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基于“學習產出”的“電子實訓”課程教學改革


在創新創業的大背景下,作為一所省屬普通高校,我校高度重視工程實踐環節學生工程實踐能力、創新能力和綜合素質的培養,深入開展了教學理念、教學模式和教學內容的改革。在“電子實習”實訓中,結合我校辦學條件和專業特點,引入了“學習產出OBE(Outcomes-BasedEducation)教育理念,解決了“培養學生什么能力,如何培養這些能力,培養的效果如何”的問題。
1、OBE理念
基于OBE的教育模式最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革。美國學者斯派帝(SpadyW.D.)撰寫的《基于產出的教育模式:爭議與答案》一書把OBE定義為“清晰地聚焦和組織教育系統,使之圍繞確保學生獲得在未來生活中獲得實質性成功的經驗。”在OBE教育模式中,學生學到了什么和是否成功遠比怎樣學習和什么時候學習重要。西澳大利亞教育部門把OBE定義為:“基于實現學生特定學習產出的教育過程。教育結構和課程被視為手段而非目的。如果它們無法為培養學生特定能力作出貢獻,它們就要被重建。”在OBE教育模式中,教育者必須對學生畢業時應達到的能力及其水平有清楚的構想,然后尋求設計適宜的教育結構來保證學生達到這些預期目標。OBE是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式。阿查亞(ChandramaAcharya)指出實施OBE教育模式主要有四個步驟:定義學習產出(Defining)、實現學習產出(Realizing)、評估學習產出(Assessing)和使用學習產出(Using)。這涵蓋了戴明環(計劃、實施、檢查、行動)各要素。
2、“電子實訓”的重要性和存在的問題
“電子實訓”是我校工科專業的一門公共基礎課程,是一門以培養學生基本專業技能、工程綜合素質和創新能力的實踐課程。我校“電子實習”課程教學已經開展了20多年,2014年將“電子實習”課程劃入工程訓練中心,并更名為“電子實訓”。在傳統的“電子實習”教學中,教學理念、教學模式和教學內容存在如下問題:
2.1教學理念落后
師生普遍認為“電子實習”是一門實習課,只是單純的技能培訓,經過幾周的訓練,完成一個電子小產品就可以交差。在這種教學理念下,教師在教學中重技能訓練,輕知識運用;重產品制作結果,輕工藝流程理解;重實踐訓練,輕能力培養。許多學生只滿足自己制作的小產品。這樣的教學理念,不利于學生的個人能力和綜合素質的提升,忽視了學生在知識、職業技能、團隊合作和交流、工程項目運行周期實踐等綜合素質的培養,導致該課程在學生的能力培養方面收效甚微。
2.2教學模式單一,缺乏創新性
傳統的“電子實習”教學,在教師的示范和指導下,學生進行電子元器件認知、電子元器件測量、電路圖認知、電路板焊接、電子產品組裝和調試。元器件、電路圖等全部都是教師預先準備好的,學生只需要“照葫蘆畫瓢”來完成。這樣的教學模式單一、刻板,不利于學生創新能力的培養。
2.3教學內容陳舊,新技術引入不足
傳統的“電子實習”內容是:電子元器件基礎、常用儀器使用、電子元器件測量、電路板手工焊接、電子產品套件組裝、調試。缺乏電路的設計環節、測試環節、更沒有引入任何新工藝、新技術。教學內容幾十年都沒有太大變化,已經遠遠落后于當前企業的技術發展需求,不利于學生技術能力和職業能力的培養。
3、基于“學習產出”的教學改革與實踐
基于以上問題,傳統的“電子實習”已經不能滿足國家培養創新型人才的需要,所以它需要被重新構建。我們在新開設的“電子實訓”實踐教學中,吸收“學習產出”教學理念,以CDIO(Convice-Design-Implement-Operate)工程教育模式為基礎,結合我國工程教育專業認證要求和發展趨勢,進行了探索和二次創新。
“電子實訓”課程教學改革主要包括以下幾個環節:①引進新設備和新工藝,提升實訓環節的軟硬件條件。②將我校的工科專業按照專業類別進行分類,不同專業類別,教學內容不同,能力培養需求不同。③建立電子實訓課程-能力匹配矩陣。④確定課程的預期“學習產出”,并提出相適應的教學策略。⑤做好課程的“學習產出”評估。
3.1引進新設備和新工藝
近幾年來,我校非常重視學生工程實踐能力、創新能力和綜合素質的培養,在工程訓練中心投入大量資金進行軟硬件建設。經過幾年的建設,電子實訓室的軟硬件水平獲得了質的飛躍。在課程教學中,使用當前主流的仿真軟件Multium進行電路仿真;使用電子設計自動化(EDA)軟件AltiumDesigner進行電路原理圖和印制電路板設計。購置了印制電路板雕刻機、多層板壓合設備、孔金屬化設備,可以實現最多8層印制電路板的制作。在實訓中引入了表面貼裝技術(SMT)工藝,從錫膏自動印刷到電路板自動貼片再到回流焊接,學生在實訓室就可以體驗工業企業電子產品的生產工藝流程。
3.2工科專業分類和課程內容更新
“電子實訓”是一門面向全校工科專業的公共基礎課程,我校工科專業涵蓋了紡織、材料、化工、建筑、水利、電氣信息、計算機、機械、物理等學科。不同類別的專業培養目標和能力培養需要不盡相同,為此將“電子實訓”課程教學改革和各院系的培養方案建設結合起來。根據不同的專業類型,將我校工科專業劃分為電類專業、近電類專業、非電類專業三類,針對不同的專業分類,同時將“電子實訓”課程分為A、B、C三類。
電子實訓A,為電類專業大三第六學期的學生開設,這些專業的學生具有較好的專業基礎和電工電子基本技能。所以在課程中增加了印制電路板制作、錫膏自動印刷、自動貼片、回流焊接等新工藝,以開拓學生視野。還增加了電路原理圖設計、印制電路板設計、嵌入式程序設計、模擬電路設計等環節。以項目產出結果為導向,激發學生的主動性和創造力。
電子實訓B,為計算機、機電等近電類專業大二第四學期的學生開設,該類學生具有一定的電工電子基礎,為此增加了室內照明電路的安裝、配線和錫膏自動印刷、自動貼片、回流焊接等電子新工藝。以電子產品生產流程為主線,讓學生掌握基本的電工、電子技能,培養學生分析工程實踐問題的能力。
電子實訓C,為紡織、環化、材料等非電類專業第四學期的學生開設,這些學生學習了“電工學”,對電工電子知識有了初步了解,但缺乏電工電子的實踐訓練機會。在課程中開設室內照明電路的安裝和配線,訓練學生的電工基本技能,熟練掌握電器元件的使用,培養學生動手能力和解決日常家庭照明常見故障的能力。
表1 課程能力匹配矩陣

注: 表中阿拉伯數字是根據布魯姆的教育目標分類法確定的“掌握程度”。
3.3建立課程-能力匹配矩陣
根據CDIO的12條標準,結合我校各院系學生培養方案,我們制定了電子實訓的課程-能力匹配矩陣,如表1所示。
3.4預期“學習產出”及相應教學策略
OBE是以預期“學習產出”為中心來組織、實施和評價教育的結構模式。定義學生預期“學習產出”是首要的關鍵環節。參照歐美經驗,布魯姆的教育目標分類框架是被廣泛使用的指南,它提供了描述學生知識、情感和技能掌握程度水平的詞匯。
為了實現預期學習產出,所有的教學計劃和課程內容都是遵循“回溯式設計”原則,實現完整的匹配矩陣。我們以電子實訓A為例來說明課程預期“學習產出”及相應教學策略的設計,如表2所示。
表2 電子實訓A 預期“學習產出”與教學策略

注: 表中的數字是根據布魯姆教育目標分類的方法對應的層次
電子實訓A面向電類專業開設,在教學開展過程中,跟據不同學生的特點將課程內容分為兩類。一類針對具有較強動手能力的學生(電類專業開設該課程在大三下學期,很多學生已經參加過機器人大賽、電子設計大賽、挑戰杯等學科競賽,具有一定工程經驗),經過方案評審,可根據自己的創意進行自擬課題的電子產品設計與制作。另一類針對沒有經歷過項目開發經驗的學生,教師擬定題目,學生進行選擇。學生以2人一組的團隊開展實訓,完成電子產品的方案設計、電路仿真、電路原理圖設計、PCB設計與制作,焊接、安裝和調試,最后進行課題答辯。
3.5課程“學習產出”評估
評估“學習產出”是OBE教育模式中十分重要的環節。在“電子實訓”課程評估中,知識和內容只是手段,重在學生能力測評。評估中不再以單純的結果為評判標準,而是將形成性評估和總結性評估相結合,重視學生的能力形成和成長。以電子實訓A為例進行課程實際產出評測,如表3所示。
表3 電子實訓( A) 實際產出評測( 局部)

4、教學改革的實施效果
基于“學習產出”的“電子實訓”教學改革方案,我們實施了2年,得到了學生的歡迎和支持,取得了很好的教學效果。
(1)將學生的能力培養作為教學質量的評價保證,真正做到以學生為中心。對于學生個人職業能力、團隊合作能力、項目開發能力具有很大的提升。
(2)課程按照預期產出-教學實施-評價產出的閉環模式運行,使得課程的教學策略和教學內容更加靈活和多樣化,對于教師的教學創意發揮留有巨大空間。
(3)經過該課程的訓練,學生具有了完成完整項目的工程實踐能力。在工程訓練中心組織參加的中國工程機器人大賽暨國際公開賽、中國機器人大賽、RoboCup機器人世界杯中國賽等學科競賽中,均取得了優異的成績。
5、結語
“電子實訓”作為一門實踐類公共基礎課,對于學生工程實踐能力、個人職業能力、團隊合作和溝通能力、創新意識的培養具有重要的意義。以“學習產出”作為工程實踐課程的衡量標準,符合社會和企業對畢業生的能力和素質要求。將國家和社會對學生的能力要求融入教學實踐的培養目標之中,對于高等學校培養出國家需要的有用之才具有很好的社會效應。

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