摘要:為了培養(yǎng)高素質(zhì)工程型應(yīng)用人才,將OBE-CDIO工程教育模式引入電路課程教學改革。該模式借鑒OBE理念進行宏觀的教學模式改革,根據(jù)行業(yè)對畢業(yè)生素質(zhì)的要求反向設(shè)計,制定教學目標,構(gòu)建漸進式教學過程,設(shè)計多元化成績評價體系;采用CDIO模式設(shè)計微觀的教學過程,建立以基礎(chǔ)知識為起點、能力培養(yǎng)承上啟下、創(chuàng)新意識和工程意識樹立為最終目標的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。教學實踐表明,該模式提升了學生的學習積極性,提高了學生的工程和創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞:工程教育;OBE;CDIO;電路課程
引言:
2017年2月以來,教育部積極推進新工科建設(shè),先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”。[1]新工科建設(shè)的過程,是全球化背景下,人才、產(chǎn)業(yè)、社會等各方需求對專業(yè)的培養(yǎng)目標、能力指標、課程體系、教育方式等發(fā)生影響并重構(gòu)的過程。新工科教育培養(yǎng)的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強的高素質(zhì)復合型人才。這就要求現(xiàn)有的培養(yǎng)模式在注重通識教育的基礎(chǔ)上,加強學生工程實踐技能培養(yǎng),提高學生的動手能力、工程設(shè)計能力;搭建知識拓展的平臺,提高管理能力和協(xié)同創(chuàng)新能力,培養(yǎng)綜合素質(zhì)高的人才。
成果導向(OBE,Out-based Education)教育模式通過分析學習者學習后能夠達到的最大能力(學習成果),采用反向設(shè)計、正向支撐的思路,基于學習成果構(gòu)建課程體系、確定教學策略、制定評價標準。成果導向的工程教育強調(diào)培養(yǎng)目標與培養(yǎng)過程的高度統(tǒng)一,能夠有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。[2-3] CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate),它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預(yù)定目標。[4-5]可見,OBE是一種以人才需求為出發(fā)點,以學習成果為導向的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式;CDIO是一種通過對問題進行探究,從中獲得知識和技能的課堂教學組織模式。OBE是工程教育理念,CDIO是具體實施方式,將兩者相結(jié)合,有助于提高學生的動手能力和創(chuàng)新意識,培養(yǎng)出社會經(jīng)濟發(fā)展所需要的應(yīng)用型技術(shù)人才。
《電路》是電力電子、通信、自控等專業(yè)極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,雖然其教學理論和教學方法已經(jīng)非常成熟,但在新工科教育改革的大背景下,《電路》課程教學仍然存在以下問題:1. 教學模式單一。大多采用“填鴨式”灌輸?shù)慕虒W方法,教師試圖將知識“復制”到學生腦中,導致學生學習興趣低下。2. 理論與實踐脫節(jié)。本課程數(shù)學公式多、教學中偏重于解題的數(shù)學技巧,學生雖然獲得了知識,但沒有將知識內(nèi)化為實踐能力。3. 實驗環(huán)節(jié)設(shè)計不合理。實驗大多為驗證性實驗,實驗平臺為實驗臺或?qū)嶒炏?。在實驗中,學生往往機械地模仿實驗手冊操作,并不能實現(xiàn)對動手能力的培養(yǎng)。4. 考核內(nèi)容單一。考核內(nèi)容為電路參數(shù)的解題技巧,但對于工科學生而言,實踐能力和工程素養(yǎng)往往比片段化的知識更為重要,但這些在傳統(tǒng)的考核中很難被量化。5. 忽視課程之間的關(guān)聯(lián)度?!峨娐贰分嘘P(guān)于含運算放大器電路部分,和《模擬電子線路》中集成運放的知識重疊,動態(tài)電路的沖激響應(yīng)、階躍響應(yīng)及信號頻域、復頻域分析部分又和《信號與系統(tǒng)》的課程知識重合。如果不能與相關(guān)課程進行整合,就破壞了知識的連貫性,讓學生“只見樹木,不見森林”。[6]
為了解決上述問題,將OBE-CDIO教學模式引入《電路》課程教學改革,對課程的教學目標、教學內(nèi)容、教學設(shè)計、實驗設(shè)計和考核方式進行全面的改革和探索,以提高課程教學效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量,促進專業(yè)發(fā)展。
一、基于OBE-CDIO模式的教學改革總體思路
《電路》教學改革的總體思路為:
(一)運用OBE理念構(gòu)建課程體系
采用反向設(shè)計、正向支撐的思路,對課程的教學目標、教學內(nèi)容、教學設(shè)計、實驗設(shè)計和考核方式進行全面的改革和探索。
(二) 運用CDIO模式進行教學設(shè)計
在具體課程教學設(shè)計中,采用以學生為主體、以電路設(shè)計案例為學習起點,以問題為核心的思路來規(guī)劃學習內(nèi)容、設(shè)計教學過程,讓學生圍繞問題尋求解決方案,讓學生真正成為學習過程的主導者。
詳細教改思路如圖1所示。
(二) 基于OBE理念的課程體系構(gòu)建
(一) 反向設(shè)計,制定教學目標
在課程教改過程中,通過對畢業(yè)生的調(diào)研和用人單位的走訪,基于學習者特性及行業(yè)對畢業(yè)生技能與素質(zhì)的要求,從知識、能力、素質(zhì)三個層面確立《電路》課程的教學目標。表1給出了課程教學目標及其具體實現(xiàn)方法。
(二)構(gòu)建漸進式教學過程
對《電路》傳統(tǒng)教學模式進行改革,包括三個層面:
1:課堂教學模式改革:基于CDIO理念,探索創(chuàng)新教學模式;2:實驗教學方法改革:淘汰實驗箱式實驗?zāi)J?,探索?chuàng)新性、團隊合作性實驗課程的設(shè)計;3. 線下學習方式改革:結(jié)合第二課堂、電子設(shè)計競賽訓練,探索建立貫徹大學四年的課外自主學習和創(chuàng)新實驗體系。
新工科教育強調(diào)培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神,而能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的。為此,采用“知識傳授—能力培養(yǎng)—創(chuàng)新鍛煉”的漸進式結(jié)構(gòu),重新組織教學過程,如圖2所示。
1. 知識傳授階段:這一階段主要在課堂教學時完成,在每個知識單元開始前,首先提出一個設(shè)計任務(wù),以激發(fā)學生的學習興趣。學生會在教學中主動思考哪些知識點可用以實現(xiàn)電路的設(shè)計。
2. 能力培養(yǎng)階段:這一階段主要在實驗課程中完成?;谡n堂教學中獲得的知識,學生在實驗室設(shè)計和制作小型簡單電路,鍛煉動手能力。
3. 創(chuàng)新鍛煉階段:這一階段主要在課程設(shè)計、第二課堂中完成。在實驗課小型簡單電路的基礎(chǔ)上,給出一些具有一定難度的挑戰(zhàn)性設(shè)計課題,將學生分成若干小組,采用組內(nèi)合作、組間競爭的方法,完成電路的設(shè)計、制作和檢測,撰寫設(shè)計報告并進行展示。
(三)設(shè)計多元化成績評價體系
建立基于過程跟蹤和多元指標的成績評價體系,根據(jù)課程進度的不同階段,采用“精確評價”和“模糊評價”、“過程評價”和“結(jié)果評價”、“學習態(tài)度評價”和“學習成果評價”相結(jié)合的手段,針對性的設(shè)計考核內(nèi)容。具體考核方式為:
1. 出勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)評價:這是一種注重學習態(tài)度的過程性評價指標,在課堂教學階段,基于學生的表現(xiàn)給出分數(shù)。如果學生積極參加第二課堂,還可以獲得額外的加分。
2. 項目完成情況評價:在實驗和課程設(shè)計階段,主要考察學生對工程項目和創(chuàng)新實驗的完成程度,采用“組間互評、組內(nèi)自評”的方式。首先由項目完成團隊展示完成作品,由其他團隊打出分數(shù),該分數(shù)為團隊總分;再進行組內(nèi)自評,團隊成員根據(jù)團隊分工和表現(xiàn),互相給出團隊總分分配比例。這種評價方式側(cè)重動手能力和創(chuàng)新意識的評價,有意識地引導學生鍛煉能力、提高素質(zhì)。
3. 期末考試成績評價:這是一種注重結(jié)果的評價方式,但不同于傳統(tǒng)的閉卷考試,允許學生帶一張A4紙的資料。因此引導學生主動歸納、總結(jié)課程知識,同時也將考核重點從知識的記憶升華為分析問題、解決問題的能力。
上述三種考核方式,方式1和2采用模糊評價,根據(jù)學生表現(xiàn)在全班的排名給出等級,占總成績的50%;方式3采用精確評價,占比50%。另外,課程設(shè)計還有單獨的2個學分。課程的考核成績還將成為遴選進入電子設(shè)計競賽團隊的標準。
三、基于CDIO模式的課程教學過程設(shè)計
(一)基于CDIO模型進行項目式教學
基于CDIO思想,采用“任務(wù)驅(qū)動、情境創(chuàng)設(shè)、漸進培養(yǎng)”教學模式,將教學過程分為五個階段:1. 案例導入,展示學習目標;2. 案例為載體,在課堂教學中學習知識,進行構(gòu)思;3. 小組合作,完成電路設(shè)計;4. 展示作品,分享設(shè)計經(jīng)驗;
5. 反饋評價,梳理知識體系。
在課前準備階段,提出設(shè)計要求,讓學生產(chǎn)生主動學習的興趣;在課堂教學過程中,通過實物展示的方式,圍繞項目的實現(xiàn)講解知識點,讓知識變得有趣、具體;在課后,改變傳統(tǒng)的單一通過做題來鞏固知識的方式,引導學生自主動手,完成項目的設(shè)計與實現(xiàn)。
打破傳統(tǒng)的以知識為本位,以教學過程為主線,以教師為中心,以教材內(nèi)容為主題的教學過程設(shè)計思路,根據(jù)工程化教育理念,構(gòu)建以能力為本位,以職業(yè)活動為主線,以學習者為中心,以工程項目為主題的模塊化課程內(nèi)容設(shè)計框架。建立以基礎(chǔ)知識為起點、能力培養(yǎng)承上啟下、創(chuàng)新意識和工程意識樹立為最終目標的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu),圖3給出了第一單元教學內(nèi)容組織圖。
目前,將課程知識點重構(gòu)在11個項目和4個創(chuàng)新實驗中,如表2所示。
四、結(jié)論
新工科背景下的專業(yè)教育是“與未來合作”的工程教育,是高等教育“質(zhì)量革命”的先驅(qū)性、引領(lǐng)性和支撐性力量,是加快推進教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強國、辦好人民滿意的教育的戰(zhàn)略支點?!峨娐贰方虒W改革的實施,獲得了以下的成果:
(一)學生地位主體化
通過在每個知識單元提出設(shè)計任務(wù)的方式,改變了老師講,學生聽的被動學習狀態(tài),讓學生帶著設(shè)計任務(wù)來學習,在探索中主動求知,成為教學過程的主導者。部分設(shè)計任務(wù)還需要《模擬電子線路》、《數(shù)字電子線路》課程知識支撐,這樣就將整個電子工程相關(guān)的專業(yè)課程融會貫通,解決了知識碎片化的問題。
(二)抽象概念具體化
設(shè)計了大量實驗,將抽象的概念轉(zhuǎn)換為實驗現(xiàn)象,以幫助學生更好地理解和掌握各種電路原理和設(shè)計技巧。這些實驗大部分來自實際電氣工程,也能培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。
(四)課堂實驗一體化
通過“知識傳授、能力鍛煉、創(chuàng)新培養(yǎng)”三階段漸進式的培養(yǎng)模式,打通課堂教學、實驗教學和課程設(shè)計,將知識傳授、能力培養(yǎng)和創(chuàng)新意識的鍛煉成為一個整體。同時也改變了傳統(tǒng)實驗教學中學生缺乏動手機會的問題,實驗全部是創(chuàng)新型、設(shè)計型實驗,讓學生既鍛煉了動手能力,也能將理論知識轉(zhuǎn)化為工程意識。
參考文獻:
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[6]陳小玲.新工科背景下《電路理論》課程教學改革與創(chuàng)新[J].科技創(chuàng)新導報,2019,16(14):194-195.
基金項目:2019年度湖南省普通高校教學改革研究項目“工程認證背景下基于OBE理念的《電路》課程教學模式研究與實踐”(20191056)
作者簡介:
孫元(1980-),男,漢族,甘肅武威,博士,湖南第一師范學院信息科學與工程學院,講師,研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。