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基于“学习产出”的“电子实训”课程教学改革


在创新创业的大背景下,作为一所省属普通高校,我校高度重视工程实践环节学生工程实践能力、创新能力和综合素质的培养,深入开展了教学理念、教学模式和教学内容的改革。在“电子实习”实训中,结合我校办学条件和专业特点,引入了“学习产出OBE(Outcomes-BasedEducation)教育理念,解决了“培养学生什么能力,如何培养这些能力,培养的效果如何”的问题。
1、OBE理念
基于OBE的教育模式最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革。美国学者斯派帝(SpadyW.D.)撰写的《基于产出的教育模式:争议与答案》一书把OBE定义为“清晰地聚焦和组织教育系统,使之围绕确保学生获得在未来生活中获得实质性成功的经验。”在OBE教育模式中,学生学到了什么和是否成功远比怎样学习和什么时候学习重要。西澳大利亚教育部门把OBE定义为:“基于实现学生特定学习产出的教育过程。教育结构和课程被视为手段而非目的。如果它们无法为培养学生特定能力作出贡献,它们就要被重建。”在OBE教育模式中,教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想,然后寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标。OBE是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。阿查亚(ChandramaAcharya)指出实施OBE教育模式主要有四个步骤:定义学习产出(Defining)、实现学习产出(Realizing)、评估学习产出(Assessing)和使用学习产出(Using)。这涵盖了戴明环(计划、实施、检查、行动)各要素。
2、“电子实训”的重要性和存在的问题
“电子实训”是我校工科专业的一门公共基础课程,是一门以培养学生基本专业技能、工程综合素质和创新能力的实践课程。我校“电子实习”课程教学已经开展了20多年,2014年将“电子实习”课程划入工程训练中心,并更名为“电子实训”。在传统的“电子实习”教学中,教学理念、教学模式和教学内容存在如下问题:
2.1教学理念落后
师生普遍认为“电子实习”是一门实习课,只是单纯的技能培训,经过几周的训练,完成一个电子小产品就可以交差。在这种教学理念下,教师在教学中重技能训练,轻知识运用;重产品制作结果,轻工艺流程理解;重实践训练,轻能力培养。许多学生只满足自己制作的小产品。这样的教学理念,不利于学生的个人能力和综合素质的提升,忽视了学生在知识、职业技能、团队合作和交流、工程项目运行周期实践等综合素质的培养,导致该课程在学生的能力培养方面收效甚微。
2.2教学模式单一,缺乏创新性
传统的“电子实习”教学,在教师的示范和指导下,学生进行电子元器件认知、电子元器件测量、电路图认知、电路板焊接、电子产品组装和调试。元器件、电路图等全部都是教师预先准备好的,学生只需要“照葫芦画瓢”来完成。这样的教学模式单一、刻板,不利于学生创新能力的培养。
2.3教学内容陈旧,新技术引入不足
传统的“电子实习”内容是:电子元器件基础、常用仪器使用、电子元器件测量、电路板手工焊接、电子产品套件组装、调试。缺乏电路的设计环节、测试环节、更没有引入任何新工艺、新技术。教学内容几十年都没有太大变化,已经远远落后于当前企业的技术发展需求,不利于学生技术能力和职业能力的培养。
3、基于“学习产出”的教学改革与实践
基于以上问题,传统的“电子实习”已经不能满足国家培养创新型人才的需要,所以它需要被重新构建。我们在新开设的“电子实训”实践教学中,吸收“学习产出”教学理念,以CDIO(Convice-Design-Implement-Operate)工程教育模式为基础,结合我国工程教育专业认证要求和发展趋势,进行了探索和二次创新。
“电子实训”课程教学改革主要包括以下几个环节:①引进新设备和新工艺,提升实训环节的软硬件条件。②将我校的工科专业按照专业类别进行分类,不同专业类别,教学内容不同,能力培养需求不同。③建立电子实训课程-能力匹配矩阵。④确定课程的预期“学习产出”,并提出相适应的教学策略。⑤做好课程的“学习产出”评估。
3.1引进新设备和新工艺
近几年来,我校非常重视学生工程实践能力、创新能力和综合素质的培养,在工程训练中心投入大量资金进行软硬件建设。经过几年的建设,电子实训室的软硬件水平获得了质的飞跃。在课程教学中,使用当前主流的仿真软件Multium进行电路仿真;使用电子设计自动化(EDA)软件AltiumDesigner进行电路原理图和印制电路板设计。购置了印制电路板雕刻机、多层板压合设备、孔金属化设备,可以实现最多8层印制电路板的制作。在实训中引入了表面贴装技术(SMT)工艺,从锡膏自动印刷到电路板自动贴片再到回流焊接,学生在实训室就可以体验工业企业电子产品的生产工艺流程。
3.2工科专业分类和课程内容更新
“电子实训”是一门面向全校工科专业的公共基础课程,我校工科专业涵盖了纺织、材料、化工、建筑、水利、电气信息、计算机、机械、物理等学科。不同类别的专业培养目标和能力培养需要不尽相同,为此将“电子实训”课程教学改革和各院系的培养方案建设结合起来。根据不同的专业类型,将我校工科专业划分为电类专业、近电类专业、非电类专业三类,针对不同的专业分类,同时将“电子实训”课程分为A、B、C三类。
电子实训A,为电类专业大三第六学期的学生开设,这些专业的学生具有较好的专业基础和电工电子基本技能。所以在课程中增加了印制电路板制作、锡膏自动印刷、自动贴片、回流焊接等新工艺,以开拓学生视野。还增加了电路原理图设计、印制电路板设计、嵌入式程序设计、模拟电路设计等环节。以项目产出结果为导向,激发学生的主动性和创造力。
电子实训B,为计算机、机电等近电类专业大二第四学期的学生开设,该类学生具有一定的电工电子基础,为此增加了室内照明电路的安装、配线和锡膏自动印刷、自动贴片、回流焊接等电子新工艺。以电子产品生产流程为主线,让学生掌握基本的电工、电子技能,培养学生分析工程实践问题的能力。
电子实训C,为纺织、环化、材料等非电类专业第四学期的学生开设,这些学生学习了“电工学”,对电工电子知识有了初步了解,但缺乏电工电子的实践训练机会。在课程中开设室内照明电路的安装和配线,训练学生的电工基本技能,熟练掌握电器元件的使用,培养学生动手能力和解决日常家庭照明常见故障的能力。
表1 课程能力匹配矩阵

注: 表中阿拉伯数字是根据布鲁姆的教育目标分类法确定的“掌握程度”。
3.3建立课程-能力匹配矩阵
根据CDIO的12条标准,结合我校各院系学生培养方案,我们制定了电子实训的课程-能力匹配矩阵,如表1所示。
3.4预期“学习产出”及相应教学策略
OBE是以预期“学习产出”为中心来组织、实施和评价教育的结构模式。定义学生预期“学习产出”是首要的关键环节。参照欧美经验,布鲁姆的教育目标分类框架是被广泛使用的指南,它提供了描述学生知识、情感和技能掌握程度水平的词汇。
为了实现预期学习产出,所有的教学计划和课程内容都是遵循“回溯式设计”原则,实现完整的匹配矩阵。我们以电子实训A为例来说明课程预期“学习产出”及相应教学策略的设计,如表2所示。
表2 电子实训A 预期“学习产出”与教学策略

注: 表中的数字是根据布鲁姆教育目标分类的方法对应的层次
电子实训A面向电类专业开设,在教学开展过程中,跟据不同学生的特点将课程内容分为两类。一类针对具有较强动手能力的学生(电类专业开设该课程在大三下学期,很多学生已经参加过机器人大赛、电子设计大赛、挑战杯等学科竞赛,具有一定工程经验),经过方案评审,可根据自己的创意进行自拟课题的电子产品设计与制作。另一类针对没有经历过项目开发经验的学生,教师拟定题目,学生进行选择。学生以2人一组的团队开展实训,完成电子产品的方案设计、电路仿真、电路原理图设计、PCB设计与制作,焊接、安装和调试,最后进行课题答辩。
3.5课程“学习产出”评估
评估“学习产出”是OBE教育模式中十分重要的环节。在“电子实训”课程评估中,知识和内容只是手段,重在学生能力测评。评估中不再以单纯的结果为评判标准,而是将形成性评估和总结性评估相结合,重视学生的能力形成和成长。以电子实训A为例进行课程实际产出评测,如表3所示。
表3 电子实训( A) 实际产出评测( 局部)

4、教学改革的实施效果
基于“学习产出”的“电子实训”教学改革方案,我们实施了2年,得到了学生的欢迎和支持,取得了很好的教学效果。
(1)将学生的能力培养作为教学质量的评价保证,真正做到以学生为中心。对于学生个人职业能力、团队合作能力、项目开发能力具有很大的提升。
(2)课程按照预期产出-教学实施-评价产出的闭环模式运行,使得课程的教学策略和教学内容更加灵活和多样化,对于教师的教学创意发挥留有巨大空间。
(3)经过该课程的训练,学生具有了完成完整项目的工程实践能力。在工程训练中心组织参加的中国工程机器人大赛暨国际公开赛、中国机器人大赛、RoboCup机器人世界杯中国赛等学科竞赛中,均取得了优异的成绩。
5、结语
“电子实训”作为一门实践类公共基础课,对于学生工程实践能力、个人职业能力、团队合作和沟通能力、创新意识的培养具有重要的意义。以“学习产出”作为工程实践课程的衡量标准,符合社会和企业对毕业生的能力和素质要求。将国家和社会对学生的能力要求融入教学实践的培养目标之中,对于高等学校培养出国家需要的有用之才具有很好的社会效应。

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