張 晨

(南京理工大學(xué)紫金學(xué)院,江蘇 南京 210023)

0 引言

OBE(Outcome-based Education)成果導(dǎo)向教育,以學(xué)生為中心,關(guān)注學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程后能獲得怎樣的學(xué)習(xí)成果[1]。我國(guó)在《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015)》中體現(xiàn)了對(duì)OBE教育理念的認(rèn)可[2]。OBE要求將人才培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到教師的教學(xué)設(shè)計(jì)中,對(duì)最終的產(chǎn)出結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià),并以評(píng)價(jià)反饋機(jī)制持續(xù)推進(jìn)教學(xué)改革。采用OBE 理念探索教學(xué)改革,將有助于高校開(kāi)展課程建設(shè)工作并提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

虛擬儀器技術(shù)采用圖形化編程軟件Labview,結(jié)合硬件采集卡等設(shè)備,完成信號(hào)的采集、分析、處理、輸出等內(nèi)容,廣泛應(yīng)用于工程檢測(cè)、航空航天、軍事科技等與電子信息類技術(shù)相關(guān)的測(cè)量、控制領(lǐng)域,有很強(qiáng)的實(shí)用性[3]。因此,本文采用OBE理念指導(dǎo)“虛擬儀器技術(shù)”教學(xué)改革,以學(xué)生為中心,關(guān)注學(xué)習(xí)效果,對(duì)培養(yǎng)行業(yè)所需的合格畢業(yè)生有重要意義。

1 “虛擬儀器技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)教學(xué)方式以“教師為中心”。學(xué)生在教室完全處于聽(tīng)講狀態(tài),看教師演示編程,課后容易忘記,再將書(shū)本翻開(kāi)對(duì)照操作,效率不高。如果遇到編程基礎(chǔ)問(wèn)題再得不到及時(shí)解決,學(xué)生又比較容易放棄。傳統(tǒng)教學(xué)方式忽略了對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較單一,實(shí)踐環(huán)節(jié)欠缺。實(shí)驗(yàn)以軟件為主,按指導(dǎo)步驟完成即可,缺少綜合課程設(shè)計(jì),未能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性展開(kāi)實(shí)踐訓(xùn)練,沒(méi)有發(fā)揮課程對(duì)學(xué)生綜合能力的提升作用,影響后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)和專業(yè)實(shí)踐。

考核方式以卷面考試為主。雖然考核過(guò)程已將考勤、課后作業(yè)及實(shí)驗(yàn)作為平時(shí)分參與總成績(jī)計(jì)算,但占比較低,學(xué)生關(guān)注的是最后的考卷,忽視了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程,這樣的方式不利于對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力及綜合素質(zhì)做出客觀評(píng)價(jià)。

2 基于OBE理念開(kāi)展教學(xué)改革

虛擬儀器是一門(mén)綜合知識(shí)多、實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課,教學(xué)過(guò)程中需要改變針對(duì)教材講課的傳統(tǒng)思路,轉(zhuǎn)而思考如何讓學(xué)生滿足畢業(yè)要求,采用OBE理念反向進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),從以下3方面進(jìn)行改革。

2.1 明確學(xué)習(xí)目標(biāo),合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合專業(yè)特點(diǎn),從畢業(yè)要求及就業(yè)需求出發(fā),明確學(xué)習(xí)目標(biāo),使學(xué)生通過(guò)虛擬儀器技術(shù)課程的學(xué)習(xí),能夠完成信號(hào)的采集、分析與處理,結(jié)果的輸出與顯示,使學(xué)生具備工程意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作、溝通能力。教學(xué)內(nèi)容劃分為兩大部分,一是軟件設(shè)計(jì),主要包括基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)和信號(hào)處理兩方面,課程有程序結(jié)構(gòu),基本數(shù)據(jù)類型,變量,文件操作,圖形顯示,程序調(diào)試、子VI設(shè)計(jì),信號(hào)的產(chǎn)生、時(shí)域及頻域分析,數(shù)字濾波器,串行通信及網(wǎng)絡(luò)通信；二是硬件采集,主要包括:數(shù)據(jù)采集,總線接口技術(shù)。根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)效果,將32學(xué)時(shí)的理論課主要安排為軟件設(shè)計(jì)授課,最后2學(xué)時(shí)為硬件采集,之后為基于硬件采集卡的實(shí)驗(yàn)課,學(xué)期結(jié)束前安排一周的課程設(shè)計(jì)。作為上位機(jī)與單片機(jī)等進(jìn)行串口通信的內(nèi)容將在課程設(shè)計(jì)中采用自學(xué)方式進(jìn)行。

2.2 以學(xué)生為中心,更新教學(xué)方式

OBE理念關(guān)注以學(xué)生為中心,不是學(xué)生學(xué)過(guò)什么,而是學(xué)生可以做什么。“虛擬儀器技術(shù)”是一門(mén)應(yīng)用型較強(qiáng)的課程,重點(diǎn)不在理論知識(shí)推導(dǎo),而是編程實(shí)現(xiàn)。課內(nèi)的學(xué)時(shí)有限,而課外的學(xué)習(xí)無(wú)限。根據(jù)課程特點(diǎn)對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行以下三方面的改革。

2.2.1 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)

第一節(jié)理論課,教師從采用虛擬儀器技術(shù)完成的工程項(xiàng)目、全國(guó)虛擬儀器大賽的獲獎(jiǎng)作品、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練作品開(kāi)始介紹,再由遠(yuǎn)及近介紹學(xué)生們可以選擇的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題,之后由大到小,落實(shí)到課程需要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn),使學(xué)生們直觀地認(rèn)識(shí)到課程的實(shí)用性,并理解教學(xué)內(nèi)容設(shè)置的作用,同時(shí)提供有效的網(wǎng)絡(luò)及參考教材資源介紹,為后續(xù)課程學(xué)習(xí)做好鋪墊。

2.2.2 提高課堂學(xué)習(xí)效率，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)主體作用

理論課改為在實(shí)驗(yàn)室授課,采用講、練結(jié)合的方式,教師講授編程要點(diǎn),演示例題運(yùn)行結(jié)果,學(xué)生在課內(nèi)完成基礎(chǔ)練習(xí)并由教師記錄課堂練習(xí)完成情況,將原來(lái)課堂比較放松的聽(tīng)講狀態(tài),轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰獧z驗(yàn)成果的有壓力狀態(tài),督促學(xué)生們從“做”中“學(xué)”,及時(shí)完成每次課需要掌握的核心內(nèi)容。授課過(guò)程中,對(duì)不同的內(nèi)容采用不同的授課方式,對(duì)基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容多采用啟發(fā)式、對(duì)比式。例如,循環(huán)結(jié)構(gòu),主要通過(guò)while循環(huán)和for循環(huán)實(shí)現(xiàn),學(xué)生對(duì)這兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)并不陌生,在之前的文本語(yǔ)言編程課接觸過(guò),教師可以提問(wèn),這兩種都是循環(huán),各自需要怎樣的參數(shù)或條件設(shè)置可以完成循環(huán),使學(xué)生從以往知識(shí)的參照去思考,相應(yīng)的編程在圖形化語(yǔ)言labview的模塊中如何實(shí)現(xiàn),介紹實(shí)現(xiàn)方法后,再提出用循環(huán)實(shí)現(xiàn)累加或計(jì)算階乘如何實(shí)現(xiàn),引出移位寄存器的使用介紹,接著就請(qǐng)學(xué)生完成一個(gè)累加設(shè)計(jì),從理解到實(shí)現(xiàn),授課節(jié)奏緊湊,有助于及時(shí)消化基礎(chǔ)知識(shí),解決主要問(wèn)題。

另外,教師不僅需要在課堂教學(xué)過(guò)程中督促學(xué)生學(xué)習(xí),也需要基于課堂逐步培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,啟發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用目前所學(xué)實(shí)現(xiàn)新的設(shè)計(jì)需求。例如,關(guān)于狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì),在講授并練習(xí)過(guò)while循環(huán)、移位寄存器、條件結(jié)構(gòu)及枚舉常量的情況下,不具體講述如何運(yùn)用上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換及狀態(tài)機(jī)的維護(hù),只講授狀態(tài)機(jī)的概念和設(shè)計(jì)效果,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)查閱資料,理解設(shè)計(jì)思想,獨(dú)立思考并完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換小程序設(shè)計(jì)。教師可以進(jìn)一步提出模擬商品售貨機(jī)和交通燈控制等課后練習(xí)要求,將所學(xué)內(nèi)容與實(shí)際需求相結(jié)合,開(kāi)拓學(xué)生思路,提升實(shí)踐能力。

2.2.3 提升課后學(xué)習(xí)要求，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)力

在目前大力推行的工程教育專業(yè)認(rèn)證模式中,傳統(tǒng)教學(xué)模式下必修課的課時(shí)均要求壓縮,增加學(xué)生自我探索、鉆研的時(shí)間與空間[4]。“虛擬儀器技術(shù)”課程涵蓋的內(nèi)容比較多,完全依靠課堂教學(xué)無(wú)法保質(zhì)保量達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果,因此,需要在課堂基礎(chǔ)上進(jìn)行課后擴(kuò)展、深入學(xué)習(xí),對(duì)于這部分內(nèi)容,既需要避免完全由學(xué)生無(wú)的放矢盲目選擇,也需要考慮到每個(gè)學(xué)生的理解快慢程度不同,需要教師做好具體規(guī)劃,每節(jié)課都提出明確的課后學(xué)習(xí)要求,發(fā)揮線上教學(xué)平臺(tái)的作用,提供豐富的學(xué)習(xí)資料,結(jié)合實(shí)際案例,與課內(nèi)教學(xué)配合,將課程對(duì)學(xué)生探索、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)落到實(shí)處。學(xué)生需要通過(guò)查閱推薦的書(shū)籍,觀看微課視頻,結(jié)合討論完成課后作業(yè)并總結(jié)課內(nèi)所學(xué)、課后遇到的問(wèn)題和解決方法。課程組每周都會(huì)安排教師值班,與學(xué)生進(jìn)行線上及線下的答疑交流,輔助學(xué)生課后學(xué)習(xí),積極思考。建立專業(yè)口袋實(shí)驗(yàn)室,配置myDAQ采集卡,可以進(jìn)行軟件自帶儀器測(cè)量、音頻信號(hào)處理、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)采集與輸出等實(shí)驗(yàn),滿足學(xué)生對(duì)信號(hào)采集、處理及輸出整個(gè)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)需求,并結(jié)合傳感器及單片機(jī)共同建立綜合開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,便于學(xué)生在已有的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,參考工程項(xiàng)目實(shí)例及競(jìng)賽作品,嘗試探究性、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。學(xué)生根據(jù)自己感興趣的內(nèi)容,3人一小組,進(jìn)一步展開(kāi)討論和研究,形成初步想法后與教師交流,明確設(shè)計(jì)方案,在綜合課程設(shè)計(jì)周完成設(shè)計(jì),撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告,制作PPT講解設(shè)計(jì)過(guò)程,展示成果。這樣促進(jìn)學(xué)生在課后繼續(xù)思考,充分利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在解決問(wèn)題的過(guò)程中提升學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感,有利于增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)動(dòng)力,形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

2.3 立足學(xué)習(xí)效果,改進(jìn)課程考核標(biāo)準(zhǔn)

“虛擬儀器技術(shù)”作為一門(mén)專業(yè)課,基于OBE理念改進(jìn)考核方式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),需要體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合水平并鼓勵(lì)創(chuàng)新,對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情起到積極正面的影響,注重過(guò)程化、多元化,同時(shí)注意個(gè)性化和差異化,采取過(guò)程評(píng)定與最終考試結(jié)合的方式。課程評(píng)分由3部分組成:平時(shí)表現(xiàn)30%+實(shí)踐成果30%+期末考試40%。

平時(shí)表現(xiàn)包括課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)和課后練習(xí)的完成情況,涉及課程考勤、課堂紀(jì)律、課堂練習(xí)、課后的擴(kuò)展學(xué)習(xí)和作業(yè)提交,實(shí)驗(yàn)課的動(dòng)手操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě),不只看學(xué)生是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成,也關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題如何解決,能否積極思考及時(shí)總結(jié),促使學(xué)生持續(xù)開(kāi)展有效學(xué)習(xí)。

實(shí)踐成果主要針對(duì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),以成果為導(dǎo)向,考評(píng)實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程。參照畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯流程和虛擬儀器競(jìng)賽評(píng)分要求,聘請(qǐng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富的合作企業(yè)工程師和課程組老師共同參與評(píng)審,不僅考察設(shè)計(jì)文檔撰寫(xiě)質(zhì)量、設(shè)計(jì)能力及作品演示效果,也考察方案的實(shí)用性和創(chuàng)意性、學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、溝通情況、促進(jìn)學(xué)生從實(shí)際需求出發(fā)思考問(wèn)題并提高分析解決工程問(wèn)題的實(shí)踐能力。

期末考試采用卷面答題的形式,由不定項(xiàng)選擇和簡(jiǎn)答兩種題型組成。不定項(xiàng)選擇參考LabVIEW助理開(kāi)發(fā)工程師認(rèn)證的模擬題,考核學(xué)生對(duì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中的核心特征和功能是否具備廣泛全面的認(rèn)識(shí),并且可以用這些知識(shí)開(kāi)發(fā)、調(diào)試、維護(hù)小型程序模塊。簡(jiǎn)答則考核學(xué)生是否能分析實(shí)際工程問(wèn)題并提出可行方案,題目的選取盡可能覆蓋課程的各部分要點(diǎn),從知識(shí)掌握的廣度和實(shí)用度檢測(cè)課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度。

3 提升師生協(xié)同發(fā)展素養(yǎng),保障課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)

OBE教學(xué)改革要求以學(xué)生為中心,首先需要教師保持積極的學(xué)習(xí)狀態(tài),提升思想覺(jué)悟、教學(xué)能力和專業(yè)水平,使德育育人和知識(shí)育人同向而行。教師通過(guò)思政學(xué)習(xí)研討,加強(qiáng)對(duì)新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想的理解,深入挖掘課程蘊(yùn)含的思政元素,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性,通過(guò)參加線上線下的教學(xué)會(huì)議及課程觀摩,更新教學(xué)方法和教學(xué)資源,順應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣,使學(xué)生樂(lè)于學(xué)習(xí),通過(guò)加強(qiáng)校間交流、校企合作,關(guān)注本專業(yè)的行業(yè)發(fā)展與企業(yè)需求,修訂教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐訓(xùn)練要求,增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐發(fā)展適應(yīng)性。

教師做好上述工作才能更好地與學(xué)生對(duì)話,將所做工作轉(zhuǎn)化為學(xué)生的成果。教師要及時(shí)關(guān)注學(xué)生的反饋信息,檢測(cè)學(xué)習(xí)效果,解答學(xué)生疑問(wèn),了解學(xué)生的需求,啟發(fā)探索及創(chuàng)新精神,跟進(jìn)實(shí)踐過(guò)程,從而掌握哪些方面已被學(xué)生理解吸收,哪些方面并未取得理想的效果,積累經(jīng)驗(yàn),根據(jù)學(xué)生的具體情況改進(jìn)教學(xué)工作,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)獲得感和課程的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度,激勵(lì)師生雙方共同進(jìn)步,教學(xué)協(xié)同持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量,需要落實(shí)在課程改革過(guò)程中。本文基于OBE理念,對(duì)虛擬儀器技術(shù)課程開(kāi)展教學(xué)改革,尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位,以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向,在課堂講練結(jié)合中及時(shí)解決基礎(chǔ)問(wèn)題,督促并保障課后的拓展學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練有序開(kāi)展。改革促使學(xué)生積極思考,勤于實(shí)踐,提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性,豐富了學(xué)習(xí)生活,提升了校內(nèi)外學(xué)科競(jìng)賽的參與度及獲獎(jiǎng)名次,獲得了較好的效果。