基于OBE理念的电子技术实践教学改革

王 波， 王美玲， 刘 伟， 金 英， 肖 烜

(北京理工大学 自动化学院，北京 100081)

0 引 言

“华盛顿协议”是工程教育本科专业认证的国际互认协议，旨在通过工程教育本科专业认证保证工程教育质量，为工程师资格国际互认奠定基础，2016年我国成为“华盛顿协议”正式成员国[1]。加入“华盛顿协议”有利于促进我国工程教育按照国际标准培养人才，提高工程教育的质量，对我国工程技术领域人才走向世界具有重要意义。

电子技术课程包括模拟电子技术和数字电子技术，是电气、自动化、信息类等相关专业的核心基础课之一，具有很强的实践性[2-4]。加强电子技术实践教学，培养学生的实践能力与创新精神，是理工科大学生培养的重要环节。近年来，电子技术实践教学的重要性已经得到高等院校的广泛认同[5-7]。如何结合工程教育专业认证的要求将大学生的毕业要求融入到电子技术实践教学中，提高实践教学的质量就显得十分必要。

1 传统实践教学中存在的问题

工程教育专业认证的核心理念是以学生为中心、目标导向和持续改进[8]。实践教学是工程创新人才培养的重要环节，是产出目标达成度评价最直观的体现。目前的电子技术实践教学中存在的主要问题体现在如下几个方面：

(1) 实验教学的目标仍然以验证理论知识和掌握实验技能为主；

(2) 实验教学过程中“教师讲学生做”，忽视了学生的主体性和能动性；

(3) 课程设计缺乏与工程实际相结合，难以实现综合性的工程实践训练，导致学生缺乏工程实践能力[9]；

(4) 不同课程之间相对独立，整个实践教学体系缺乏系统性，使得学生所学专业知识片段化[10]。

2 OBE教育理念

20世纪80～90年代早期,一种基于成果导向的教育模式(Outcomes-Based Education，OBE)出现于美国和澳大利亚的基础教育改革。OBE是以预期学习所达到的目标为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，实施OBE教育模式主要有4个步骤：定义学习成果(Defining)、实现学习成果(Realizing)、评估学习成果(Assessing)和使用学习成果(Using)[11-13]。该教育模式采用“自顶向下”的“反向设计”方式，通过预先设定的培养目标，反向设计支撑该目标的课程体系和培养方式，并针对培养目标整合优化课程体系和教学过程。基于OBE理念的课程的设计流程如图1所示。

图1 基于OBE理念课程的设计流程

3 基于OBE的分层次、递进式实践教学改革

OBE的教育理念强调知识、能力、素质的全面协调发展。知识是基础，能力和素质是知识追求的目标，能力是知识外化的表现，素质是知识内化的结果[14]。基于OBE理念的电子技术实践教学改革的指导思想为以学生为中心，以工程实践项目为载体，以学生知识、能力、素质的培养为导向，构建多层次、递进式的实践教学体系。电子技术实践教学体系的设计见表1。

表1 多层次递进式电子技术实践教学体系

3.1 以工程问题为导向的基础验证型教学

按照电子产品的认知规律，在大学一年级开设基础验证型层次的课程电子工艺实习课程。在电子工艺实习的教学过程中，设计工程问题为导向的实验内容，使学生明确所学习的理论知识和实验技能如何应用在实际工程中。例如将典型实用的工业产品机器猫、八路抢答器等引入到电子工艺实习的教学内容，结合产品的设计与制作，让学生完成电路的设计、焊接和调试等一系列的工业产品制作过程，同时让学生使用常用仪器设备进行电路测试，运用EDA软件进行电路设计，从而保证学生接受工程实践的基本训练。在基础验证型教学层次强调知识的培养。

3.2 以工程任务为导向的综合设计型教学

综合设计型实验是在基础验证型实验基础上的发展，其实验内容的设计具有更高的广度和深度。在大学二年级开设综合设计型层次的课程模拟电子技术实验和数字电子技术实验两门课程。在电子技术实验的教学过程中，设计工程任务为导向的实验内容，并且采用任务驱动教学法。例如在数字电子技术实验中采用工程任务数字式秒表的设计作为实验内容，其整体实现方案如图2所示[15]。在教学过程中将数字式秒表分成3个不同的模块进行设计，分别为模块1—节拍脉冲发生器，模块2—100 Hz基准脉冲源，模块3—计数和显示。学生在前期完成三个模块的实验之后再进行整个数字式秒表的设计与调试。在综合设计型教学层次强调实践能力和创新精神的培养。

图2 数字式秒表的原理框图

3.3 以工程项目为导向的创新研究型教学

创新研究型实验是在综合设计型实验之后的提升。在大学三年级开设创新研究型层次的课程电子技术课程设计。在电子技术课程设计的教学过程中，采用CDIO(Conceive/构思-Design/设计-Implement/实施-Operate/运作)的工程教育理念[16-17]。以工程项目为载体，从项目的构思、设计、实施和运行4个过程来培养学生的工程实践能力，同时把与工程实际密切相关的创新意识、自学能力、经济因素、团队合作、总结与表达等因素的综合素质教育贯穿于课程设计的教学活动中。例如，电子技术课程设计题目—浮点频率计的设计在教学过程中分为课题分析和方案论证，方案设计，方案实现和总结及成果展示4个阶段来进行教学，分别对应CDIO教育理念中项目的构思、设计、实施和运行4个过程。①课题分析和方案论证阶段，学生首先以团队合作的形式根据浮点频率计的设计要求，对各种不同的解决方案进行讨论交流及可行性分析，并进行成本预算，选择最优设计方案。主要培养学生的团队合作能力、工程系统能力及自主创新能力。②方案设计阶段，学生用软件仿真的方法来设计具体电路。主要培养学生的单元电路设计能力、仿真分析能力及系统整体设计能力。③方案实现阶段，学生采用通用的集成逻辑器件实现设计的电路。主要培养学生的常用仪器仪表使用能力、系统调试能力，同时让学生对工程中的经济、安全等因素有所了解。④总结及成果展示阶段，由团队介绍并演示实现的浮点频率计，并要提交课题的研究报告。在运行阶段主要培养学生的知识的综合运用能力、语言表达能力和写作能力。在创新研究型教学层次强调综合素质的培养。

3.4 教学质量监督与评价机制

完善的实验教学质量监督与考评机制是有效保证实验教学活动高质量和高效率运行的重要手段。电子技术实验教学评价体系如图3所示。自动化学院成立由教学院长、专业责任教授、实验中心主任和教学经验丰富的教授组成督导组，对承担实验教学任务的教师进行督查，监督实验教学各个阶段的教学效果，及时纠正实验教学过程出现的各种问题。学院设有教学指导委员会，聘请学科责任教授、骨干教师及相关企业人员担任教学指导委员会委员，定期召开教学指导委员会会议，对实验教学中出现的问题给出指导性意见，推动实验教学的质量提升。实验课程的教学质量管理由课程所属的教学团队负责，教学团队负责人针对从事实验教学的每一位老师进行教学指导，建立实验教师的准入机制和淘汰机制。学院还通过社会问卷、企业走访、在校生座谈、毕业生反馈等途径，从校内、校外两个方面及时分析总结，发现实验教学实施过程中存在的问题，持续改进电子技术实践教学。

4 结 语

根据工程教育专业认证的核心理念，电子技术实践教学以知识、能力、素质的全面协调发展为导向，以基础到创新的实验教学规律为主线，以工程实践项目为载体，构建了多层次、递进式的实践教学体系。学生的实践动手能力和综合素质都有了较大的提高，在全国大学生电子设计竞赛及其他全国性大赛中均取得了很好的成绩，也为我院学生在近几年全国大学生课外学术科技作品竞赛(挑战杯)中取得优异的成果奠定了坚实的基础。

图3 电子技术实验教学评价体系