式授課模式，片面認(rèn)為幫助學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、原理并按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成各類邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)就算達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)過程缺乏與學(xué)生的有效互動，知識講授完畢后學(xué)生是否理解以及理解的程度無法深度驗(yàn)證，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中不能從整個知識體系的視角審視所學(xué)，學(xué)習(xí)效果也無法適時對接行業(yè)企業(yè)需求及后續(xù)求職就業(yè)，面對枯燥、抽象的理論知識，只能被動地接受知識，學(xué)習(xí)興趣得不到激發(fā)，實(shí)踐能力得不到充分的培養(yǎng)，自學(xué)能力得不到提升，學(xué)習(xí)態(tài)度惰性明顯，往往只能掌握簡單的單個知識點(diǎn)，缺乏融會貫通，無法構(gòu)造系統(tǒng)的知識框架。

2.2理論知識多且課程內(nèi)容更新不及時

數(shù)字電路課程的教學(xué)主要分為理論和實(shí)驗(yàn)兩個模塊進(jìn)行，其中理論48學(xué)時、實(shí)驗(yàn)16學(xué)時。理論教學(xué)主要知識點(diǎn)包括數(shù)制和碼制、邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)、門電路、觸發(fā)器、組合及時序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)（包括常用中規(guī)模邏輯器件的使用）、半導(dǎo)體存儲器、脈沖波形產(chǎn)生與變換、A/D及D/A變換等，課程知識點(diǎn)繁多且前后聯(lián)系緊密，48學(xué)時把全部知識點(diǎn)講授完畢尚且困難，要把重難點(diǎn)講解清楚、學(xué)生理解透徹則顯得尤為困難，特別是部分同學(xué)對某個知識點(diǎn)理解不到位又不善于請教或自學(xué)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程的“滾雪球效應(yīng)”;同時上述理論知識體系與后續(xù)計(jì)算機(jī)硬件類課程存在部分內(nèi)容上的重疊，不同課程授課教師不同，有同一知識多次重復(fù)講解的現(xiàn)象，造成時間和學(xué)習(xí)精力上的浪費(fèi)，因此從課程群視角系統(tǒng)性重構(gòu)和優(yōu)化課程知識體系顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用軟件仿真和實(shí)物操作結(jié)合的形式，軟件仿真以proteus軟件為載體開展，實(shí)物操作以實(shí)驗(yàn)箱為載體開展。實(shí)驗(yàn)類型以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為輔，缺乏綜合型實(shí)驗(yàn)，不利于實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時由于電子技術(shù)更新?lián)Q代加快，新器件、新產(chǎn)品、新技術(shù)及新方法層出不窮，導(dǎo)致教師知識體系更新不適時、教材內(nèi)容更新不及時，實(shí)驗(yàn)所用器件相對較老、更新?lián)Q代頻率較慢，所教所學(xué)均一定程度上滯后于社會需求。

2.3學(xué)情差異明顯，個性化學(xué)習(xí)需求得不到匹配

課程授課對象主要為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與維護(hù)等專業(yè)的本?？粕皩Ｉ就瑢W(xué)，大都來自不同的學(xué)校，生源既有普通高中又有職業(yè)高中，二者的學(xué)習(xí)能力、邏輯思維能力都存在一定差別，對同一知識點(diǎn)的掌握程度不盡相同;部分同學(xué)在?？齐A段學(xué)習(xí)了前置課程如離散數(shù)學(xué)、實(shí)用電子電路等，由于有硬件知識及邏輯代數(shù)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)起來相對容易，而未修過前置課程的同學(xué)需要從零學(xué)起;部分同學(xué)勵志電子信息類專業(yè)讀研深造，該專業(yè)學(xué)校大都以數(shù)字電路作為研究生初試專業(yè)課考試科目。這些都導(dǎo)致學(xué)生對課程的期冀、學(xué)習(xí)的訴求不盡相同，深度學(xué)習(xí)的需求及學(xué)習(xí)內(nèi)容層次差異明顯，而課程講授的時候要面向全體同學(xué)，不能做到因材施教、因需施教。

2.4考核評價方式單一

傳統(tǒng)的數(shù)字電路考核評價過于注重結(jié)果性考核，過程性評價的比重較低。一般結(jié)果性考核采用紙質(zhì)試卷、期末考試的形式，占總成績的70%;過程性評價主要包括上課出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)完成情況及報告撰寫情況，占總成績的30%。該評價方式弊端較為明顯，一是過程性評價數(shù)據(jù)往往不完備，以課堂表現(xiàn)為例，其成績由班級同學(xué)上課問題回答情況及討論反饋情況給出，由于上課人數(shù)較多，不可能面面俱到，也不可能某個同學(xué)多次回答，因此成績可能由該同學(xué)問題回答最好或最差的一次給出，難免有以偏概全之嫌，一定程度上打擊學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性、主動性;二是結(jié)果性考核的重點(diǎn)是理論知識的掌握程度，欠缺學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的考核，成績?yōu)橹鞯目己藗?cè)重導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)導(dǎo)向與新工科的要求出現(xiàn)偏差;三是部分同學(xué)通過考前突擊形式備考，難以建構(gòu)課程的知識體系，后續(xù)課程使用相關(guān)知識的時候遇到困境。

3課程教學(xué)改革的總體思路

新工科背景下的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)類專業(yè)高職教育承擔(dān)著培養(yǎng)復(fù)合型工程技術(shù)人才的任務(wù)，人才培養(yǎng)的核心是以能力建設(shè)為中心，以提升思想道德素質(zhì)、科學(xué)文化素質(zhì)、跨學(xué)科素養(yǎng)和職業(yè)素質(zhì)為基礎(chǔ)，持續(xù)深化內(nèi)涵建設(shè)、提高教育教學(xué)質(zhì)量。作為計(jì)算機(jī)硬件類專業(yè)主干課程之一的數(shù)字電路，課程建設(shè)過程也必須遵循這一培養(yǎng)準(zhǔn)則。因此，課程改革總體思路為：以新工科卓越工程人才為培養(yǎng)導(dǎo)向，以提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力、邏輯思維能力和自學(xué)能力為目標(biāo)[4]，以計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格、計(jì)算機(jī)硬件類企業(yè)人才需求和崗位要求以及學(xué)生職業(yè)生涯成長需求為指引，立足課堂、課程雙維度，以學(xué)生為中心，以多課堂協(xié)同、線上線下混合式教學(xué)為方法，重構(gòu)課程內(nèi)容體系，拓展師生互動模式，改革考核評價方法，切實(shí)提升課堂教學(xué)質(zhì)量和課程實(shí)用性。

4課程教學(xué)改革的實(shí)施

4.1貫徹學(xué)生中心理念、線上線下有機(jī)融合

融合OBE教育理念和高職教育培養(yǎng)目標(biāo)，樹立以學(xué)生為中心、以行業(yè)企業(yè)需求、職業(yè)資格要求和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合的培養(yǎng)導(dǎo)向，設(shè)計(jì)在線開放課程資源，具體包含理論教學(xué)資源案例、實(shí)踐教學(xué)資源案例、自學(xué)資源案例，其中理論教學(xué)資源案例面向課程理論知識建構(gòu)緯度，主要服務(wù)第一課堂，包含導(dǎo)學(xué)單、關(guān)鍵核心知識點(diǎn)微視頻、微課件、動畫、隨堂測驗(yàn)、作業(yè)等內(nèi)容，通過課前線上預(yù)習(xí)、課中線下學(xué)習(xí)（帶著問題學(xué)習(xí)、討論式學(xué)習(xí)等體驗(yàn)式方式，借助調(diào)查問卷、彈幕互動、答題、討論等方式強(qiáng)化師生互動、檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成效）、課下線上測驗(yàn)及重難點(diǎn)鞏固學(xué)習(xí)等方式建構(gòu)理論知識體系;實(shí)踐教學(xué)資源案例面向?qū)嶋H應(yīng)用場景、以項(xiàng)目化為主線開展，注重實(shí)際生產(chǎn)生活中理論知識的應(yīng)用，主要服務(wù)第一課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和第二課堂學(xué)以致用能力培育，除包含課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容外，引入企業(yè)培訓(xùn)案例、電子設(shè)計(jì)競賽案例等，拓展學(xué)生課程學(xué)習(xí)視野、培植深度學(xué)習(xí)興趣[5];自學(xué)資源案例主要面向有繼續(xù)學(xué)習(xí)興趣、有學(xué)習(xí)余力、有深度學(xué)習(xí)需求的同學(xué)，以課程拓展知識點(diǎn)或技能點(diǎn)的形式給出，包括后續(xù)課程深度關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)、數(shù)字電路行業(yè)發(fā)展趨勢及新技術(shù)介紹、電子科技類及相關(guān)競賽規(guī)程及作品集、硬件類方向職業(yè)職稱類考試考核要求及歷年試題資源、區(qū)內(nèi)外知名院校數(shù)字電路課程大綱及歷年真題等，通過爬蟲技術(shù)不斷豐富案例庫，為不同學(xué)習(xí)需求同學(xué)建立個性化分析模型，開展各類資源的定向推送。

4.2重構(gòu)課程內(nèi)容、優(yōu)化知識體系

從知識與能力并重、素養(yǎng)與視野并舉的角度重構(gòu)課程內(nèi)容體系，從系統(tǒng)能力培養(yǎng)視角優(yōu)化課程知識框架，注重課程本身知識體系完整性的同時兼顧前后續(xù)課程的知識銜接以及新信息技術(shù)發(fā)展帶來的新知識、新技術(shù)、新方法，遵循牢固根基、感性認(rèn)知、歸納總結(jié)、鞏固提高的知識養(yǎng)成路徑，按照“奠定理論知識基礎(chǔ)→興趣引導(dǎo)創(chuàng)建系統(tǒng)思維→凝練核心知識框架→鞏固提升批判思維”的素養(yǎng)提升策略，依托“輕結(jié)構(gòu)分析、重功能應(yīng)用”的思路重構(gòu)課程內(nèi)容[6]，具體為：（1）基本概念及邏輯基礎(chǔ)，包括數(shù)制和碼制、邏輯代數(shù)、門電路等內(nèi)容，適當(dāng)壓縮進(jìn)制轉(zhuǎn)換、分立及集成門電路等前置課程關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)，增大邏輯代數(shù)概念、規(guī)則等的講解，建構(gòu)邏輯分析基礎(chǔ);（2）邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，采用案例結(jié)合應(yīng)用場景講解+仿真演示的教授方法，重點(diǎn)講解常用中規(guī)模集成器件如譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、計(jì)數(shù)器、寄存器等的邏輯功能、電氣特性及應(yīng)用領(lǐng)域，壓縮內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講解，使學(xué)生能夠識讀典型應(yīng)用電路圖、會使用常用中規(guī)模集成器件，舉一反三，能夠看懂芯片手冊并掌握一般芯片的使用方法;（3）典型數(shù)字集成電路，主要講解脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路，使學(xué)生掌握555定時器的使用，簡要講解半導(dǎo)體存儲器、數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理，具體應(yīng)用由后置課程講授;（4）現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以典型的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例為依托，系統(tǒng)講解現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、模式、可編程邏輯器件及VHDL語言。

4.3依托需求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

改革理論與實(shí)驗(yàn)分離的授課方式，實(shí)施教學(xué)做一體、理實(shí)結(jié)合的模式，講授理論知識同時開展實(shí)踐認(rèn)知，摒棄傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)箱為載體的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，采用先軟件虛擬仿真后洞洞板實(shí)物焊接操作的實(shí)驗(yàn)授課形式，依托虛擬仿真技術(shù)解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新不及時問題，依據(jù)學(xué)生層次水平設(shè)計(jì)必做和選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照學(xué)生認(rèn)知水平及知識講授進(jìn)程設(shè)置驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要包括門電路、觸發(fā)器、常用中規(guī)模邏輯器件（如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、寄存器、計(jì)數(shù)器等）的功能性驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_各類芯片的基本使用方法、各引腳的作用;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以解決實(shí)際問題為指引開展，按照學(xué)生知識掌握程度分類開展，設(shè)置必做和選做實(shí)驗(yàn)，針對具體邏輯問題，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成批判思維，給出不同的設(shè)計(jì)方案并選擇最優(yōu)方案，一般選用少于3個中規(guī)模集成器件;綜合性實(shí)驗(yàn)面向相對復(fù)雜的應(yīng)用場景，需系統(tǒng)應(yīng)用所學(xué)知識來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體組織如表1所示。

4.4完善考核評價體系

OBE教育理念下的課程評價以學(xué)生素養(yǎng)提升為中心來確定評價目標(biāo)，注重評價方式的多元化[7]，因此課程考核指標(biāo)中需要適當(dāng)增加過程性考核比重、弱化結(jié)果性考核比重，成績構(gòu)成中過程性和結(jié)果性考核各占50%。過程性評價主要包括理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，前者的過程性評價主要包含以下部分：在線學(xué)習(xí)平臺的課前學(xué)習(xí)完成情況（包括課前預(yù)習(xí)任務(wù)點(diǎn)完成情況、應(yīng)知應(yīng)會知識點(diǎn)的客觀考核情況等）、課堂活動參與及課堂表現(xiàn)（主要包括考勤、隨堂測驗(yàn)完成情況、課堂討論參與情況、問卷參與情況、選人回答情況等）、課后知識鞏固情況（作業(yè)、單元測驗(yàn)情況等）;后者的過程性評價主要包含以下部分：實(shí)驗(yàn)知識儲備及實(shí)驗(yàn)任務(wù)預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)情況、實(shí)驗(yàn)報告撰寫情況、軟件仿真分析情況、洞洞板焊接情況、綜合作品答辯情況等。結(jié)果性考核以期末考試成績的形式給出，題目設(shè)置以邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)為主，減少概念性、理論性試題，確?？己私Y(jié)果體現(xiàn)學(xué)生對知識、能力、素質(zhì)的全面評價。

5 結(jié)束語

《數(shù)字電路》作為計(jì)算機(jī)硬件類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，以培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維、邏輯思維和工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，新工科這一工程教育類新模式的提出拓展了課程的目標(biāo)維度，對課程建設(shè)提出了新的要求和期冀。依托OBE教育理念開展數(shù)字電路課程改革，以學(xué)生為中心，以卓越工程人才為培養(yǎng)導(dǎo)向，以行業(yè)發(fā)展需求、企業(yè)崗位要求和職業(yè)生涯成長需求為指引，通過重構(gòu)課程內(nèi)容體系、提升教學(xué)信息化水平、構(gòu)建多課堂協(xié)同的線上線下混合式教學(xué)模式等措施，拓展了師生互動方式與渠道，強(qiáng)化了數(shù)據(jù)時代學(xué)習(xí)過程性數(shù)據(jù)的使用，促進(jìn)了教師教學(xué)理念轉(zhuǎn)變和課程的信息化建設(shè)與應(yīng)用，提升了課堂教學(xué)質(zhì)量和課程的實(shí)用性，推動了同類課程的改革與建設(shè)。

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[6] 張利娜，劉尚爭，李定珍.《數(shù)字電子技術(shù)》課堂引入成果為本教學(xué)的探索[J].教育教學(xué)論壇，2019（39）：155-156.

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【通聯(lián)編輯：王力】