基于OBE的模擬電子技術(shù)“專創(chuàng)融合”課程教學(xué)改革

王蕾，馬壯，葛超，倫志新，宋曉英

（1.唐山學(xué)院，河北唐山 063000；2.華北理工大學(xué)，河北唐山 063210）

在科技革命和產(chǎn)業(yè)改革的大背景下，社會對科技創(chuàng)新人才的需求 增加[1]。我校為河北省地方型重點本科院校，自國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》以來，一直堅持專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合教學(xué)，積極為本地區(qū)及周邊地區(qū)培養(yǎng)輸送高質(zhì)量實踐創(chuàng)新人才。

模擬電子技術(shù)課程是電子信息工程專業(yè)在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的專業(yè)核心課，主要研究模擬弱信號的放大、處理問題，包括功率放大電路、運算放大電路、反饋放大電路、電源穩(wěn)壓電路，是一門實踐性很強(qiáng)的課程[2]。傳統(tǒng)教學(xué)一般存在兩個方面的問題。首先，傳統(tǒng)教學(xué)中專業(yè)教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育脫節(jié)。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的專業(yè)教學(xué)內(nèi)容以基礎(chǔ)概念、電路原理和基礎(chǔ)理論實驗驗證為主，而創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育注重精神和素質(zhì)教育，一般以單獨課程存在。其次，傳統(tǒng)教育模式以教師為主體，對學(xué)生創(chuàng)新思維引導(dǎo)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足。傳統(tǒng)教育模式中教師“教”的比重大于學(xué)生“學(xué)”的比重，忽視了對學(xué)生實踐動手能力、解決工程實際問題能力的培養(yǎng)[3-4]。

OBE理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)成效（Outcomes-based Education），是一種基于構(gòu)建的學(xué)習(xí)過程，關(guān)注學(xué)生在知識、能力素質(zhì)的收獲[5]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是一種教育模式和理念，注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探究、解決問題的能力[6]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育（以下簡稱“專創(chuàng)融合”）的改革本質(zhì)是在進(jìn)行專業(yè)教學(xué)的同時，引導(dǎo)學(xué)生通過實踐訓(xùn)練方式培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，尋找發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方法和途徑，激發(fā)科研熱情[7]。模擬電子技術(shù)課程教學(xué)采用基于OBE的“專創(chuàng)融合”教學(xué)模式，緊密圍繞以“學(xué)生為中心”，以教師為主導(dǎo)，將創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)意識培養(yǎng)融入專業(yè)能力培養(yǎng)中，體現(xiàn)出對學(xué)生多元化的培養(yǎng)，滿足社會對綜合創(chuàng)新人才的需求[8-9]。

1 基于OBE的“專創(chuàng)融合”教學(xué)改革

1.1 教學(xué)目標(biāo)

經(jīng)過企業(yè)調(diào)研，教研團(tuán)隊從電子行業(yè)發(fā)展需求出發(fā)，根據(jù)“專創(chuàng)融合”培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求，采用OBE預(yù)期學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出式理念，制定了電子信息工程專業(yè)模擬電子技術(shù)教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)目標(biāo)中體現(xiàn)“專創(chuàng)融合”的能力培養(yǎng)目標(biāo)。課程目標(biāo)主要包括以下3點：

（1）知識技能目標(biāo)。通過課程學(xué)習(xí)能夠掌握半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識，以及放大電路、信號發(fā)生轉(zhuǎn)換電路、電源的分析方法與計算。掌握定性分析電路方法，定量計算選擇參數(shù)；熟練操作虛擬仿真軟件；掌握常用儀表的測量使用方法。

（2）過程與方法目標(biāo)。通過課程學(xué)習(xí)、討論、交流掌握電路分析、設(shè)計方法，并能通過相關(guān)文獻(xiàn)查詢針對實際問題設(shè)計出可行方案，用于解決復(fù)雜電路問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

（3）情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)。認(rèn)同模擬電子技術(shù)在專業(yè)科學(xué)中的地位；培養(yǎng)專業(yè)歸屬感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；培養(yǎng)求真、求實和創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度；在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色；具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和發(fā)展的能力。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)層、中間層、綜合應(yīng)用層和創(chuàng)新層。在教學(xué)過程中，教師在每個層次起的作用不同，在基礎(chǔ)層，教師主要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺、仿真軟件、微課等學(xué)習(xí)渠道掌握基礎(chǔ)知識概念；在中間層，教師總結(jié)梳理知識點，鼓勵學(xué)生利用仿真軟件驗證原理正確性，建立邏輯思維模型，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和總結(jié)歸納的能力；在綜合應(yīng)用層，教師指導(dǎo)學(xué)生利用基礎(chǔ)知識搭建復(fù)雜電路，并通過實物制作鍛煉學(xué)生的電路分析設(shè)計能力和動手實踐能力；在創(chuàng)新層，教師指導(dǎo)具有創(chuàng)新意識的學(xué)生積極加入創(chuàng)新訓(xùn)練團(tuán)隊或科研團(tuán)隊，通過完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項目或?qū)嶋H科研項目的形式提升創(chuàng)新思維，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力和科研素質(zhì)。教師在授課中起到引導(dǎo)者作用，根據(jù)學(xué)習(xí)成效的要求來對每個教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如圖1所示。

圖1 教學(xué)內(nèi)容

2 基于OBE的“專創(chuàng)融合”教學(xué)設(shè)計與實施

2.1 教學(xué)設(shè)計

本文以課程第九章“直流穩(wěn)壓電源”模塊為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計說明。該設(shè)計從知識、能力和素養(yǎng)三個維度確定預(yù)期學(xué)習(xí)成果，建立立體化的融合的教學(xué)模式。選擇具有代表性的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源為綜合設(shè)計性實驗案例，是因為該模塊內(nèi)容與實際應(yīng)用密切相關(guān)，具有一定的新穎性和產(chǎn)出價值，同時也具有一定的拓展性，選題符合教學(xué)要求。直流可調(diào)穩(wěn)壓電源教學(xué)設(shè)計如表1所示。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，該綜合創(chuàng)新實驗項目涉及緒論、第一章半導(dǎo)體器件、第九章穩(wěn)壓模塊等章節(jié)內(nèi)容。通過實際任務(wù)需求激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生帶著問題利用半導(dǎo)體二極管、穩(wěn)壓電源工作原理的基礎(chǔ)知識快速建立電路模型，并通過仿真驗證原理的正確性，為后續(xù)實物作品提供理論保障，同時培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新邏輯思維能力。

表1 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源教學(xué)設(shè)計

2.2 教學(xué)實施策略

教師以項目預(yù)期成果為導(dǎo)向，在教學(xué)過程中主要負(fù)責(zé)過程的組織、輔導(dǎo)和評價。學(xué)生在教學(xué)實施過程中作為教學(xué)活動的主體，是綜合創(chuàng)新實驗項目的第一完成人[10]。教學(xué)的組織和實施分為四個階段。第一級階段為教學(xué)資源準(zhǔn)備及構(gòu)思階段。教師利用超星學(xué)習(xí)通發(fā)布直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的任務(wù)要求、芯片使用手冊、儀器設(shè)備PPT簡介、仿真軟件使用手冊等資料，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資料，并對關(guān)鍵知識點以微視頻形式進(jìn)行講解；學(xué)生按照任務(wù)要求查閱文獻(xiàn)，完成任務(wù)分解和模塊論證，提出初步設(shè)計方案。第二階段引導(dǎo)學(xué)生建立電路模型。首先，學(xué)生自主設(shè)計變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓的四部分電路模型，并結(jié)合元件手冊，根據(jù)輸入信號和輸出信號范圍選擇元件型號；其次，學(xué)生利用Multisim仿真軟件搭建電路模型，利用仿真儀表測試信號范圍正確性；最后，利用PCB畫圖軟件Altium Designer對電路模型進(jìn)行布局設(shè)計，并把電路仿真作品及3D布局效果仿真提交到超星學(xué)習(xí)通平臺。第三階段調(diào)試實物作品。學(xué)生進(jìn)入實驗室，以PCB板為基礎(chǔ)板，按步驟對作品進(jìn)行焊接調(diào)試，并提交產(chǎn)品說明書。第四階段路演答辯評價。教師組織各組對各階段作品以答辯形式進(jìn)行展示。

2.3 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源設(shè)計

直流可調(diào)穩(wěn)壓電源設(shè)計任務(wù)是制作一款低功耗的模擬直流可調(diào)穩(wěn)壓電源。要求將220V交流電壓變壓到低壓可調(diào)范圍為Uo=+3V~+9V之間，最大輸出電流800mA，△Vop-p≤5mV，穩(wěn)壓系數(shù)Sv≤3*10-3。要求學(xué)生按照參數(shù)指標(biāo)設(shè)計仿真電路模型和實物電路，并提交一份產(chǎn)品使用說明書。

學(xué)生通過綜合設(shè)計詳細(xì)展示了方案論證及開發(fā)設(shè)計的全過程。通過項目設(shè)計，學(xué)生可以直接參與都元件的選型工作，本著制作低成本、低功耗和節(jié)省空間的要求，實驗項目可以通過加入控制電路、考慮改變負(fù)載變化范圍等方式給學(xué)生提供更多拓展空間，滿足不同層次學(xué)生的需求，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，提升創(chuàng)新意識。

在文案撰寫環(huán)節(jié)，教師鼓勵學(xué)生查閱資料，按照產(chǎn)品應(yīng)用背景、產(chǎn)品功能、主要參數(shù)、使用環(huán)境要求等模塊撰寫產(chǎn)品使用說明書，使學(xué)生在作品設(shè)計過程中全面考慮外觀、性價比、實用性等影響因素，可有效激發(fā)學(xué)生的探索興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實踐能力。

2.4 教學(xué)評價及成效

通過多元全過程的評價規(guī)則的制定，使學(xué)生更清楚作品成績的組成。綜合創(chuàng)新成果的評價分為兩部分，第一部分是對學(xué)生理論基礎(chǔ)知識的應(yīng)用、仿真電路的搭建、實物電路的調(diào)試和作品說明書的客觀知識、能力成績的評價；第二部分是對學(xué)生作品創(chuàng)新、團(tuán)隊協(xié)作和工作態(tài)度的素質(zhì)評價。兩部分的評價共同組成了項目的最終成績，進(jìn)而體現(xiàn)出全面客觀地對學(xué)生知識應(yīng)用、能力訓(xùn)練和素養(yǎng)培養(yǎng)的過程考查。其中仿真作品占總分值的20%，PCB板的3D仿真占總分值的20%，實物制作占總分值的30%，產(chǎn)品說明書占總分值的10%，小組協(xié)作、路演及答辯占總分值的20%，指導(dǎo)教師根據(jù)小組完成情況和每個學(xué)生在路演中的表現(xiàn)評定成績。

3 結(jié)語

綜上所述，基于OBE“專創(chuàng)融合”的模擬電子技術(shù)課程，以成果導(dǎo)向出發(fā)，設(shè)計了教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)課程中[11-14]。利用“直流可調(diào)穩(wěn)壓電源”創(chuàng)新項目設(shè)計，展示了基于成果導(dǎo)向的“專創(chuàng)融合”教學(xué)的實現(xiàn)過程，激發(fā)學(xué)生求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)了學(xué)生正確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究作風(fēng)和踏實認(rèn)真的研究方法，為學(xué)生從事科研工作及與專業(yè)有關(guān)的工程技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。