基于OBE理念的電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

谷倩倩

(1.濱州學(xué)院 航空工程學(xué)院；2.山東省航空材料與器件工程技術(shù)研究中心；3.濱州市航空光電材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256603)

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，成果導(dǎo)向教育(Outcome Based Education，OBE)的教育理念在越來(lái)越多的高校教學(xué)過(guò)程中日益推進(jìn)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，而學(xué)習(xí)成果最終體現(xiàn)為學(xué)生學(xué)習(xí)后所獲得的能力[1]。各高校在開展工程教育專業(yè)認(rèn)證的過(guò)程中，始終用OBE理念推進(jìn)工程教育改革，拓寬專業(yè)認(rèn)證的范圍，從而進(jìn)一步更新專業(yè)建設(shè)的理念，提升人才培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，保障人才培養(yǎng)質(zhì)量[2]。電工電子學(xué)是工科非電類專業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)性課程，更是一門能夠反映學(xué)生基本能力的綜合課程，課程的理論部分反映學(xué)生的邏輯思維能力、分析能力等，實(shí)驗(yàn)部分反映學(xué)生的動(dòng)手能力以及綜合運(yùn)用能力等，理論部分與實(shí)驗(yàn)部分不可分割，理論知識(shí)是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的論據(jù)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)理論課程起支撐作用[3-4]。因此，擬結(jié)合現(xiàn)階段電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐進(jìn)行探索與研究。

1 電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

(1)知識(shí)點(diǎn)零散，學(xué)生缺乏系統(tǒng)意識(shí)。電工電子學(xué)包含的知識(shí)面比較廣，既包含電工部分的知識(shí)又包含電子技術(shù)部分的知識(shí)，知識(shí)點(diǎn)零散，重難點(diǎn)內(nèi)容較多。工科非電類專業(yè)的學(xué)生前期沒(méi)有接觸過(guò)電類的相關(guān)課程，很難系統(tǒng)性地將該課程的重難點(diǎn)知識(shí)全部掌握。若非電類專業(yè)后續(xù)沒(méi)有開設(shè)相關(guān)課程，將導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該課程的重視程度和學(xué)習(xí)積極性降低。

(2)學(xué)習(xí)資源利用不足，預(yù)習(xí)準(zhǔn)備不充分。實(shí)驗(yàn)與理論相輔相成，學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論知識(shí)以后，需要在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證理論知識(shí)學(xué)習(xí)成果的實(shí)踐性。實(shí)驗(yàn)可以在理論知識(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，創(chuàng)新的過(guò)程與結(jié)果是學(xué)生學(xué)習(xí)成果的轉(zhuǎn)化。目前，不管是電工實(shí)驗(yàn)還是涉及的數(shù)電、模電基本實(shí)驗(yàn)在互聯(lián)網(wǎng)都有很多資料可以參考，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)甚至可以實(shí)現(xiàn)模擬仿真。同樣在學(xué)校圖書館也可以找到講解資料[5]。但許多學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)薄弱，并不會(huì)充分利用這些資源，從而使得預(yù)習(xí)準(zhǔn)備不充分，有的學(xué)生為了應(yīng)付實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，甚至抄襲同學(xué)的預(yù)習(xí)作業(yè)，致使實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告千篇一律，無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

(3)學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定單一，缺乏科學(xué)的客觀評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果較多體現(xiàn)在成績(jī)的評(píng)定上，而最終的考核成績(jī)主要是教師據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出的主觀分值，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主觀、單一，缺乏科學(xué)性和客觀性。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)的表現(xiàn)不一，數(shù)據(jù)處理時(shí)也存在差異，且由于實(shí)驗(yàn)人數(shù)較多，教師不可能完全關(guān)注到所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)流程，所以，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)進(jìn)行考核不夠合理公正。此外，教師在評(píng)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，還可能存在隨意、主觀等情緒，不能完全有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的能力及學(xué)習(xí)成果。

2 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革方案

2.1 更新教學(xué)理念強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)成果

長(zhǎng)期以來(lái)，非電類專業(yè)的工科學(xué)生把理論教學(xué)看作學(xué)習(xí)知識(shí)的主要途徑，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為輔助工具，這樣容易導(dǎo)致重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象[6]。根據(jù)OBE理念的中心思想，針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的改革應(yīng)重點(diǎn)突出學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)成果，即把學(xué)生通過(guò)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)獲得的學(xué)習(xí)成果與通過(guò)理論教學(xué)獲得的學(xué)習(xí)成果之間相互獨(dú)立，所占比重相同，不存在依附關(guān)系。因此，針對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較多的電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)單獨(dú)核算學(xué)分，重點(diǎn)考察學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的轉(zhuǎn)化，從而提升實(shí)驗(yàn)課程的地位，保障實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。

2.2 用新的教學(xué)理念引導(dǎo)教學(xué)模式改革

為了讓學(xué)生更好地滿足行業(yè)需求，接受更科學(xué)的培養(yǎng)方式，需革新傳統(tǒng)的教學(xué)模式，用以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為主導(dǎo)的中心思想來(lái)引導(dǎo)教學(xué)模式的改革。在新的教學(xué)模式中要突出學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)并學(xué)有所成。如為了激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的好奇心與興趣，教師可以在學(xué)生的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)增加簡(jiǎn)單又淺顯易懂的相關(guān)小實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)引出實(shí)驗(yàn)的主題，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行大膽猜想預(yù)測(cè)。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)果的驗(yàn)證，讓學(xué)生帶著懸念來(lái)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。

2.3 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

電工電子學(xué)課程所包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的價(jià)值就是將抽象化的理論知識(shí)具體化、形象化，從而使理論知識(shí)更容易理解并應(yīng)用[7]。根據(jù)不同專業(yè)對(duì)學(xué)生的要求，對(duì)接OBE教育理念下各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，以層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)為原則，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行精講、細(xì)講。

提出將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容層次化設(shè)計(jì)，主要分為三個(gè)層次：第一層次是要求學(xué)生必須掌握的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)，如基爾霍夫定律的驗(yàn)證、等效電源定理的驗(yàn)證等。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，首先，教師在課堂幫助學(xué)生回憶相關(guān)定理的理論知識(shí)，對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行鞏固加強(qiáng)；其次，以實(shí)驗(yàn)方案為指導(dǎo)，教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，并指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)。第二層次是綜合性實(shí)驗(yàn)，主要考察學(xué)生的觀察力與綜合運(yùn)用力，通過(guò)在第一層次中教師針對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的講解與演示，要求學(xué)生根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，將所學(xué)的知識(shí)與技能貫穿起來(lái)綜合運(yùn)用，加深理解，提高能力。第三層次是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主要考察學(xué)生的創(chuàng)新力并將創(chuàng)新力輸出為學(xué)習(xí)成果，學(xué)生可結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)，制訂實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)自己感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

以基爾霍夫定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為例，教師對(duì)基爾霍夫電流定律(KCL)的理論知識(shí)進(jìn)行講解并做實(shí)驗(yàn)演示，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，正確無(wú)誤地連接電路，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成有關(guān)KCL的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這一部分的設(shè)計(jì)屬于第一層次要求學(xué)生熟練掌握驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。所有學(xué)生完成以后，教師講解基爾霍夫電壓定律(KVL)的理論知識(shí)。對(duì)KVL的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)以及實(shí)驗(yàn)步驟中所涉及的重難點(diǎn)內(nèi)容，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，制訂實(shí)驗(yàn)要求，給定相同的實(shí)驗(yàn)條件及儀器，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案引導(dǎo)學(xué)生自主完成KVL的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這一部分主要是對(duì)學(xué)生仿真能力、綜合運(yùn)用能力的考查，屬于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的第二層次。KCL和KVL驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)完成之后，學(xué)生已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)等環(huán)節(jié)非常熟悉，并且能夠進(jìn)一步加深對(duì)基爾霍夫定律的理解，同時(shí)學(xué)生的動(dòng)手能力和自主思考能力得到鍛煉。思維比較活躍、科研能力比較強(qiáng)的學(xué)生，可將自己所學(xué)的專業(yè)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合，通過(guò)查找相關(guān)文獻(xiàn)擬定實(shí)驗(yàn)方案，充分使用儀器設(shè)備，在教師的引導(dǎo)下完成操作。如：機(jī)械專業(yè)可融合機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)元素，飛行器動(dòng)力工程專業(yè)可與通信導(dǎo)航設(shè)備相融合等。以飛行器動(dòng)力工程專業(yè)為例，充分利用教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成檢測(cè)甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)(VOR)線路連接錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)測(cè)距儀(DME)輸出信號(hào)的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)等。這一部分屬于第三層次，主要考察學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)也為將來(lái)的實(shí)踐做理論鋪墊。

2.4 多元化教學(xué)方法與手段的實(shí)施

教學(xué)方法是教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的學(xué)習(xí)成果得以轉(zhuǎn)化的工具，它直接影響教師的教學(xué)效果以及學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。因此，要突破原有“填鴨式”教學(xué)方法的局限性，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣化、專業(yè)化，采取多元化相結(jié)合的教學(xué)方法，如案例式教學(xué)、研究式教學(xué)、小組討論式教學(xué)三者相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。在課堂上充分發(fā)揮學(xué)生的思維，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，形成開放式的教學(xué)模式[8]。

例如，針對(duì)集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，集成運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用方面可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路，所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較多，屬于綜合性實(shí)驗(yàn)。故可將此類型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三個(gè)層次運(yùn)用多種教學(xué)方法完成教學(xué)。在做實(shí)驗(yàn)之前要求學(xué)生預(yù)習(xí)集成運(yùn)放線性應(yīng)用的部分內(nèi)容，對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行鞏固加強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，教師仍然需要對(duì)理論知識(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行介紹，然后選擇其中一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(如反相比例運(yùn)算電路)作為實(shí)例對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行講解演示，其中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，要求學(xué)生正確連接實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)量相應(yīng)的輸出電壓，并對(duì)輸出電壓和輸入電壓的相位關(guān)系進(jìn)行比較觀察。這一階段的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容屬于第一層次，要求學(xué)生理解并掌握，采用案例教學(xué)法。在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生參照教師的講解實(shí)例，自主設(shè)計(jì)、正確連接電路完成減法運(yùn)算電路、加法運(yùn)算電路、同相比例運(yùn)算電路、積分電路。由于這幾種電路具有相似性，可采用小組討論式教學(xué)方法，以小組為單位集中完成某一個(gè)實(shí)驗(yàn)，然后針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問(wèn)題開展討論。通過(guò)以上兩個(gè)階段，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、探究能力已經(jīng)得到鍛煉，為此針對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采用研究式教學(xué)法，給定相同的實(shí)驗(yàn)箱以及足夠的實(shí)驗(yàn)條件，指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)非線性運(yùn)算電路進(jìn)行研究探討，并開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真與討論。

另一方面，將多元化的教學(xué)方法運(yùn)用到學(xué)生的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)的方式方法，突出預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的重要性，提高學(xué)生的預(yù)習(xí)要求。現(xiàn)在很多實(shí)驗(yàn)在網(wǎng)上、圖書館、資料室的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上都有詳細(xì)的講解，同時(shí)也有很多成熟的電子電路通用仿真軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電路的仿真研究。學(xué)生在課前可以利用仿真軟件對(duì)將要學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)的設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)操作流程，這樣可以在課堂上提高實(shí)驗(yàn)速度。同樣在課后也可以利用這些資源查找實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。

2.5建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制

在對(duì)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)考核時(shí)，采用靈活的評(píng)價(jià)方式，使最后的學(xué)習(xí)成果不僅突出對(duì)過(guò)程的考核還涵蓋最后的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，形成多元化的考核機(jī)制。其中形成性評(píng)價(jià)更加注重學(xué)生的課前預(yù)習(xí)質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、課堂表現(xiàn)以及網(wǎng)上的自主學(xué)習(xí)等方面。終結(jié)性評(píng)價(jià)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)來(lái)體現(xiàn)。因此在對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行考核時(shí)，除了革新考核機(jī)制，同時(shí)也要對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化賦分。

形成性評(píng)價(jià)的開展過(guò)程為：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，主要以學(xué)生為主，教師為輔，因此教師有充分的時(shí)間監(jiān)督整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。教師根據(jù)每個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的要求，具體給分。第一層次屬于基礎(chǔ)內(nèi)容，主要考查學(xué)生的動(dòng)手能力以及理解力，教師根據(jù)學(xué)生操作的熟練度以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出具體分值。第二層次屬于提升內(nèi)容，主要考查學(xué)生的獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及完成度來(lái)打分。第三層次屬于創(chuàng)新內(nèi)容，主要考查學(xué)生的創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力，教師根據(jù)學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)踐性進(jìn)行給分。形成性評(píng)價(jià)方法更偏重考查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)成果。

終結(jié)性評(píng)價(jià)主要對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。在終結(jié)性評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中對(duì)相同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相同的分析結(jié)果的報(bào)告直接給予零分，并進(jìn)行批評(píng)教育。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析有獨(dú)特見(jiàn)解的給予加分獎(jiǎng)勵(lì)。

在新的實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制中，學(xué)生最終的考核成績(jī)由兩種評(píng)價(jià)方法所得分?jǐn)?shù)折算得到。

3 總結(jié)

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，以O(shè)BE教育理念為引領(lǐng)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題，對(duì)非電類專業(yè)電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等角度進(jìn)行了改革探討。提出在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中要始終堅(jiān)持以學(xué)生就業(yè)方向?yàn)閰⒄?，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果輸出為內(nèi)容的教學(xué)思想，以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)課程改革思路。