張 欣

(長春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，長春 130012)

一、引言

成果導(dǎo)向教育(Outcome based education，OBE)作為一種新的教育理念于1981年由Spady等人提出。該理念一經(jīng)提出便很快得到廣泛的重視與認(rèn)可，并已經(jīng)成為美國、英國等國家教育改革的主流理念。美國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)全面接受了這一理念，并將其貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終[1]。2013年6月，我國被接納為《華盛頓協(xié)議》簽約成員，這標(biāo)志著我國開始進(jìn)行與國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證過程。專業(yè)認(rèn)證倡導(dǎo)的主要理念之一即為成果導(dǎo)向理念，強(qiáng)調(diào)專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為向?qū)В?duì)照畢業(yè)生核心能力和要求，評(píng)價(jià)專業(yè)教育的有效性。因此使用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)工程教育教學(xué)的改革，具有現(xiàn)實(shí)意義。

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是長春工程學(xué)院2014版電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案中專業(yè)基礎(chǔ)課之一。該門課程是一門理論與實(shí)踐結(jié)合較緊密的課程，在理論教學(xué)方面，著重于基本理論和基本設(shè)計(jì)方法的講解；在培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力方面，著重使學(xué)生樹立工程觀點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)手段，使學(xué)生具有分析和解決電氣工程相關(guān)領(lǐng)域單片機(jī)控制系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題的能力。

OBE理念強(qiáng)調(diào)關(guān)注“教育產(chǎn)出”即“學(xué)生學(xué)到了什么”，因此《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)模式按照“反向設(shè)計(jì)，正向施工”的基本思路[2]，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的課程大綱，采用匹配的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，對(duì)學(xué)生是否達(dá)成畢業(yè)要求進(jìn)行合理考核，最終還要評(píng)價(jià)課程的達(dá)成情況，并進(jìn)行相應(yīng)的持續(xù)改進(jìn)。基于OBE理念的課程教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的課程教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

二、OBE課程目標(biāo)成果的設(shè)定

根據(jù)應(yīng)用型人才的需求特點(diǎn)和畢業(yè)要求，確定《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的目標(biāo)成果：

目標(biāo)1：熟練掌握單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特性、指令系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點(diǎn)，能夠運(yùn)用單片機(jī)基本理論，恰當(dāng)?shù)乇硎鲭姎夤こ填I(lǐng)域的單片機(jī)控制系統(tǒng)問題。

目標(biāo)2：能夠運(yùn)用單片機(jī)的基本理論，對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并能提出優(yōu)化途徑。

目標(biāo)3：能夠運(yùn)用單片機(jī)的基本理論，根據(jù)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路、編寫軟件程序和進(jìn)行軟硬件調(diào)試，并能根據(jù)調(diào)試結(jié)果不斷改進(jìn)系統(tǒng)性能。

目標(biāo)4：能夠運(yùn)用單片機(jī)工作原理及接口技術(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)合理、可行的實(shí)驗(yàn)方案；能夠正確選用實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的功能模塊搭建硬件平臺(tái)，編寫軟件程序，實(shí)驗(yàn)過程中能安全、規(guī)范地操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備；能夠通過軟硬件調(diào)試不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，從而得出合理有效的實(shí)驗(yàn)成果。

三、OBE課程教學(xué)設(shè)計(jì)

以著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為切入點(diǎn)，以學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)與社會(huì)生產(chǎn)密切結(jié)合為著重點(diǎn)，設(shè)計(jì)多元化多層次的課程教學(xué)體系[3]。

1.第一層次：理論教學(xué)，根據(jù)課程目標(biāo)1、2、3確定三大教學(xué)模塊，即單片機(jī)基本理論、單片機(jī)控制系統(tǒng)分析及評(píng)價(jià)、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。各模塊課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.第二層次：課程實(shí)驗(yàn)。針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生，根據(jù)課程目標(biāo)4確定三個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)成果。突出體現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展這個(gè)教學(xué)理念，在個(gè)性化工程素質(zhì)培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)、啟發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新。

3.第三層次：開展課外科技及創(chuàng)新教育活動(dòng)。包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、大學(xué)生科技競賽和科研項(xiàng)目等方式，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)將課外科技活動(dòng)項(xiàng)目向綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化，從而推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)效果的提高。

四、復(fù)雜工程問題在OBE課程中的體現(xiàn)

解決復(fù)雜工程問題的能力是工程專業(yè)畢業(yè)生必須具備的最基本素質(zhì)[4]。針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程需要實(shí)現(xiàn)使學(xué)生具有識(shí)別、表達(dá)和分析電氣工程相關(guān)領(lǐng)域單片機(jī)控制系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題的能力。

1.必須運(yùn)用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能得到解決。這是中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)界定的“復(fù)雜工程問題”所必須具備的特征，在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程所有4個(gè)目標(biāo)中均有體現(xiàn)。在理論教學(xué)中，必須深入掌握單片機(jī)基本理論，經(jīng)過分析與提煉，才能達(dá)到恰當(dāng)表述、分析和解決電氣工程領(lǐng)域的單片機(jī)控制系統(tǒng)問題，能夠設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟、硬件并完成調(diào)試，并能根據(jù)調(diào)試結(jié)果不斷改進(jìn)系統(tǒng)性能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建、軟件編程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析與記錄等環(huán)節(jié)，需要學(xué)生運(yùn)用深入的單片機(jī)相關(guān)知識(shí)和原理，經(jīng)過深入分析才能得到解決。

2.涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突。在理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試過程涉及多方面的技術(shù)，如單片機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等。尤其在解決單片機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題時(shí)，還需要考慮多方面的工程因素，如所設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的適用領(lǐng)域、環(huán)境氣候、性價(jià)比、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)安全、制作安裝等因素。多種技術(shù)和各因素之間可能存在一定沖突。

3.具有較高的綜合性，包括多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問題?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》課程有1項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——模擬量控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)覆蓋單片機(jī)接口技術(shù)、軟件編程等多項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，圍繞單片機(jī)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)展開，達(dá)到復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)要求。此外，對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求在實(shí)驗(yàn)前預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備給定的功能模塊搭建實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)、編寫實(shí)驗(yàn)程序、預(yù)先使用Proteus軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的軟硬件進(jìn)行模擬仿真調(diào)試，再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在實(shí)驗(yàn)后編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，做好實(shí)驗(yàn)總結(jié)。因此設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)涉及多項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容和多方面技術(shù)，具有較高的綜合性。

五、OBE課程的考核、評(píng)價(jià)及持續(xù)改進(jìn)

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的考核以考核培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握情況和應(yīng)用能力為重點(diǎn)內(nèi)容，包括平時(shí)考核和期末考核兩部分。平時(shí)考核評(píng)價(jià)由作業(yè)、測驗(yàn)(該兩項(xiàng)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1、2、3)和實(shí)驗(yàn)(對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)4)構(gòu)成，分別占平時(shí)成績的30%、20%和50%。期末考核采取閉卷筆試方式，考核內(nèi)容覆蓋課程目標(biāo)1、2、3的全部內(nèi)容。平時(shí)成績、期末成績、總評(píng)成績均采用百分制，在總評(píng)成績中，平時(shí)成績和期末成績所占權(quán)重分別為0.3和0.7。各考核環(huán)節(jié)所占分值、比例也可以根據(jù)教學(xué)需求進(jìn)行調(diào)整。各項(xiàng)考核目標(biāo)分值分配表如表2所示。其中，平時(shí)成績中的實(shí)驗(yàn)考核成績50分，將從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)(20%)、實(shí)驗(yàn)過程(30%)和實(shí)驗(yàn)成果(50%)三方面評(píng)定成績。

表2 各項(xiàng)考核目標(biāo)分值分配表

課程目標(biāo)達(dá)成情況使用課程分目標(biāo)達(dá)成度和課程總目標(biāo)達(dá)成度來評(píng)價(jià)，其公式如式1和式2所示。

(式1)

課程總目標(biāo)達(dá)成度=

(式2)

式1中的目標(biāo)額定分值按表1各目標(biāo)的總評(píng)成績計(jì)算得到。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證要求，將課程分目標(biāo)達(dá)成度和課程總目標(biāo)達(dá)成度目標(biāo)值設(shè)置為0.7。針對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程，以長春工程學(xué)院2018～2019(1)學(xué)期，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)2016級(jí)學(xué)生該門課程成績?yōu)槔?，?jì)算該課程分目標(biāo)達(dá)成度和課程總目標(biāo)達(dá)成度如表3所示。

根據(jù)表3課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算結(jié)果可知，學(xué)生在目標(biāo)3的達(dá)成度為0.65，沒有達(dá)到0.7的預(yù)期目標(biāo)值。分析原因有二：一是期末試卷相關(guān)目標(biāo)3的試題較難；二是單片機(jī)控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)能力是一種綜合能力，不但要求學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)，還要求學(xué)生必須將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，并反復(fù)實(shí)踐，才能真正掌握和提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，因此目標(biāo)3是本門課程的難點(diǎn)?；谝陨显蛱岢龀掷m(xù)改進(jìn)措施：一是在今后的課程學(xué)習(xí)過程中，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)在理論課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中要求學(xué)生自學(xué)和應(yīng)用PROTEUS仿真軟件，這在一定程度上可幫助學(xué)生提高對(duì)單片機(jī)的理解能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，從而提高目標(biāo)3的的達(dá)成度；二是不斷優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，增加系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)例講解，并在課上及課后增加目標(biāo)3相關(guān)習(xí)題的訓(xùn)練強(qiáng)度，從而強(qiáng)化學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。

表3 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)2016級(jí)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程達(dá)成度

六、結(jié)束語

綜上所述：引入OBE理念能夠增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)效性，通過成果導(dǎo)向教學(xué)模式既能夠?yàn)閷W(xué)生搭建起通往成果的發(fā)展平臺(tái)，又能夠讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。引入OBE理念能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的量化，通過計(jì)算達(dá)成度可直觀評(píng)價(jià)學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)成果的內(nèi)涵和個(gè)人的學(xué)習(xí)進(jìn)步，并提出相應(yīng)持續(xù)改進(jìn)措施進(jìn)行有針對(duì)性的課程改革與探索，從而直觀地掌握課程是否符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。