OBE理念的電子工程設計課程改革

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［摘要］基于obe理念的教育教學模式改革對于促進畢業要求的達成，優化課程體系，完善教學設計，改進教學方法，提高教學效果，有著顯著的促進作用。基于OBE理念，電子工程設計課程強化了工程性、系統性、應用性以及非技術因素能力等，使學生在設計方案選擇、單元電路設計、元件篩選、焊接制作、程序設計、系統聯調、報告撰寫、答辯、團隊合作、項目管理等各個方面得到必要的鍛煉。依據訓練內容和專業培養計劃，我們將課程分為兩部分實施，分別是電子工程設計（I）及電子工程設計（II）。五年的實施情況表明，課程改革達成了預期的目標，得到了教育部工程教育認證專家以及本科教學審核評估專家的認可。

［關鍵詞］OBE；電子工程設計；教學改革

OBE理念強調學生“學會了什么”而不是“老師教了什么”，該理念在工程教育領域中獲得了廣泛的認同，美國工程教育認證協會（ABET）就以OBE理論指導開展工程教育認證工作。其主要原因在于OBE理念與工程應用型人才培養要求在很多方面是不謀而合的[1-2]。是否具備可持續和有競爭力的工程能力素質，是衡量學生是否達到畢業要求的一個重要標準。這些年，北京石油化工學院（以下簡稱我校）大力開展基于“OBE”和“以學生為中心”理念的教育教學改革，在國內普通理工科高校工程教育專業認證領域取得了比較突出的成績[3]。

一、電子工程設計課程教學目標及教學任務

（一）課程教學目標電子工程設計課程面向我校電氣信息類多個專業開設，共性教學目標分為三個方面。知識方面：融合已經學過的電路知識和電子知識，掌握項目實施過程中與實際工程相關的知識。能力方面：培養學生分析解決問題的能力，初步具備設計、制作、調試、測試電子系統的能力，實際動手的能力，信息資料的獲取能力，自主學習的能力，文本撰寫能力，以及利用實驗儀器和計算機輔助設計軟件、成本效益分析評估方案的能力[4-5]。素質方面：具有良好溝通交流能力、團隊合作意識，以及小型電子系統設計的工程理論素質。每個專業的畢業要求分別對應有差異性的教學目標。以自動化專業為例，2015年，我校根據工程教育專業認證標準制訂了“面向生產一線的自動化系統工程師”的12項畢業要求，電子工程設計課程支撐了9項二級指標及其下面的22項三級指標，權重系數達到了1.5，如表1所示。

（二）課程教學任務本課程要完成一個小型溫度測量控制系統的設計、制作、調試等全過程。根據訓練內容和專業培養計劃分為兩部分。其中，電子工程設計（I）的主要任務是單元模塊的設計及仿真、印制電路板設計、焊裝工藝訓練、單元電路制作與調試、電路故障的排查解決等。電子工程設計（II）在電子工程設計（I）的基礎上更側重于軟件編程及軟硬件混合環境下的電路調試。完整的系統架構如圖1所示。

二、電子工程設計課程教學設計

基于OBE理念明確課程教學目標及教學要點，反向設計課程教學環節和教學方法，依據教學效果持續改進課程教學。

（一）明確教學要點1.了解產品研發的一般過程和基本方法。使學生知道解決工程問題的切入點在哪里，解決問題都需要哪些環節，每一個環節應該如何開展工作，具備工程實施過程掌控能力。2.培養工程實現的基本技能。使學生具備實現設計目標的基本能力，為更徹底、更高效地解決復雜工程問題奠定基礎。3.培養運用所學知識分析、解決實際工程問題的能力。通過工程經驗的積累，豐富學生的工程思維，使學生在面對復雜工程問題時能夠有自己科學、嚴謹的思考，拿出完整、可行的解決方案。4.培養自主學習能力。通過探究性學習過程，使學生增強自主學習的意識，提高自主學習的能力，為個人知識結構的不斷完善創造條件。

（二）合理安排實訓內容訓練由易到難、由簡到繁，我們根據相關課程的教學運行安排將其分為兩個訓練階段。第一階段的主要內容包括工程項目基本概念、電子工藝基礎知識、電路板繪制、焊接技能、前向通道單元電路設計制作等；第二階段的主要內容包括常用電子仿真軟件學習、嵌入式開發環境學習、后向通道單元電路設計制作、系統調試等。學生逐一完成電路的設計、焊接、調試，并替換教學模板中相應的單元，保證系統仍能正常運行，直到替換完全部系統。

（三）嚴格考核任務完成情況對于每一項任務，都有明確的設計要求，嚴格把關，確保實訓項目的進度。針對直流穩壓電源模塊，確定電源電路的方案及明確所定電路各個組成元件的作用；針對信號調理模塊，強化傳感器的選擇以及調理電路的設計；針對模數轉換模塊，可選傳統AD集成電路器件或由軟件編程實現（對應TIMSP430）；針對數模模塊，需考慮前后級指標的要求；針對顯示單元模塊，可選擇數碼管、字符型LCD或OLED。每一單元進行電路設計后，可以組織學生按組評講方案，使學生在了解不同實現方案的同時拓寬知識面。仿真及焊接制作、調試完成后，必須要用標準儀器設備進行實際測量，標定誤差[6-9]。

三、課程實施環節

開課之初即在任務書中明確本課程應達到的能力目標，以及為實現這些能力目標所采用的教學方式及考核評價標準，使學生心中有數，做到每天有任務、有訓練、有思考、有總結。課程教學全程在實驗室進行，參考項目管理的模式組建團隊，兩人一組，分工協作，依據各階段任務完成的情況以及成員的角色執行情況給出小組成績和個人成績。第一學期完成測溫系統（包括直流穩壓電源模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、控制模塊、顯示模塊、測溫程序等）實驗，第二學期完成控溫系統（D/A轉換模塊、按鍵模塊、驅動模塊、控溫程序）實驗。單元電路模塊的設計與制作中要求學生根據設計方案，自行完成單元電路設計，完成焊接。基于C語言的單片機調試環境進行練習時，要求學生能熟練掌握調試環境的安裝、設置。編寫基于C語言的調試程序時，要求學生能根據單元電路和系統電路的功能指標編寫基于C語言的單片機程序。單元模塊電路和系統電路調試指標要求學生能完成軟硬件聯調，滿足各項設計要求。在數字顯示形式上，有數碼管、字符型LCD等形式或者使用OLED顯示模塊。單片機控制模塊可以采用51單片機或者Msp430口袋機。

四、電子工程設計課程具體教學進程

（一）電子工程設計電子工程設計（I）教學進度安排1.工程基本知識（2學時）。2.電子元器件和工藝基本知識（2學時）。3.電子系統的基本設計方法（2學時）。4.Multisim仿真軟件的訓練（6學時）。5.印刷電路板的制作和電路焊裝技能訓練（12學時）。6.電源板、變送器、A/D單元電路的設計、答辯（12學時）。7.單元電路硬件實現（36學時）。8.系統統調、答辯（6學時）。9.筆試（4學時）。10.報告撰寫及答辯（8學時）。

（二）電子工程設計電子工程設計（II）教學進度安排1.D/A單元電路的設計、答辯（12學時）。2.D/A單元電路硬件實現（36學時）。3.Keil和IAR開發調試環境訓練（2學時）。4.基于C語言的單片機基本操作訓練（4學時）。5.軟硬件系統統調、答辯（24學時）。6.筆試（4學時）。7.報告撰寫及答辯（8學時）。

（三）考核及評分標準總成績采用百分制，針對每個考核環節，制訂以相關教學要點實現程度為目標的考核評分標準。1.考核環節常用電子儀器設備及仿真軟件的使用（10%）、軟硬件驗收（60%）、答辯（10%）、報告撰寫（10%）、團隊合作及過程性考核（10%）。2.評分標準對每個考核環節，制訂以課程目標實現程度為依據的考核評分標準。以電子工程設計（II）報告撰寫為例，圍繞單片機控制模塊、鍵盤顯示模塊、D/A模塊、電子系統聯調步驟和方法、電子系統故障檢測與排除、體會與思考、致謝等幾個部分進行撰寫。同時對每組報告嚴格評審并給分，如表2所示。

五、課程改革的創新點

我們構建了以工程能力為導向、以實際應用為背景、以工程技術為主線的電子工程設計綜合訓練體系，通過將工程項目模塊化，使所有學生都能夠以近似于真實工程項目開發的方式完成全過程，有效地培養了學生的工程能力素質，提高了他們的綜合應用能力和實踐創新能力。我們基于OBE理念明確課程教學目標及教學要點，反向設計課程教學環節和教學方法，依據教學效果持續改進課程教學。我們對課程進行了針對性、精細化開發，使之能夠體現實踐能力培養過程中知識的完整性、系統性和連續性，知識與能力相結合、指導性教學和自主性學習相結合，使學生對知識不斷地理解、應用、反思、再理解，在較短時間內達到最佳效果。我們將專業培養標準、教育實現方式和課程教學實施效果相關聯，建立了一整套全新的基于畢業要求能力指標的實現矩陣和考評標準，實踐表明，這種以能力指標達成度進行課程評價的模式真實、準確、可操作性強，符合工程教育專業認證的要求[10]。

六、課程改革教學效果評價

自2015年6月至今，本課程教學新模式已在自動化、通信工程、計算機等3個卓越工程師試點專業的5個年級、40個班級進行了實施，效果良好。根據不同的課程目標達成度數據分析，實施該課程教學新模式的專業在電子工程設計能力方面遠遠超過了沒有實施該課程教學新模式的專業，具體表現在學生的工程素養、自主學習能力得到較大提升，團隊合作精神、組織協調能力、報告撰寫能力得到了有效的提高，教師隊伍自身的工程素質和能力也得到了鍛煉，同時還有效地促進了學生對專業課程的學習，也對課外科技活動以及考研、就業等提供了非常大的幫助。我校在自動化專業和計算機專業的工程教育專業認證中，得到了認證專家的高度認可，課程教學改革的一些資料還被專家帶回他們的學校做課程建設參考。正是因為這良好的教學效果，我校2018版新的培養方案將本課程作為信息工程學院全部7個專業的必修課程。學生在報告的收獲與體會部分普遍提到，在電子工程設計訓練過程中，發現以前學的很多知識在動手操作的過程中都立體豐富了起來，解決問題的思路也由單一分析逐漸向系統分析轉變。學生最大的收獲并不僅僅是所學的知識本身，而是在獲取知識的過程中所學到的分析問題和解決問題的方法，以及鍛煉出來的那種無論什么時候都能夠積極自信地直面問題、解決問題的態度。

［參考文獻］

［1］張霞，胡建元.基于OBE理念的人力資源管理專業實踐教學體系設計［J］.實驗室研究與探索，2018（6）：227-231+263.

［2］海鶯.基于OBE模式的地方工科院校課程改革探析［J］.當代教育理論與實踐，2015（4）：37-39.

［3］周春月，劉穎，張洪婷，等.基于產出導向OBE的階梯式實踐教學研究［J］.實驗室研究與探索，2016（11）：206-208+220.

［4］王立國，翟玉文，艾學忠，等.開設“電子設計”課，構建和完善電類專業實踐與創新能力培養體系［J］.吉林化工學院報，2005（6）：9-11.

［5］李悅.“任務驅動”教學法在電子技術課程教學中的應用研究［D］.上海：華東師范大學，2016.

［6］鄧開連，劉浩，張永芳，等.電子設計競賽培訓系統構建的探索［J］.實驗室研究與探索，2016（8）：221-223+276.

［7］司農，張印春，賈克斌，等.綜合設計性工程訓練課程考核方式的改革和探索：以“電子工程設計”課程為例［J］.教育教學論壇，2015（17）：138-139.

［8］伍剛.電子設計綜合實訓課程體系改革與實踐［J］.攀枝花學院學報，2014（4）：86-88.

［9］孟祥霓，白霄麗，張強.電子設計綜合實訓教學體系的改革與實踐［J］.實驗技術與管理，2011（2）：129-130+150.

［10］藍波，王志秀，徐文星.電子工程設計綜合課程改革與實踐［J］.實驗室研究與探索，2015（5）：203-206.

作者：張曉燕 張路綱 藍波 單位：北京石油化工學院