基于OBE的“模拟电子技术”课程改革

陈乐珠 陈丽雅 陈昌文

(汕尾职业技术学院 海洋学院, 汕尾 516600)

电子信息类专业是制造“中国芯”的核心专业,“模拟电子技术”课程是电子信息类专业的专业基础课程,课程覆盖面广,知识点多,实践性强,应用面宽。在新工科建设“十百万”计划建设背景下,对工科课程建设提出了更高的要求[1]。“模拟电子技术”课程传统的教师讲授为主的教学方式,已难以达到新工科对人才培养目标的要求。如何对该课程进行教学改革,以满足新工科培养工程人才的需求,是目前亟待解决的问题[2]。为了提高教学质量,改善教学效果,适应新工科人才培养需求,设计了基于OBE理念的“模拟电子技术”教学方法,设计的教学方法依托信息技术超星学习通平台+虚拟仿真软件MultiSim,搭建虚实深度融合的教学场景,打破传统的工科高职教师讲授为主的教学模式,两年的实践结果证明,此种教学模式改善了教学效果,提高了人才培养质量。

1 OBE教育理念与新工科人才培养

近些年,OBE(Outcome-based Education)教育理念在欧美应用较为广泛。它是一种基于学习成果产出的教育模式,其将学习成果作为教育过程当中重要构成部分,学生在整个学习过程中,强调每个阶段应有相应的学习成果。该教育理念强调以学生为中心,教师在教学上及评价上促进帮助学生完成学习成果的输出,教师只是指导者和引导者,在整个教学过程重视培养学生的自主学习能力及综合能力,以培养适应社会未来需求的人才[3]。

基于OBE成果导向的职业教育观,规范教与学过程由“目标——动机——方法——评价”的过程形成[4]。

以立德树人为根本依据、社会发展需求的建设理念,培养多元化、创新型卓越工程人才为目标,是新工科的根本要求[5]。传统的学科导向教学模式已经难以达到培养新工科人才的目标。因此,构建适合当前新工科人才培养要求的教学模式尤为重要。

2 基于OBE的课程教学模式构建

OBE理念的教学设计,是一种“逆向”思维教学设计,其“逆向”是指整个教学过程从“需求”开始,该“需求”指的是学科需求及社会需求、用人单位的需求,由社会及用人单位需要什么样的岗位需求,进行职业能力分析,再“逆向”设计教学内容、教学目标、教学设计、教学策略等,尽可能地“满足”学生毕业需要,最大程度保证学生毕业后“学”有所用[6]。OBE教学不同于传统教学,传统教学更注重于学科需求,在一定程度上忽略了教学的最终目的应该是以成果输出为导向的,为了外部需求而服务的,近些年来,毕业学生多次反馈课堂上学的知识多而不精,工作后发现多年所学知识多为“无用功之处”,究其根源,传统的教学,确实存在着以下不足之处:

(1)教学内容的孤立性。课程内容多,学时少,传统教学“模拟电子技术”主要从独立的元器件进行讲授,前后知识点关联性小,应用场合单一,与就业需求无挂钩。

(2)教学目标的错位性。预备知识多,学生基础参差不齐,传统教学集中讲授理论知识,注重学科要求,学生缺乏独立思考训练,难有创新思维能力的培养,学生单方向接受知识,无法达到新工科教育的培养目的[7]。

(3)教学手段的单一性。教学手段单一,强调以教为主,填鸭式灌输学科知识,理论知识与实验课分开,课中使用PPT教授知识点,无法调动学生的学习热情,学生被动学习,教学效果一般。

(4)评价方法的滞后性。评价方法缺乏激励机制和实时检测机制,仅在结课时给出课程考核结果,难以检测学生学习过程的每一环节,难以及时发现学生在学习中遇到的问题,难以激励学生主动学习。

为了解决“模拟电子技术”传统教学方法存在的不足,基于OBE教学理念,分别从教学内容、教学设计、教学目标、教学策略等进行改革与实践。

2.1 基于OBE的教学内容整合

遵循OBE理念原则,对“模拟电子技术”课程的教学内容进行整合,首先对电子信息专业的岗位需求进行剖析,并由分析得知“模拟电子技术”课程在电子信息专业人才培养中主要面向电子、电气行业,从事电子、电气设备生产、安装、调试与维护、管理和技术服务等工作岗位,依据国家职业能力标准,主要培养学生的电子电路分析、安装、调试以及电子产品设计和开发创新能力,接着通过职业能力分析,对传统教材学科内容进行任务分解,确定教学知识点以及专项能力要求,并根据能力要求整合课程内容,把零散的知识点整合为两个教学模块,分为基础应用模块及综合应用模块,每个模块分若干项目,以工作任务为中心组织课程内容,注重过程性知识,任务设计突出对学生实操能力的训练,注重培养学生职业岗位综合素质。其教学内容整合如图1所示。

图1 基于OBE的教学内容整合

2.2 基于OBE的教学设计优化

基于OBE的教学设计理念,通过“逆向”思维设计教学,根据“外需”(岗位需求)——电子产品设计开发的职业能力标准,结合“内需”(学科需求)电子信息工程专业教学标准,制定教学方案、教学目标,对应当下电子信息专业职业岗位能力要求确定教学知识点,把零散的知识点整合为项目化、任务式驱动的教学内容,借助信息化技术超星学习通学习平台与仿真软件MultiSim构建虚实结合、线上线下混合式教学模式进行教学,贯彻“以学生为中心、成果为导向”的教学理念,制定教学策略,明确教学目标,实现工作任务驱动——成果导向要求——学习情境的角色转换,全过程多元化精准的教学评价闭环优化教学方法,其教学设计优化流程图如图2所示。整个教学设计突出以学生为中心,让学生明白最终要学会什么,应该做什么,怎么做,怎样做得更好,锻炼了学生独立思考及创新能力,情境的角色转换培养了学生的工匠精神。

2.3 基于OBE的教学目标确立

根据OBE成果导向的教学理念,其教学目标如何体现OBE呢?①侧重于学生所学的知识能做什么,需增大能力目标的比例;②强调以学习者行为为主的学习目标,以Bloom(布鲁姆)认知能力分类;③学生以学为本,以学习结果目标为主;④重视目标与测评的契合度,保障目标可测评度。在“模拟电子技术”课程教学大纲中,传统教学与OBE理念的教学目标的区别如表1所示,在表1中可以得知,OBE理念教学目标更注重以学生为主体,将教学目标分为知识目标、能力目标、情感目标等;而传统教学中的教学目标强调以教为主,要求学生掌握相关的学科知识。

2.4 基于OBE的教学策略构建

基于OBE成果导向教学设计方法,注重在教学过程中完成学生主要的学习活动,关注学习成果输出,并以此为导向,依托信息化技术超星学习通平台+虚拟仿真软件MultiSim,搭建虚实深度融合的教学模式,以学生为中心,由教师布置的“任务”为驱动,将引导学生进行理论知识学习,培养学生自主实践能力,在整个教学环节中,协同课程内容全过程开展课程思政,逐渐提升了学生的职业综合素质,形成全员全过程全方位育人局面。所有的课程内容及教师布置的“任务”都在实训室和实训基地完成,做学合一,实现理论与实践一体化,每个任务都包含“教”与“学”两个方面。基于OBE的教学策略如图3所示。

图3 基于OBE的教学策略

3 基于OBE的教学实施

3.1 基于OBE的教学实施方法

借助信息化技术超星学习通平台开放线上教学课程,采用混合式教学模式,通过课前的线上自主预习,拓展了学生的学习时间与空间;使用超星学习通的课堂活动工具提前向授课对象发布调查问卷,调查学生学情,掌握学生基本情况,定制小组学习,为课堂教学的实施做了充足的准备。

在任务实施过程中,融合课程思政,布置需要协作才能完成的任务,培养学生团队合作精神;布置需要细心操作的实践练习任务,培养学生大国工匠精神;布置具有挑战性的任务,培养学生开拓创新能力。

3.2 教学实施过程

以该课程基础模块一项目1直流稳压电源的设计与制作为例,参照职业能力标准分析,学生通过学习该任务后需掌握常用元器件的识别与检测能力、电子元器件焊接能力、电路安装与仪表使用能力、电路综合分析能力、常用的仪器与仪表使用能力等,教师明确岗位要求,罗列工作任务清单;在新工科背景下,基于OBE教学理念,采用资源开放混合式教学模式,完成整个教学实施过程,教师课前已将任务书、微课短视频等学习资源上传到超星学习通平台,学生课前预习接收任务书,完成课前预习测试题,并提交预习时的问题,教师通过课前测试及预习问题掌握学生情况,适当调整教学策略,整个基本思路为成果五阶递进法。

1)情景引入,任务分析

教师通过生活中常用的手机电源适配器、移动直流电源的应用场景,引导学生思考分析任务,设计问题思考:如何将市电电压转换成直流电压?转换的直流电压是否可直接用于手机开关电源适配器?通过生活中的生活场景,激发学生思考及学生学习兴趣,明确学习目标,教师引导学生分析任务。

2)分组讨论,协商设计

教师向学生发布任务后,组织学生分小组进行讨论设计直流电源电路原理图,逐一完成任务清单内容;教师巡堂,随时回答学生实施过程中遇到的问题,对任务实施的重点、技术关键要领进行讲解,必要时进行有效示教。

3)虚拟仿真,课中互动

该仿真实验使用MultiSim仿真软件进行电路原理图仿真,学生能通过使用MultiSim仿真软件,可以更好、更快地把刚学的理论知识用该仿真软件真实地再现出来,验证其设计是否合理。如仿真结果不理想,可用该仿真软件修改元器件参数对理论结论进行验证,小组之间对比各组设计的原理图及仿真结果,挑选最优设计,讨论总结元器件参数带来的影响,学生在虚拟仿真实验过程中不断地调整电路设计并总结,不断地激发思考,巩固了理论知识,锻炼了合理选用元器件的能力、钻研能力、团队合作能力。教师选择其中一组的仿真电路图进行点评分析,并将正确的电路原理图通过超星学习通信息技术平台发布给学生,其电路原理图如图4所示。

图4 直流稳压电源原理图

该电路为可调型的直流稳压电路,是一种典型的直流稳压电路,虚拟仿真实验实施为该课程项目一的重点难点内容,可将该电路原理图拆分三部分逐一完成:①整流电路性能测试,用MultiSim软件画出变压和桥式整流电路部分,通过调整变压器T1的耦合参数来获得不同的变压器二次电压,加入负载R1测量二极管桥式整流电路的输出电压,其波形分析结果如图5所示;②滤波电路性能测试,用MultiSim软件画出变压、桥式整流电路、电容滤波部分,观察其波形,并分析结果,如图6所示;③稳压电路测试。在图6电路的基础上加稳压电路部分,改变可调电阻R3的大小,经过三端集成稳压电路后的电压,如图7、图8所示[8]。

图5 二极管桥式整流电路仿真图

图6 整流滤波电路仿真图

图7 R3调到0%时,稳压电路仿真图

图8 R3调到100%时,稳压电路仿真图

学生通过以上步骤完成虚拟仿真实验,电路原理图由简单到复杂,学习不仅掌握了可调直流稳压电路的原理,还掌握了MultiSim软件的使用,学会了使用示波器看图形,教师顺势推导该电路输出电压公式Uo≈1.25*(1+R3/R2)帮助学生理解为何R3的不同引起了输出电压不同。

4)实物调试,互相点评

各小组之间完成的直流稳压电源产品的实物与调试,并进行课中展示,学生之间完成自评与互评,以正视自己的不足,共同促进进步。在此环节中,考察学生是否掌握元器件识别及检测、基本元器件的焊接、电路安装方法是否正确、电路综合分析及调试方法、仪器仪表的正确使用方法等,在调试过程中发现问题,教师从中组织思考问题、分析问题,指导学生将实物测试得到的测试数据与理论数据对比得出结论,整理任务报告。

5)总结点评,课后拓展

小组之间完成的实物成果及实验报告在课中进行展示,并互评互长;教师对学生任务完成的情况进行点评,检验各小组完成的直流稳压电源的设计与制作的项目成果,分别对小组团队合作表现、电路板实物焊接、实验过程中的操作规范性、整洁素养安全意识等进行一一点评,指出实际工作岗位上会出现的问题及应对方法,总结课程内容的重难点,并提出与本课内容相关的拓展延伸任务,作为学生课下作业,让学生思考;与此同时,教师可实时查看超星学习通信息技术平台上的学生学习成果达成度,实现实时闭环反馈,及时调整下次教学策略及教学进度,从而达到了最佳的教学成果。

如图9所示,基于OBE的教学实施过程打破了满堂灌输理论知识的传统教学模式,学生在课前已经明确了该次课需要完成哪些具体任务,变得更“忙”,忙于“动脑”“动手”“动口”,从被动变为主动,明确了学习目标及任务,激活了学生的思维创新能力、提高学生动手能力、表达能力等。

图9 基于OBE的教学具体实施过程图

3.3 教学考核评价

基于OBE的教学考核评价,不是单纯地从期末考试评价教学效果,而是学生整个学习过程以及学习阶段课程设计验收及期末理论考试等相结合进行全面评价[9-11]。具体的考核指标如表2所示,在高职教育中,侧重学生的技能学习而非理论学习,因此,在表2中,期末理论考试的占比将会大大缩减,只有课前预习测验占5%与课后测验占5%,总共10%;另外,高职院校的学生经过课前的调研学情可得知,学生热衷于实操课,将“模拟电子技术”“理-实”课程转为“理实一体化”课程,考核评价为全过程考核评价,所以将课中实验提高至50%,为了验证OBE成果导向教学效果,在该课程中增加课程设计作为关键的考核内容,该考核内容以小组形式完成,除了可以提高学生的自主创新能力,还可以培养学生团队合作精神,占比为25%,所有的评价分数均提交于超星学习通平台教学信息化平台,方便数据统计及管理。

表2 基于OBE教学的课程考核指标

3.4 教学实施成效

从超星学习通平台导出2019级电子信息工程2班学生2020年上半年学习本课程的访问统计图,如图10所示。从曲线图10可以得出,该教学改革有效地调动了学生的学习主动性和自学能力,学生能主动完成课前预习及课后复习,学习通平台上的教学资源永久有效,只要学生遇到本课程上的问题,可再进行该课程查找相关的教学资料。使用学习通课堂互动平台工具,布置作业及发布问题讨论,培养学生查缺补漏的能力,团队互助的意识,形成了良好的课堂氛围,在线工具可形成详细、可参考的教学过程性数据,学生可通过该平台更加了解自己的知识掌握情况,从MultiSim软件仿真到实物制作到最后笔记总结,课程设计等作品视频都可自行永久查询。

图10 学生访问学习通平台曲线图

2020年以来,该课程秉承基于OBE成果导向的教学理念,多次参加省、校级教学大赛,获奖5项;通过改革后,学生积极完成课程设计,教师团队积极引导学生综合运用所学到的知识与技能,从而锻炼学生的创新训练意识。近两年来,通过该课程改革培养出来的学生积极各类项目、专业比赛等覆盖占30%,获得省级以上奖项30余项,学生通过课程设计到项目设计、专业比赛等活动,自身的创新动手能力充分得到提升,提高了人才培养质量。

4 结语

在新工科建设的背景下,高职教育教学必须不断升级,才能培养出更多能与社会相适应的人才[12-13]。基于OBE教学理念,依托信息技术超星学习通平台+虚拟仿真软件MultiSim,搭建虚实融通的混合式教学场景,改革课程考核评价方式,丰富了教学资源,提高了教学效率,促进了学生学习热情,细化过程性评价及课程设计评价比例的提升,带动了学生的学习积极性,改善了学生学习团队协调沟通能力,体现了“以学生为中心”的教学目标,取得了良好的教学效果。