黃慧春 堵國樑

(東南大學(xué) 國家級電工電子實驗教學(xué)示范中心， 南京 211189)

“模擬電子電路實驗”是一門應(yīng)用性、實踐性很強的課程。近年來，以成果產(chǎn)出導(dǎo)向為主要特征的OBE(Outcome Based Education)理念被我國眾多高等教育機構(gòu)所重視，明確的成果產(chǎn)出導(dǎo)向?qū)τ诟母铩澳M電子電路實驗”這類應(yīng)用性、實踐性很強的課程具有重要借鑒意義。OBE理念強調(diào)教育評價基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出，著眼于對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)是否明確、是否達(dá)成等，更注重學(xué)生學(xué)得怎么樣。其次，OBE理念強調(diào)教育的靈活性，在產(chǎn)出目標(biāo)明確的基礎(chǔ)上，OBE不拘泥于特定的指導(dǎo)方法。教師可根據(jù)不同類型的學(xué)習(xí)者使用不同的教學(xué)方式，采用不同的評價手段[1-3]。因此，基于OBE理念，深入探討線上線下混合式學(xué)習(xí)的實踐路徑，成為助力高校教學(xué)改革、提升本科教學(xué)質(zhì)量的重要課題[4]。

“模擬電子電路實驗”傳統(tǒng)的課程建設(shè)思路是以驗證理論知識為導(dǎo)向，并只能依賴實驗室開展實驗，導(dǎo)致課程成效難以保證，學(xué)生的綜合能力難以提升。以O(shè)BE理念為導(dǎo)向課程建設(shè)，不僅要實現(xiàn)從基于知識的傳統(tǒng)教學(xué)理念到基于目標(biāo)成果為導(dǎo)向的教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，而且更需要構(gòu)建一整套基于目標(biāo)成果為導(dǎo)向的線上線下混合式的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法，通過合理構(gòu)建課程體系、設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式，使學(xué)生在模擬電子電路設(shè)計、調(diào)試、應(yīng)用等方面的實踐能力得到較為系統(tǒng)的培養(yǎng)和訓(xùn)練，提高學(xué)生分析問題和解決實際問題的能力，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)[5-6]。最終，形成以目標(biāo)成果為導(dǎo)向的教學(xué)模式、以學(xué)生為中心的教學(xué)內(nèi)容、以多元化為考核的評價體系以及提升課程達(dá)成度的教學(xué)方法。同時結(jié)合“模擬電子電路實驗”項目案例，融入科學(xué)素養(yǎng)與工匠精神教育，以潤物細(xì)無聲的方式，提高學(xué)生的家國情懷，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才。

1 以O(shè)BE理念為導(dǎo)向的課程建設(shè)思路

“模擬電子電路實驗”課程建設(shè)以O(shè)BE教學(xué)理念為指導(dǎo)，圍繞四大問題開展創(chuàng)新研討[7]：想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么，為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果，如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果，如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果。并從以下5個方面開展教學(xué)設(shè)計：確定學(xué)習(xí)成果、構(gòu)建課程體系、確定學(xué)習(xí)策略、多元考核評價、逐級達(dá)到頂峰，如圖1所示。

圖1 課程建設(shè)思路

1.1 確定學(xué)習(xí)成果

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握模擬電子電路實驗的基本實驗方法、基本設(shè)計思路的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)分析解決模擬電子電路工程應(yīng)用問題的實踐能力和創(chuàng)新精神，結(jié)合課程內(nèi)容，融入思政元素，提高學(xué)生的社會責(zé)任感，成為掌握基本知識、具備實踐能力、有思想擔(dān)當(dāng)?shù)母咚刭|(zhì)創(chuàng)新人才。

1.2 構(gòu)建課程體系

根據(jù)培養(yǎng)計劃要求、學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、實驗內(nèi)容的難易程度及對實驗條件的需求，充分利用網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)資源和實驗室教學(xué)條件，構(gòu)建線上線下緊密融合的課程教學(xué)體系，完善和創(chuàng)新課程教學(xué)資源，充分體現(xiàn)縱橫推進(jìn)、并行兼顧的教學(xué)要求。

1.3 確定學(xué)習(xí)策略

以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺、將線上與線下實驗內(nèi)容有機融合，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建“線上與線下、虛擬與現(xiàn)實、課內(nèi)與課外、基礎(chǔ)與創(chuàng)新”相融合的實驗教學(xué)模式。

1.4 多元考核評價

以考核機制的變革為切入點，研究線上線下實驗課程的考核方式和成績評定方法，并把兩者有機結(jié)合，構(gòu)建“多元化、階梯式、重表現(xiàn)”的課程成績考評方式：既要鼓勵學(xué)生完成教學(xué)計劃規(guī)定的線上線下教學(xué)要求，又要引導(dǎo)學(xué)生合理利用課內(nèi)課外學(xué)習(xí)時間，提高學(xué)習(xí)效果，取得理想成績。

1.5 逐級達(dá)到頂峰

通過線上線下實驗項目的開展，引導(dǎo)學(xué)生掌握知識、運用知識，提高分析問題解決問題的能力。以線上實驗為基礎(chǔ)，重新創(chuàng)建線下實驗項目，既要兼顧線上教學(xué)內(nèi)容不被重復(fù)，又要在此基礎(chǔ)上有所提高，通過劃分“基礎(chǔ)-提高-創(chuàng)新”不同的教學(xué)過程，確定每階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生可以用不同時間、通過不同途徑和方式，從初級到高級，最終達(dá)成頂峰成果。

2 基于OBE理念的實驗項目舉例

“模擬電子電路實驗”在OBE教學(xué)理念指導(dǎo)下，根據(jù)人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求、學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，結(jié)合實驗內(nèi)容的難易程度以及對實驗條件的需求，充分利用網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)資源和實驗室教學(xué)條件，建設(shè)了一系列的綜合性實驗項目。以“可控增益放大器的設(shè)計”實驗項目為例，介紹以O(shè)BE理念為導(dǎo)向的實驗項目設(shè)計思路，如圖2所示。

圖2 可控增益放大電路的教學(xué)模式

2.1 設(shè)計實驗內(nèi)容

“可控增益放大器的設(shè)計”實驗內(nèi)容是用運算放大器設(shè)計一個電壓放大電路，其輸入阻抗不小于100 kΩ，輸出阻抗不大于1 kΩ，并能夠根據(jù)輸入信號幅值切換調(diào)整增益。電路應(yīng)實現(xiàn)的功能與技術(shù)指標(biāo)如下：

1)基本要求

(1)放大器能夠具有0.1、1、10三檔不同的增益，可以用連線改變增益，或者以撥動開關(guān)切換增益，或者用模擬電子開關(guān)切換增益。

(2)輸入一個幅度為0.1～10 V的可調(diào)直流信號，要求放大器輸出信號電壓在0.5～5 V范圍內(nèi)，設(shè)計電路根據(jù)輸入信號的幅值自動切換調(diào)整增益值。

2)提高要求

輸入一個交流信號，頻率10 kHz，峰峰值范圍為0.1～10 V，要求輸出信號電壓峰峰值控制在0.5～5 V的范圍內(nèi)。用示波器X-Y方式，測量電路的電壓傳輸特性曲線，計算傳輸特性的斜率和轉(zhuǎn)折點值。

3)創(chuàng)新拓展

自學(xué)A/D、D/A、MCU、PFGA等相關(guān)知識，利用通用的可控增益放大器，設(shè)計制作實用的可控增益放大器。

可控增益放大電路的教學(xué)內(nèi)容從測、判、控三方面進(jìn)行設(shè)計，如圖3所示，為了更好地完成“可控增益放大器的設(shè)計”，在開展綜合實驗前，先通過MOOC在線教學(xué)資源，自主完成3個單元實驗，分別為：

圖3 可控增益放大電路的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

1)精密整流電路設(shè)計

(1)實驗?zāi)康模赫莆站馨氩ㄕ骱途苋ㄕ麟娐返碾娐方M成、電路原理、參數(shù)設(shè)計和調(diào)試方法，測量整流電路的傳輸特性，研究電路的動態(tài)范圍。

(2)對綜合實驗的支撐：對于交流信號如何測量信號的大小，對可控增益放大電路中如何檢測信號的幅度提供設(shè)計參考，為實現(xiàn)可控增益放大電路中“測”的功能做鋪墊。

2)比較器電路實驗研究

(1)實驗?zāi)康模菏煜け容^器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握比較器的電路設(shè)計方法，掌握比較器的電路特性及測量方法，理解不同比較器的應(yīng)用場合。

(2)對綜合實驗的支撐：根據(jù)測量的信號幅度，利用比較器來判斷信號的大小，為調(diào)整放大器增益提供依據(jù)，以實現(xiàn)可控增益放大電路中“判”的功能。

3)基本比例放大電路

(1)實驗?zāi)康模毫私膺\放的基本特性，以運放構(gòu)成的反相比例放大電路為例，研究比例放大電路的基本性能，掌握運放的最大輸出電壓和最大輸出電流的測量及分析，掌握放大電路傳輸特性的概念及測量方法。

(2)對綜合實驗的支撐：掌握放大器的幾種基本電路結(jié)構(gòu)，每種電路的特性，如何調(diào)整和控制放大電路增益，為實現(xiàn)可控增益放大電路中“控”的功能做鋪墊。

2.2 構(gòu)建教學(xué)模式

該實驗以任務(wù)驅(qū)動的方式將相關(guān)內(nèi)容融合成一個邏輯整體，具體教學(xué)模式如圖4所示。實驗任務(wù)是設(shè)計一個可控增益放大器，可以分解為“測”“判”“控”三大部分，針對每一部分功能都有對應(yīng)的實驗內(nèi)容和解決思路引導(dǎo)，利用線上與線下混合式教學(xué)模式，達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。

圖4 以提升課程達(dá)成度的可控增益放大電路的教學(xué)模式

1)線上資源的學(xué)習(xí)

利用MOOC課程資源，自主學(xué)習(xí)“基本比例放大電路”“精密整流電路設(shè)計”“比較器電路實驗研究”三個單元電路實驗，完成每個單元的實驗要求，并為線下綜合實驗“可控增益放大器設(shè)計”中的重要內(nèi)容“測”“判”“控”功能打好基礎(chǔ)，做好鋪墊。

2)線下教學(xué)方式

該實驗具有很好的工程應(yīng)用背景，在很多場合有廣泛的應(yīng)用，也涵蓋模擬電子電路學(xué)習(xí)中的重要知識點。采用以“學(xué)生為本，教師引導(dǎo)”的教學(xué)方式，針對實驗內(nèi)容，分析討論實驗電路的設(shè)計思路，以具體設(shè)計指標(biāo)為目的，引導(dǎo)學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過的理論知識和已經(jīng)完成的三個相關(guān)的MOOC實驗內(nèi)容，自主構(gòu)建“可控增益放大器設(shè)計”實驗電路，利用軟件仿真并優(yōu)化設(shè)計。

3)線上線下的融合

實驗內(nèi)容的設(shè)計，不是簡單地把線上單元實驗和線下綜合實驗在實驗時間上分離，而是以線下綜合實驗項目為載體，有效地融合線上單元實驗內(nèi)容。以線上單元實驗的基礎(chǔ)練習(xí)為鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗項目的需求，自主完成實驗電路的設(shè)計及實驗性能指標(biāo)的測量；線下教學(xué)內(nèi)容的深入學(xué)習(xí)，也更加明確了線上單元實驗的目標(biāo)要求，通過線上線下的深度融合，實驗內(nèi)容目標(biāo)要求的層層遞進(jìn)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

4)培養(yǎng)社會責(zé)任感

通過“可控增益放大器設(shè)計”實驗的開展，介紹實驗內(nèi)容和具體工程應(yīng)用之間的關(guān)系，實驗內(nèi)容有工程應(yīng)用的落腳點；由實驗內(nèi)容引出常用的集成可控增益放大器，給學(xué)生開展課外研學(xué)和學(xué)科競賽提供選擇參考，同時也通過介紹這些常用集成器件大部分為進(jìn)口產(chǎn)品，在說明集成電路產(chǎn)業(yè)對國家發(fā)展重要性的同時，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。

2.3 教學(xué)成效評價

為了考核和評價學(xué)生的學(xué)習(xí)達(dá)成度，構(gòu)建了“多元化、階梯式、重表現(xiàn)”的課程考核方式和成績評定方法：

1)線上交流討論

利用MOOC課程討論、QQ群、微信群及雨課堂等交流平臺和環(huán)境，和學(xué)生實時交流討論，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，動態(tài)調(diào)整實驗內(nèi)容的進(jìn)程，交流討論的參與度也作為課程平時成績的一部分，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生積極參與交流討論。

2)MOOC課程測評

充分利用中國大學(xué)MOOC教學(xué)平臺，每個實驗都有針對實驗內(nèi)容要求完成的在線測試題，考核學(xué)生對實驗內(nèi)容及實驗方式方法的理解掌握程度，回答問題的得分也作為課程平時成績。

3)綜合實驗驗收

重視實驗過程、對實驗內(nèi)容的理解掌握、故障的分析解決、實驗的規(guī)范等內(nèi)容，實驗的完成度驗收，不僅停留在檢查實驗波形數(shù)據(jù)是否正確，還通過和學(xué)生的當(dāng)面交流溝通，了解學(xué)生對實驗的真實掌握程度，對實驗作品進(jìn)行評價引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

4)撰寫實驗報告與總結(jié)報告

實驗報告有MOOC單元實驗和綜合實驗，包括實驗?zāi)康?、實驗原理、預(yù)習(xí)思考、實驗內(nèi)容、實驗總結(jié)及實驗建議等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)范的報告格式，培養(yǎng)學(xué)生的撰寫報告能力?？偨Y(jié)報告的撰寫，能夠充分展示每個學(xué)生個性化特點，根據(jù)實驗要求自我設(shè)計實驗電路、制定實驗方案、記錄數(shù)據(jù)波形、計算分析結(jié)果、故障解決方法等，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，通過總結(jié)實驗的收獲體會，對實驗的目的會有更加深刻的體會，充分體現(xiàn)實驗教學(xué)的作用和價值。

3 課程建設(shè)與改革成效

基于OBE理念的“模擬電子電路實驗”課程建設(shè)，通過不斷總結(jié)提高，調(diào)整完善，已經(jīng)取得了較好的教學(xué)效果和成效。

3.1 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗環(huán)境得到了改善

豐富的線上線下教學(xué)資源，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗環(huán)境得到了改善。豐富多樣的在線資源幫助學(xué)生自主研習(xí)、拓展知識視野，授予學(xué)生實踐知識方法技能，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計完成全新的實驗等綜合能力；具有工程應(yīng)用特性的綜合實驗項目，使學(xué)生學(xué)會學(xué)以致用，提高解決復(fù)雜工程問題的能力；在線實驗平臺、個人多功能實驗箱，可以不受時間地點束縛，隨時隨地開展實驗，對學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了很好的幫助；“在線實物實驗平臺”[8]給本校學(xué)生、兄弟高校學(xué)生和社會學(xué)習(xí)者提供的很好的學(xué)習(xí)環(huán)境，尤其在非常時期發(fā)揮了非常重要的作用。

3.2 學(xué)生掌握知識和自主學(xué)習(xí)能力得到提高

線上線下教學(xué)的有機融合，使學(xué)生掌握知識和自主學(xué)習(xí)能力得到提高?；贠BE理念的模擬電子電路實驗課程建設(shè)與改革實踐，使學(xué)生提升了學(xué)習(xí)模擬電子電路的興趣和積極性，克服了對模擬電子電路的畏難心理，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績得到普遍提高；同時也激發(fā)了學(xué)生參加實踐創(chuàng)新活動的內(nèi)動力，許多學(xué)生在課程開設(shè)的同時申請了各級各類大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目，參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的積極性也得到普遍提高，競賽成績也是越來越好：在近三屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，東南大學(xué)取得了全國一等獎數(shù)2次全國并列第一和1次全國第二的優(yōu)異成績。

3.3 學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和社會責(zé)任感得到提升

結(jié)合課程內(nèi)容融入思政元素，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和社會責(zé)任感得到提升。課程教學(xué)中結(jié)合實際電路案例融入科學(xué)素養(yǎng)與工匠精神教育，結(jié)合集成電路對國家科技發(fā)展的戰(zhàn)略意義等內(nèi)容，增強學(xué)生的榮譽感、使命感和責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神。

3.4 課程教學(xué)成效及教學(xué)資源得到推廣應(yīng)用

教學(xué)模式的改革創(chuàng)新，使教學(xué)成效及教學(xué)資源得到推廣應(yīng)用?！澳M電子電路實驗”在線課程于2020年被評為國家級首批一流課程，“模擬電子電路實驗”課程設(shè)計理念也在2021年獲得了第三屆全國高?；旌鲜浇虒W(xué)設(shè)計創(chuàng)新大賽“設(shè)計之星”獎，綜合實驗設(shè)計案例也在全國電工電子基礎(chǔ)教學(xué)實驗案例競賽中獲得了特等獎榮譽稱號，開展各級各類教改項目15項，發(fā)表了相關(guān)的教改論文10篇，多次在全國研討會上做報告，到兄弟高校講座交流。

4 結(jié)語

以O(shè)BE理念為指導(dǎo)的線上線下混合式的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)過程實施，達(dá)到了理想的教學(xué)效果：學(xué)生學(xué)到了模擬電子電路的設(shè)計、測量及其工程應(yīng)用等知識，也了解到了集成電路對國家發(fā)展的重要性，提升了學(xué)生的使命感和責(zé)任感；加深了學(xué)生對理論知識的理解掌握，提高了模擬電子電路的實驗?zāi)芰徒鉀Q復(fù)雜工程問題的能力；線上線下混合式教學(xué)模式使得單元實驗和綜合實驗相互融合、層層遞進(jìn)，強化了實驗內(nèi)容的自主設(shè)計理念，培養(yǎng)了學(xué)生的自主設(shè)計能力和創(chuàng)新精神；通過多種方式的實時交流互動、課程考核及問卷調(diào)查，以及學(xué)生參加課外研學(xué)、學(xué)科競賽的積極性和成績，綜合評價學(xué)生對模擬電子電路實驗課程的學(xué)習(xí)效果和教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。