基于OBE的阶梯式模拟电子技术实验教学改革研究

曾思明 陈 安 蒋力立 杜宇上 陈灵敏 刘银萍 李水峰

广东工业大学实验教学部 广东广州 510006

近年来，随着高等院校理工科专业教学改革的不断深入，实践教学的重要性以及循序渐进的教学原则已经得到了共识，因而实践教学的改革工作也一直在探索中前行。对于工科院校的电类学科，模拟电子技术实验教学在创新人才培养和素质教育中起着非常重要的作用。特别是在我校卓越工程师培养计划下，实验课程对学生动手能力和工程意识的培养作用就显得更加重要。然而，当前的模拟电子技术实验教学模式存在弊端，致使大学电类实验教学面临严重的挑战，表现为三方面：首先，教学内容较为单一，学生的学习积极性不高；其次，当前的教学方式大多以教学进程为导向，缺少对学生学习效果的关注，不利于形成持续改进的质量保障机制；最后，现有的考核方式主要是根据学生的实验结果演示和实验报告来评价学生的实验效果，无法真实考查学生的实验过程和实验技能。

OBE(Outcomes-based Education)起源于20世纪80年代的美国和澳大利亚，它是一种以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式[1]。OBE被认为是实现学生特定学习产出的教育过程，教学模式和课程都是作为手段而非教育的目的[2]。因此，学生最终的学习产出将驱动整个教育系统的运行。OBE工程教育理念，为我校培养高级应用型人才提供了借鉴方法。当前，积极探索基于OBE的教学模式改革已经成为高校的重要研究课题之一。国内也已经有汕头大学等多所高校率先进行了OBE教学改革尝试，并结合学校实际进行了创新和改进[3-5]。为了适应创新人才的培养，研究提出打破现有模拟电子技术实验课程的传统教学模式，根据我校性质和本专业特点，研究符合本校实际的基于产出导向OBE的阶梯式模拟电子技术实验课程教学改革。

1 基于OBE的阶梯式模拟电子技术实验教学改革

OBE工程教育模式是一种根据预期的学习产出(毕业要求)来组织、实施和评价教育的结构模式[6]。因此，首先，应明确各专业学生的毕业要求，制订出支撑毕业要求的教学目标；其次，围绕教学目标反向设计相应的分层次的教学内容、教学方法和手段，同时实施多元化的考核方式，对学生实际的学习产出进行评价；最后，建立科学的评价机制，从而保障教学改革在后续的实践教学中不断完善。具体的改革实施过程如图1所示。

图1 OBE工程教学模式的实施过程示意图

本研究以OBE的教育理念和循序渐进的教学原则为指导思想，对模拟电子技术实验的教学目标、教学内容、教学方法、考核方法和评价机制进行了较为深入的改革探索。

1.1 制订实验课程的教学目标

根据学校各个工科专业的学生毕业时需要达到的预期学习产出，逆向制订出模拟电子技术实验课程的教学目标，并明确该教学目标与实现学生的预期学习产出之间的支撑关系。(1)通过基础型实验教学，使学生熟悉模拟电路实验箱和常用电子实验仪器的使用方法，掌握基本的实验方法和实验技能，为以后进行更复杂的实验打下基础。(2)通过综合设计型实验，使学生掌握模拟电路的设计方法，培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。(3)通过科学研究型实验，培养学生的探索精神和自主研究与创新的能力。以上三个不同层次的实验各有不同的教学目标和训练重点，通过循序渐进的系统训练，使学生具备基本的实验技能、较强的实践动手能力、一定的创新意识和研究性的思维与习惯，为后续的学习打下坚实的基础。

1.2 设计阶梯式的实验内容

为了使学生的工程素养和创新能力得到循序渐进的提升，精心设计了能够贯穿模拟电子技术实验课程主要核心知识点的阶梯式的实验项目，将实验项目按从易到难分为基础型、综合设计型和科学研究型三个层次(见表1)，并明确每个层次的实验项目对课程预期学习产出的贡献，从而使教师教得明白，学生学得明白。具体实验包括如下的内容：(1)常用电子实验仪器的使用。(2)基本模拟电子电路的设计、搭建、调试和相关指标测试。(3)模拟电子电路的计算机辅助分析与设计。(4)综合模拟电子电路的设计、搭建与调试。(5)小型电子系统的设计、制作与调试。其中(1)(2)(3)为基础型实验内容，(4)为综合设计型实验内容，(5)为科学研究型实验内容。这三种不同层次的实验内容，由简单到复杂，使学生逐步掌握设计电路的技能。

表1 阶梯式模拟电子技术实验教学课程层次设计

1.3 实施自主探究式的教学方法

为了实现预期的实验教学目标，在调整实验内容的同时，也对教学方法进行了改革。重点研究了基于OBE的自主探究式教学方法，调动学生积极主动参与到教学过程中，同时针对三个层次的实验项目分别采用了以问题为导向的基础型、以任务为导向的综合设计型和以项目为导向的科学研究型三个教学层次，使学生的创新能力和实践动手能力在完善的实验体系中得到循序渐进的提高。

在基础型实验的教学环节中，主要是培养学生的基本实验技能。因此，采用了问题为导向的教学策略。通过设计一些问题，让学生带着问题去做实验，并在实验过程中主动研究和解决问题。综合设计型实验是学生在完成基础型实验的基础上进行的功能较为复杂的设计性的实验训练，其重点是电路设计和电路实现。为了提高学生的电路设计和解决实际问题的能力，采用了以任务为导向的教学策略。通过精心设计一些实验任务，让学生主动去研究如何通过设计和调试电路达到电路指标要求。这种让学生主动解决问题的学习方式能较快地提高他们电子电路的设计能力和水平。科学研究型实验是在综合设计型实验的基础上进行的具有探索性和研究性的大型实验，一般应设计并实现具有一定功能和指标要求的小型电子系统。因此，科学研究型实验采用了以项目为导向的探究式教学策略，即让学生通过项目构思、设计、实现和运作四个阶段来完成整个电子系统的制作过程。此外，还对学生进行了分组，让学生根据自己的兴趣来选择教师提供的项目，同时也鼓励学生提出自己想做的具有专业特色的项目，这样也就给学生创造了一个实践自己想法的机会，让每名学生都有较大的独立思考空间，有利于培养他们的自主研究能力。教师在整个过程中起引导作用，学生起主导作用，形成了以学生为中心的教学模式。

1.4 实施多元化的考核模式

在阶梯式的实验教学中，不同层次的实验阶段对学生需要达成的能力指标点要求不同。因此，在实验考核方式上也应该有所区分，研究了多元化的考核模式。对于基础型实验，可以根据学生的预习情况、实验操作表现、实验数据和实验报告等环节来考查他们的基本实验技能，所需达到的能力指标为基本的工程基础、简单问题的分析能力、使用现代工具的能力。对于综合设计型实验，可以根据学生的电路设计方案、主要电路指标达成情况、实验结果演示和实验报告等环节来考查他们的电路设计能力和分析总结能力，所需达到的能力指标为分析解决复杂工程问题的能力和利用仿真软件对复杂工程问题的预测与模拟能力。对于科学研究型实验，可以根据学生的总体设计方案、电路框图设计、电路设计和性能仿真分析结果、电路的安装、调试与指标测试结果、实验总结报告和交流答辩结果来考查他们进行科学研究的能力和在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力，所需达到的能力指标除了与综合设计型实验相同外，还必须掌握项目管理的能力、团队协作和沟通能力。具体的考核方法和所需达到的能力指标点见表2。

表2 多元化的考核方法和对应能力指标点

1.5 建立科学的评价机制

为了确保能够实现既定的教学目标，持续改进OBE教学模式，也对评价反馈机制进行了一些探索，主要采用了形成性和总结性两种评价方法。为了做好形成性评价，要求学生记录好实验过程中碰到的问题、研究解决方案的过程和测试实验数据的过程，这样教师就能较全面地了解学生的整个实验研究过程，为教师进行实验引导和调整实验模式提供重要的反馈信息。此外，也在课程结束时通过问卷调查或与部分学生面对面交流的方式了解学生对这门实验课程的意见和建议。对于总结性评价，主要是通过学生的项目答辩过程了解他们的探究能力和水平。上述反馈信息为教师改进教学提供依据，为模拟电子技术实验课程的预期学习产出的定义和实现提供持续改进的动力源。

2 结语

在工程教育认证的理念的引导下，围绕模拟电子技术实验课程预期的学习产出进行了阶梯式的实验教学改革，由易到难地将目标能力指标与实验教学内容的设计贯穿于各实验环节，使之更加规范化。采用基于OBE的自主探究式教学方法，同时利用多元化考核模式，使学生的创新能力和实践动手能力在阶梯式的实验教学中得到循序渐进的提升。此外，还初步建立了科学的评价机制，为OBE教学改革的持续推进提供了动力。今后，将边实践边总结，为学校的OBE教学改革贡献力量。