基于OBE理念的数字逻辑课程多课堂协同模式的改革与实践

摘要： 通过在电子信息类基础课程数字逻辑中应用OBE教学理念，基于素质课堂构建了线上课堂、线下课堂、实践课堂的协同应用模式。在同期不同班级分别开展传统教学和多课堂协同模式教学，从两种教学模式的课程目标达成度的相关分析可以看出多课堂协同模式不仅具有较强的适应性，而且在培养学生的学习能力上更具优势，有利于提升學生解决复杂工程问题的能力，更有助于进一步培养学生的创新意识和综合素质。经过实践应用，基于OBE理念的多课堂协同模式在培养应用型高素质人才方面具有积极意义，在工科核心基础课程的建设上具备一定的推广价值。

关键词：OBE教学理念；多课堂协同；创新意识

中图分类号：G642      文献标志码：A      文章编号：1008-4657（2024）02-0083-08

0        引言

数字逻辑是电子信息类专业技术基础课程，是一门理论与实践集于一身的综合性课程，也是培养复杂工程实践能力的一门核心基础课。该课程面向电子信息类本科低年级开设，课程中培养的数字系统分析和设计能力对学生后续专业课的学习至关重要，是支持专业系统能力培养的核心学科基础课，也是培养学生复杂工程实践能力的入门级课程。传统的课程教学中存在着一些问题，如有限的课堂学时里满堂灌，学生不能及时消化所学知识；又如实验部分所用技术工具与行业前沿技术脱节等。为贯彻落实党中央、国务院重大决策，主动适应我国经济发展新常态，适应区域产业转型需求，主动融入产业转型升级和创新驱动发展［ 1 ］。以及全面提高高校服务区域经济社会发展和创新驱动发展的能力［ 2 ］，许多教师在课程教学和实践内容方面进行了一系列创新性的尝试和实践。李如春等［ 3 ］人提出的传统课堂、课外学习课堂、实践课堂三个课堂相互协同。王党辉等［ 4 ］人针对计算机本科专业数字逻辑设计课程教学中面临的教学与实践内容相脱节的问题，探讨了面向计算机专业的包括理论课教学内容和实验内容的数字逻辑课程架构。本文提出了一种基于OBE（Outcomes-based   Education）理念的多课堂协同教学模式。以学生的学习成果作为教学导向，构建了以素质课堂为中心，将线上课堂、线下课堂、实践课堂进行协同应用，通过设计的教学流程能够有效提高学生的学习能力、实践能力、创新能力，促进学生主动适应社会需求，真正做到以学生为中心，最大化发挥出工科核心基础课程的育人作用。

1       教学模式的提出

OBE教育的概念被应用于课程教学中，是根据课程目标达成能力目标要求。采用逆向设计原则，设计相应的学习工作过程、明确课程学习目标、制定教学实践内容、设计教学实践过程、评价教学效果等，不断提高课程教学质量。实现以学生为中心的教学模式，强调以学生的学习成果作为驱动教学运行的动力。应该说OBE理念对于培养工科专业学生的要求除了分析和解决问题的能力以外，还特别强调了培养学生的创新和项目团队管理等能力。

综合考察国内先进院校的教学手段、教学方法，研究课程目标如何适应地方区域产业转型需求、应用型人才培养定位以及结合了在特殊时期经历的由线下向线上教学转变的契机，在后续开展的课程中改革了实验方法手段，并陆续录制了部分微课知识点视频、实验讲解视频等。综合以上OBE教学理念以及混合式的教学模式，近年来课程教学进行了基于OBE理念的数字逻辑课程多课堂协同模式的改革和实践。

多课堂协同这种教学模式有效整合了各种相关学习资源要素，充分释放了创新要素的活力，实现了教学过程中的协作创新［ 3 ］。本研究以数字逻辑课程为例，基于素质课堂构建了线上课堂、线下课堂、实践课堂的协同应用模式。培养学生分析问题、解决问题的能力，数字思维以及逻辑建模能力。并且能够有效地提高学生的学习能力、实践能力、创新能力，促进学生主动适应社会产业行业需求，真正做到以学生为中心，最终达成我们想要学生取得的学习成果。根据OBE理念以学生的最终学习成果为导向，遵循“兴趣养成，仿真验证，理实协同”的建设方法［ 5 ］，反向确立教学设计与教学实施，提出多课堂协同的教学模式，完善课程教学质量考核评价体系，并不断进行动态反馈和改进［ 6 ］。由“重投入”向“重产出”“以教为中心”向“以学为中心”“重外部监管”向“重内部驱动”进行转变，使学生更好地掌握数字技术相关的理论知识，具备数字思维和主动学习的能力，掌握新技术工具，培养计算机系统能力，主动适应产业行业发展需求。表1所示为以工科能力培养要求在本多课堂协同教学活动中的设计体现。

教学过程涵盖从素质课堂、线上课堂、线下课堂、实践课堂的协同应用进行设计。将对刚接触学科知识的学生觉得晦涩难懂的计算机硬件基础知识点以生动活泼的形式展现在学生面前，以培养学生分析问题、解决问题的能力为基准。实践部分由易入难，由浅入深，最后加入开放性实验内容，让学生自选题目完成设计。以素质课堂为根本，按照“两性一度”的要求执行课程教学活动，有效发挥学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣，为学生的持续性学习打下良好基础。多课堂协同教学模式如图1所示，围绕素质课堂，将线上课堂、线下课堂、实践课堂进行协同应用。

根据学科大类教学特色选取课程教学模块，由浅入深，由易到难，循序渐进，符合学生学习规律。将教学活动过程设计简明展示如图2所示。

“课前”线上课堂预习任务安排，可以系统学习慕课，可以学习微课知识点，“课中”线下课堂第一步也是激发学生的主观能动性的一步，检验学生线上自主学习成效，可以小组讨论、可以互动提问、也可以使用雨课堂教学工具发送习题功能，这一环节学习气氛要遵循现阶段学生学习心理，以活泼有趣的课堂气氛为主，以便有效调动学生学习兴趣。即时进行阶段学情分析，根据学生的反馈情况还可以动态调整课程内容。线下课堂以理论应用，归纳总结、项目案例分析设计为主。在课堂中还可利用实践工具随时进行实验验证或设计，培养学生利用实践验证理论的务实的科学思维。教学氛围活泼良好，能够提升学生学习主动性。“课后”布置少许习题或者实践作业有助于学生巩固加深理论知识。

2    教学模式实施过程

依据人才培养目标，以培养学生计算机系统能力、复杂工程实践能力为目标，将教学大纲内容进行划分，学时划分线上、线下、实践课堂，围绕素质课堂，将线上课堂、线下课堂、实践课堂有效协同，在有限的学时达到最大化、最优化的学习成效。

2.1    素质课堂实施要点

素质课堂贯穿线上课堂、线下课堂、实践课堂教学活动全过程，强化课程“思政性”。

挖掘课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人。在设计每章知识内容的教学目标的同时，也设计了思政目标，同时有相应的教学手段和教学策略来潜移默化课程思政元素。思政案例具备生动性和实际应用性。通过在理论讲解中渗透思政教学元素，可以从不同的哲学角度辅助学生形成正确的人生观、世界观、价值观，并强化其科学思维与创新力。课程思政内容一定是有正确的切入点，有效实际，具备亲和力。如本课程中的设计案例要求用学过的内容设计进站指示系统，可以在其中融入思政元素让学生明白法治社会必须遵守秩序，激发学生认知认同，潜移默化社会主义核心价值观。在教学过程中强调但并不限于与数字系统相关的工程伦理、法律规定、职业规范、科学道德，培养学生的社会责任感和家国情怀，树立学习强国，使命担当的意识。

同时在教学活动全过程中，通过教师团队的言传身教，规范自身行为，以及学生角度的主动预习、新课讨论、实践加深、分组活动、报告撰写等一系列学习过程活动培养学生缜密的逻辑思维以及文字、语言表达能力、具有踏实严谨的工匠精神、具备较强的实践动手能力、培养树立学生终身学习、实事求是、探索创新的科学精神。

以“逻辑函数化简”知识点为例，围绕素质课堂，将线上、实践和线下课堂进行融合的教学设计过程如图3所示。

该知识点的教学设计流程大致为：线下检验线上微课任务点学习成效（雨课堂、随机提问等），总结要点。随后引入“化简的意义”，直观意义为降低成本以及提高系统可靠性，并引导同学们认识到更深远的意义，掌握这一知识有益于我国自主开发集成度更高的芯片。随后利用实践工具，向同学们展示搭建逻辑表达式化简前后的两个实验电路，一繁一简，最终获得的结果却是相同的逻辑功能。在使同学们对于化简的意义有更直观的认识的同时，潜移默化培养同学们随时使用实践工具完成验证或者设计，培养学生求真务实、严谨的工作作风，更进一步养成创新思维。整个教学过程更为关注的是学生的学习能力，以及思维方式。

2.2    线上課堂实施要点

选择建设部分关键基础知识点、课程重点、难点的线上微课资源，利用超星平台的系统展示能力，搭建线上超星教学平台，同步引导学生在慕课平台根据自身情况学习选择优质开放课程可以进行系统学习［ 7 ］。线上资源不受时间地点限制，学生可以依据自身情况有的放矢，利用碎片化时间，有选择性地进行自主化、个性化学习［ 8 ］，帮助学生更好地理解和巩固该课程的有关理论知识，再进入线下的应用和项目学习阶段。考虑到实验手段的更新，在理论课程内容中适当地增添了硬件描述语言等的内容，并引导学生进一步进行自主学习。

2.3    线下课堂实施要点

线下课堂内容首先简要总结线上的重要理论及方法，可以采用提问、答疑、小组讨论等形式，随后利用学习目标、应用场景引入线下教学内容。线下内容以项目案例设计应用为主，学生活动有分组讨论，小组互评等。线下课堂讲解的项目案例，来源生活、回归生活，引导学生转变思维方法，也即要用“数字”的方法去思维。课堂章节总结时进行课堂习题练习，鉴于雨课堂教学辅助工具优越的互动能力，课堂练习互动使用雨课堂教学小程序工具发送课堂习题，巩固章节重点，并立即进行阶段性学情分析，创造活泼良好的学与教的氛围，及时动态调整线下课堂内容。达到学有所获，真正做到以学生发展为中心。

2.4    实践课堂实施要点

根据数字技术的发展趋势，从人才培养目标出发，学生将所学到的知识与实际生活、生产等应用场景相结合，在完成基础实验的前提下学生可以进一步进行综合性实验和设计性实验，扎实推进培养学生动手能力和解决实际问题的能力［ 9 ］。

依据新国发【2022】2号文的关于数字经济引领的现代产业体系构建需求，地方产业的转型已在日新月异的加快发展中。在数据爆炸的时代，FPGA以其灵活高效、可重复编程、高吞吐量和低延迟的特性，在人工智能、云计算、大数据、5G、自动驾驶和视觉处理等领域的应用越来越广泛，势必将成为新一轮科技创新中十分重要的加速引擎。选取以FPGA技术为导向的基于QuartusII的课程实验实践手段更加具有实践和适应社会需求的实际意义，切实做到实践技术与现代数字电子技术设计相衔接［ 10 ］，突出课程“创新性”。实践过程可以让学生从认识阶段发展到会用阶段，更加深刻领会数字电路原理，不仅可以以规范化的方式掌握特定功能的电路原理，并顺应时代发展，掌握新技术和新设计方法。学生采用基于QuartusII的课程实验手段进行数字电路系统设计［ 11 ］，不受传统的实验时间地点硬件限制，并可以进阶完成创新训练，较为综合地进行新型的实验教学模式，实验结果和理论分析严丝合缝，满足学生综合能力培养和实践能力培养的需求，能够切实提高实验教学效果。

实验技术手段以FPGA开发工具QuartusII为实验平台，以两种形式进行实验项目，一种是原理图输入设计方式，一种是硬件描述语言设计方式（verilog），由易入难，由浅入深策划验证性、设计性、综合性实验。将QuartusII软件的基本使用以及部分有关的实验内容录制成微课视频，上传至线上，学生可依据自身情况自主学习并进行同步实践练习。理论课程过程中也可以随时借助实验工具进行仿真验证，帮助学生对教学内容进行直观的感受，如前文提及的代数法化简知识点，化简意义引入时，利用的原理图法搭建两个输出逻辑功能一模一样的化简前和化简后的电路，对比这两个电路结构以及逻辑功能，直观引入代数法化简的意义，入眼入心。诸如此类的教学设计方法可以让学生在短暂有限的课堂学习时间中进行高效率，高质量的学习。

课程建设期间在实践过程中加入了开放性实验，让学生自拟题目完成设计，有效发挥学生的主观能动性，对于完成此项目的学生达成度进行评价，可以从项目的难易程度，理论结合实际的实现，应用需求场景，能力的拓展，对项目的阐述表述能力等几方面进行，并纳入实践考核评价成绩占比中。提高课程“高阶性”和增加课程的“挑战度”。

2.5    考评环节

2.5.1    师评生

加大过程化考核占比，注重学生学习过程，注重综合能力的培养，培养学习的主观能动性。如下表2为师评生考核指标。

2.5.2    生评师

通过无记名的调查问卷形式发放收集学生评价反馈意见，从线上线下课程资源、教师师风、教师教学方法、实践教学内容、是否学有所获、改进意见等方面了解课程改革学生满意度，及时动态调整线上资源和线下教学、实践内容，实现教学闭环、持续改进课程教学，真正体现以学生为中心。如下表3所示为生评师考核指标。

3    课程实施的基本成效与目标达成度

为研究该教学模式的基本成效，在近期选择了同期的两个班级分别实施以注重学生学习能力培养的多课堂协同模式的教学以及以教师为主体的讲—做—练的传统模式教学。课程结束后从学生评价以及学生后续展现出的持续学习的能力等方面进行比对和总结。

1.以学生发展为中心，通过无记名的调查问卷形式發放收集学生评价反馈意见，按五级分制从线上线下课程资源、教师师风、教师教学方法、实践教学内容、是否学有所获、改进意见等方面了解课程教学的学生满意度。图4为两个班级的生评师问卷的部分数据对比，数据表明在多课堂协同模式的班级满意度平均值有较为显著的提升。

2.多课堂协同模式的教学班级学生在授课期间以及后续的专业学习、学科竞赛中的表现以及展现出的对科研的兴趣也有较为明显的提升，多课堂协同模式的教学方式较好地调动了学生的学习积极性和主动性，活泼良好的教学氛围使得学生有较高的兴致参与自主学习、课堂讨论等学习活动中。通过反馈评价，以及在最终的自主实践项目中体现出的绝大部分学生能够更好地利用常用的逻辑芯片独立自主或团队合作完成小型数字系统设计，说明学生基本具备初步的复杂工程实践能力基础。

图5为两个班级的课程培养能力目标达成度的分布图，可以看出两个班级在课程目标达成度上有着较为明显的差异。采用了多课堂协同教学模式的班级，通过精心设计规划教学流程，素质课堂、线上课堂、线下课堂、实践课堂的有机整合，提高了学生的学习兴趣，增强了学生的自主学习能力，最终更具优势地达成了课程教学目标，有效提升学生的创新意识。综上说明基于OBE理念的多课堂协同模式的教学模式实施初见成效。课程授课对象在授课期间以及后续的专业学习、在学科竞赛中的表现以及所展现出的对科学研究的兴趣，反映出在多课堂教学模式的教学活动中同学们已经清晰地认识到主动学习、专业学习、应用创新对未来发展的重要性。

4    结语

基于OBE理念的数字逻辑课程多课堂协同模式的教学模式为适应新时期应用型本科人才培养的需要，努力提高教育教学质量，以OBE 理念为指引，从课程教学目标优化、教学与实践内容的优化、课程考核方法的优化加大过程性考核力度等方面，以素质课堂为基准，持续构建线上课堂，线下课堂以及实践课堂协同应用的教学模式。多课堂协同的教学模式能够有效提升学生的学习兴趣，促进学生的自主学习能力，对学生专业能力和综合素质以及务实的科学态度和创新能力的培养都具备积极意义，在培养应用型高素质人才方面具有积极意义，在工科核心基础课程的建设上具备一定的推广价值。多课堂协同的教学模式旨在有限学时内达到最优化的教学效果［ 12 ］，进一步发掘课程相关教育资源，坚守“为党育人、为国育才”初心使命，更大程度地发挥课堂育人的主渠道作用［ 13 ］。

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Reform and Practice of Multi-classroom Collaborative Mode

of Digital Logic Course Based on the Concept of OBE

LUAN  Lan

（School of Computer and Information Engineering， Guizhou University of Commerce，Guiyang 550061， China）

Abstract：Through applying the OBE teaching concept in the digital logic of the basic course of electronic information， the collaborative application mode of online classroom， offline classroom and practice classroom is constructed based on the quality classroom. Traditional teaching and multi-classroom collaborative teaching are carried out in different classes at the same time respectively. From the correlation analysis of the achievement of course objectives of the two teaching modes， it can be seen that the multi-classroom collaborative mode not only has strong adaptability， but also has more advantages in cultivating students' learning ability， which is conducive to improving students' ability to solve complex engineering problems， and further cultivating students' innovative consciousness and comprehensive quality. Through practical application， the multi-classroom collaborative mode based on OBE concept has positive significance in cultivating applied high-quality talents， and has certain promotional value in the construction of engineering core basic courses.

Key words：OBE teaching concept；multi-classroom collaborative mode；training of practical talents

［責任编辑：郑笔耕］