新工科背景下基于OBE理念的数字电路课程改革与实践

祝鹏

摘要：新工科建设背景下，传统的数字电路教学模式不能很好契合卓越工程科技人才的培养需求，课程改革迫在眉睫。以提高课堂成效和学生就业竞争力为出发点，以提升计算机系统能力、逻辑思维能力和自学能力为目标，以行业发展要求、企业岗位需求和学生职业生涯成长需求为指引，立足课堂、课程双维度，通过重构课程内容体系、提升教学信息化水平、构建多课堂协同的线上线下混合式教学模式等措施，拓展师生互动方式与渠道，提升课堂教学质量和课程的实用性，推动同类课程的改革与建设。

关键词：新工科;OBE理念;数字电路;课程改革

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）30-0166-03

开放科学（资源服务）标识码（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务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略发展需求，主动应对新一轮科技革命与产业变革而提出的一种工程教育类新模式[1]，其核心特点是计算机学科与各学科的交叉、融合，人才培养标准是引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，这就要求培养的学生不仅仅具备分析、解决实际工程问题的能力，更应具备密合技术发展和变革升级所需要的快速适应能力、动态调整能力、实践创新能力以及交叉复合能力[2，3]。当前工程教育还存在着思维局限化、模式陈旧化、教学理论化、内容滞后化、考核评价单一化等问题，不利于创新思维和创造能力的培育，与行业需求及企业人才要求脱节，这都推动着职业教育教学模式的变革：改变以教学资源为中心、以教师讲授为主、学生被动学习为辅的传统教学模式，变为以学生为中心、以产出为导向、持续改进的新型教学模式，同时运用现代信息技术改进教学方式方法，引入行业、企业资源推进线上教学信息化建设和普遍应用，形成多元参与、多主体合作的共赢局面，实现行业企业需求与高职教育发展的同频共振。

我校计算机硬件类课程群主要包括计算机组装与维护、数字电路、微机原理与接口技术、操作系统、单片机原理及应用等课程。数字电路的课程定位为计算机硬件类课程群中最主要的专业基础课，学生通过课程学习，掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路以及脉冲波形产生电路的使用，能够根据需求独立进行常用中小规模集成电路的分析、设计、安装和调试，具备一定的“逻辑思维”能力，为后续大规模及超大规模集成电路的学习和设计奠定基础。受教育理念、教学模式、学情差异及实验设备等多种因素制约，教学不能很好契合新信息技术的需要，课堂教学的成效不足，课程改革迫在眉睫。

2课程授课现状及主要问题

2.1教育理念滞后且教学模式陈旧

授课教师未能充分把握新工科建设对课程建设的新要求，教学过程过于注重常用逻辑电路的定义、分类、特点、原理及应用等传统知识传授，忽略了学生逻辑思维能力及系统观的培养，育人过程不能有机结合知识、能力和素质，部分教师采用灌输式、“一言堂”式授课模式，片面认为帮助学生掌握数字电路的基本概念、原理并按照实验指导书完成各类逻辑电路的分析与设计就算达成了教学目标，教学过程缺乏与学生的有效互动，知识讲授完毕后学生是否理解以及理解的程度无法深度验证，学生学习过程中不能从整个知识体系的视角审视所学，学习效果也无法适时对接行业企业需求及后续求职就业，面对枯燥、抽象的理论知识，只能被动地接受知识，学习兴趣得不到激发，实践能力得不到充分的培养，自学能力得不到提升，学习态度惰性明显，往往只能掌握简单的单个知识点，缺乏融会贯通，无法构造系统的知识框架。

2.2理论知识多且课程内容更新不及时

數字电路课程的教学主要分为理论和实验两个模块进行，其中理论48学时、实验16学时。理论教学主要知识点包括数制和码制、逻辑代数与逻辑函数、门电路、触发器、组合及时序逻辑电路分析与设计（包括常用中规模逻辑器件的使用）、半导体存储器、脉冲波形产生与变换、A/D及D/A变换等，课程知识点繁多且前后联系紧密，48学时把全部知识点讲授完毕尚且困难，要把重难点讲解清楚、学生理解透彻则显得尤为困难，特别是部分同学对某个知识点理解不到位又不善于请教或自学，导致学习过程的“滚雪球效应”;同时上述理论知识体系与后续计算机硬件类课程存在部分内容上的重叠，不同课程授课教师不同，有同一知识多次重复讲解的现象，造成时间和学习精力上的浪费，因此从课程群视角系统性重构和优化课程知识体系显得尤为重要。实验教学采用软件仿真和实物操作结合的形式，软件仿真以proteus软件为载体开展，实物操作以实验箱为载体开展。实验类型以验证型实验为主、设计型实验为辅，缺乏综合型实验，不利于实践创新能力的培养，同时由于电子技术更新换代加快，新器件、新产品、新技术及新方法层出不穷，导致教师知识体系更新不适时、教材内容更新不及时，实验所用器件相对较老、更新换代频率较慢，所教所学均一定程度上滞后于社会需求。

2.3学情差异明显，个性化学习需求得不到匹配

课程授课对象主要为计算机科学与技术、网络工程、计算机系统与维护等专业的本专科生及专升本同学，大都来自不同的学校，生源既有普通高中又有职业高中，二者的学习能力、逻辑思维能力都存在一定差别，对同一知识点的掌握程度不尽相同;部分同学在专科阶段学习了前置课程如离散数学、实用电子电路等，由于有硬件知识及逻辑代数基础，学习起来相对容易，而未修过前置课程的同学需要从零学起;部分同学励志电子信息类专业读研深造，该专业学校大都以数字电路作为研究生初试专业课考试科目。这些都导致学生对课程的期冀、学习的诉求不尽相同，深度学习的需求及学习内容层次差异明显，而课程讲授的时候要面向全体同学，不能做到因材施教、因需施教。

2.4考核评价方式单一

传统的数字电路考核评价过于注重结果性考核，过程性评价的比重较低。一般结果性考核采用纸质试卷、期末考试的形式，占总成绩的70%;过程性评价主要包括上课出勤、课堂表现、作业、实验完成情况及报告撰写情况，占总成绩的30%。该评价方式弊端较为明显，一是过程性评价数据往往不完备，以课堂表现为例，其成绩由班级同学上课问题回答情况及讨论反馈情况给出，由于上课人数较多，不可能面面俱到，也不可能某个同学多次回答，因此成绩可能由该同学问题回答最好或最差的一次给出，难免有以偏概全之嫌，一定程度上打击学生平时学习的积极性、主动性;二是结果性考核的重点是理论知识的掌握程度，欠缺学生实践能力及创新能力的考核，成绩为主的考核侧重导致学生的学习导向与新工科的要求出现偏差;三是部分同学通过考前突击形式备考，难以建构课程的知识体系，后续课程使用相关知识的时候遇到困境。

3课程教学改革的总体思路

新工科背景下的现代计算机类专业高职教育承担着培养复合型工程技术人才的任务，人才培养的核心是以能力建设为中心，以提升思想道德素质、科学文化素质、跨学科素养和职业素质为基础，持续深化内涵建设、提高教育教学质量。作为计算机硬件类专业主干课程之一的数字电路，课程建设过程也必须遵循这一培养准则。因此，课程改革总体思路为：以新工科卓越工程人才为培养导向，以提升计算机系统能力、逻辑思维能力和自学能力为目标[4]，以计算机技术与软件专业技术资格、计算机硬件类企业人才需求和岗位要求以及学生职业生涯成长需求为指引，立足课堂、课程双维度，以学生为中心，以多课堂协同、线上线下混合式教学为方法，重构课程内容体系，拓展师生互动模式，改革考核评价方法，切实提升课堂教学质量和课程实用性。

4课程教学改革的实施

4.1贯彻学生中心理念、线上线下有机融合

融合OBE教育理念和高职教育培养目标，树立以学生为中心、以行业企业需求、职业资格要求和专业培养目标结合的培养导向，设计在线开放课程资源，具体包含理论教学资源案例、实践教学资源案例、自学资源案例，其中理论教学资源案例面向课程理论知识建构纬度，主要服务第一课堂，包含导学单、关键核心知识点微视频、微课件、动画、随堂测验、作业等内容，通过课前线上预习、课中线下学习（带着问题学习、讨论式学习等体验式方式，借助调查问卷、弹幕互动、答题、讨论等方式强化师生互动、检验学习成效）、课下线上测验及重难点巩固学习等方式建构理论知识体系;实践教学资源案例面向实际应用场景、以项目化为主线开展，注重实际生产生活中理论知识的应用，主要服务第一课堂的实验教学和第二课堂学以致用能力培育，除包含课程实验教学内容外，引入企业培训案例、电子设计竞赛案例等，拓展学生课程学习视野、培植深度学习兴趣[5];自学资源案例主要面向有继续学习兴趣、有学习余力、有深度学习需求的同学，以课程拓展知识点或技能点的形式给出，包括后续课程深度关联知识点、数字电路行业发展趋势及新技术介绍、电子科技类及相关竞赛规程及作品集、硬件类方向职业职称类考试考核要求及历年试题资源、区内外知名院校数字电路课程大纲及历年真题等，通过爬虫技术不断丰富案例库，为不同学习需求同学建立个性化分析模型，开展各类资源的定向推送。

4.2重构课程内容、优化知识体系

从知识与能力并重、素养与视野并举的角度重构课程内容体系，从系统能力培养视角优化课程知识框架，注重课程本身知识体系完整性的同时兼顾前后续课程的知识衔接以及新信息技术发展带来的新知识、新技术、新方法，遵循牢固根基、感性认知、归纳总结、巩固提高的知识养成路径，按照“奠定理论知识基础→兴趣引导创建系统思维→凝练核心知识框架→巩固提升批判思维”的素养提升策略，依托“轻结构分析、重功能应用”的思路重构课程内容[6]，具体为：（1）基本概念及逻辑基础，包括数制和码制、逻辑代数、门电路等内容，适当压缩进制转换、分立及集成门电路等前置课程关联知识点，增大逻辑代数概念、规则等的讲解，建构逻辑分析基础;（2）逻辑电路的分析与设计，采用案例结合应用场景讲解+仿真演示的教授方法，重点讲解常用中规模集成器件如译码器、数据选择器、计数器、寄存器等的逻辑功能、电气特性及应用领域，压缩内部结构的讲解，使学生能够识读典型应用电路图、会使用常用中规模集成器件，举一反三，能够看懂芯片手册并掌握一般芯片的使用方法;（3）典型数字集成电路，主要讲解脉冲波形的产生与整形电路，使学生掌握555定时器的使用，简要讲解半导体存储器、数模及模数转换的原理，具体应用由后置课程讲授;（4）现代数字系统设计，以典型的数字系统设计实例为依托，系统讲解现代数字系统的设计方法、模式、可编程逻辑器件及VHDL语言。

4.3依托需求设计实验

改革理論与实验分离的授课方式，实施教学做一体、理实结合的模式，讲授理论知识同时开展实践认知，摒弃传统的以实验箱为载体的验证型实验，采用先软件虚拟仿真后洞洞板实物焊接操作的实验授课形式，依托虚拟仿真技术解决实验设备更新不及时问题，依据学生层次水平设计必做和选做实验项目，按照学生认知水平及知识讲授进程设置验证性、设计性和综合性实验，其中验证性实验主要包括门电路、触发器、常用中规模逻辑器件（如编码器、译码器、数据选择器、加法器、寄存器、计数器等）的功能性验证，通过实验能够明确各类芯片的基本使用方法、各引脚的作用;设计性实验以解决实际问题为指引开展，按照学生知识掌握程度分类开展，设置必做和选做实验，针对具体逻辑问题，引导学生养成批判思维，给出不同的设计方案并选择最优方案，一般选用少于3个中规模集成器件;综合性实验面向相对复杂的应用场景，需系统应用所学知识来实现产品功能。数字电路实验项目的具体组织如表1所示。

4.4完善考核评价体系

OBE教育理念下的课程评价以学生素养提升为中心来确定评价目标，注重评价方式的多元化[7]，因此课程考核指标中需要适当增加过程性考核比重、弱化结果性考核比重，成绩构成中过程性和结果性考核各占50%。过程性评价主要包括理论学习环节和实验环节，前者的过程性评价主要包含以下部分：在线学习平台的课前学习完成情况（包括课前预习任务点完成情况、应知应会知识点的客观考核情况等）、课堂活动参与及课堂表现（主要包括考勤、随堂测验完成情况、课堂讨论参与情况、问卷参与情况、选人回答情况等）、课后知识巩固情况（作业、单元测验情况等）;后者的过程性评价主要包含以下部分：实验知识储备及实验任务预习情况、实验方案设计情况、实验报告撰写情况、软件仿真分析情况、洞洞板焊接情况、综合作品答辩情况等。结果性考核以期末考试成绩的形式给出，题目设置以逻辑电路的分析与设计为主，减少概念性、理论性试题，确保考核结果体现学生对知识、能力、素质的全面评价。

5 结束语

《数字电路》作为计算机硬件类专业重要的专业基础课，以培养学生的系统思维、逻辑思维和工程实践能力为目标，新工科这一工程教育类新模式的提出拓展了课程的目标维度，对课程建设提出了新的要求和期冀。依托OBE教育理念开展数字电路课程改革，以学生为中心，以卓越工程人才为培养导向，以行业发展需求、企业岗位要求和职业生涯成长需求为指引，通过重构课程内容体系、提升教学信息化水平、构建多课堂协同的线上线下混合式教学模式等措施，拓展了师生互动方式与渠道，强化了数据时代学习过程性数据的使用，促进了教师教学理念转变和课程的信息化建设与应用，提升了课堂教学质量和课程的实用性，推动了同类课程的改革与建设。

参考文献：

[1] 陈彦，徐利梅.“新工科”背景下“数字电路”课程的跨学科教学模式改革探索[J].工业和信息化教育，2018（12）：34-38.

[2] 董建娥，谢裕睿，李莎.新工科背景下的数字电子技术课程教学模式改革[J].现代信息科技，2019，3（23）：169-170，173.

[3] 郭金妹，张建荣，陈磊.“新工科”背景下面向实践创新能力培养的数字电子技术基础课程教学模式改革与实践[J].科教导刊（下旬），2019（12）：113-115.

[4] 李东勤，徐勇，常郝.系统能力培养背景下《数字电子技术》课程改革[J].现代计算机，2019（33）：66-68，72.

[5] 李如春，金燕.数字电路与数字逻辑课程多课堂协同教学模式改革[J].计算机教育，2020（1）：164-167.

[6] 张利娜，刘尚争，李定珍.《数字电子技术》课堂引入成果为本教学的探索[J].教育教学论坛，2019（39）：155-156.

[7] 孙琦，徐锦丽.基于OBE模式的《数字电路》课程教学改革研究[J].电脑知识与技术，2019，15（35）：170-171.

【通联编辑：王力】