洪改艷，彭文竹

（集美大學(xué)誠毅學(xué)院，福建廈門 361000)

針對性改革優(yōu)化高校課程教學(xué)，提高教學(xué)育人質(zhì)量，是新時代高校課程建設(shè)的必然要求，也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的現(xiàn)實需要。OBE(Outcome Based Education)即能力導(dǎo)向教育，這一理念是以學(xué)生為中心，通過有效教學(xué)使學(xué)生取得應(yīng)有的學(xué)習(xí)成果。對此，應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段，進而實現(xiàn)學(xué)生能力提升的教學(xué)目標(biāo)[1]。

1 虛擬儀器課程教學(xué)存在的問題

虛擬儀器是電子信息工程、通信工程等專業(yè)的一門必修課程。隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展成熟，虛擬儀器技術(shù)在航空航天、自動化等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2-3]。這門課程專業(yè)性、實踐性強，傳統(tǒng)的教學(xué)模式與新工科背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求不相適應(yīng)，與課程高質(zhì)量建設(shè)、學(xué)生高質(zhì)量需求不相適應(yīng)，亟待教學(xué)“供給側(cè)”結(jié)構(gòu)改革。

1.1 教學(xué)目標(biāo)重當(dāng)前輕長遠(yuǎn)

分析傳統(tǒng)教學(xué)，教師和學(xué)生普遍關(guān)注虛擬儀器基本知識點、圖形化編程語言LabVIEW 的學(xué)習(xí)，不太重視實踐運用、工程思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。結(jié)果是當(dāng)前的知識學(xué)到了、分?jǐn)?shù)拿到了，但長遠(yuǎn)更需要的能力得不到，特別是結(jié)合專業(yè)知識解決實際工程項目能力欠缺，學(xué)生不清楚工程項目的分析、分解、分配，不熟悉項目過程記錄、項目報告撰寫、項目成果匯報。既抑制學(xué)生學(xué)向用的轉(zhuǎn)化，也影響畢業(yè)后的理想擇業(yè)。

1.2 教學(xué)手段重灌輸輕創(chuàng)新

分析傳統(tǒng)教學(xué)，多以教師為主體，教師講、學(xué)生聽，“吃大鍋飯”多、“開小灶”少，因人而異的個性化教學(xué)不足；課堂灌輸多、工程實踐少；按部就班、遞推流水的教學(xué)多，誘導(dǎo)思考、解決問題的設(shè)計少，工程思維和工程訓(xùn)練缺失。隨著網(wǎng)絡(luò)廣泛運用、電子技術(shù)快速發(fā)展，新的教育理念在教學(xué)中得到探索實踐，受到具有鮮明信息特點的學(xué)生歡迎，這對動手操作要求高的虛擬儀器課程更是如此。

1.3 教學(xué)評價重成績輕能力

分析傳統(tǒng)教學(xué)，對教師的教學(xué)評價注重教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計、教學(xué)質(zhì)量評價等方面，對學(xué)生則注重課程成績，通常是平時成績加期末成績，更多的是反映學(xué)生背記能力、應(yīng)試能力，無法反映學(xué)生解決實際工程問題的能力。教學(xué)評價是課程重要的風(fēng)向標(biāo)，單一的教學(xué)評價方式，不利于教師和學(xué)生以提升能力為導(dǎo)向同向發(fā)力。

2 融合OBE理念的虛擬儀器課程的改革策略

針對當(dāng)前虛擬儀器課程教學(xué)存在的普遍問題，以中央人才工作會議精神為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力為出發(fā)點和落腳點，探索融合OBE理念的課程教學(xué)改革。對此，與OBE 理念學(xué)習(xí)成果、教學(xué)實施和教學(xué)設(shè)計相對應(yīng)，需要解決教學(xué)目的、教學(xué)手段和教學(xué)評價三個問題。

圖1 融合OBE理念的虛擬儀器課程的改革策略架構(gòu)

2.1 突出OBE理念，明確教學(xué)目標(biāo)

融合OBE理念的虛擬儀器課程教學(xué)改革，強調(diào)以提升學(xué)生關(guān)鍵能力為導(dǎo)向，以學(xué)生關(guān)鍵能力獲取最大化為主線。對此，要弄清通過課程學(xué)習(xí)學(xué)生要獲得的關(guān)鍵能力，也就是明確教學(xué)目標(biāo)。通過問卷調(diào)查、座談了解、走訪企業(yè)，結(jié)合人才培養(yǎng)的要求，這門課程學(xué)生關(guān)鍵能力體現(xiàn)在創(chuàng)新實踐能力、項目管理能力、知識掌握能力、專注專心能力。創(chuàng)新實踐能力主要是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、思考、解決問題的能力，結(jié)合軟硬件運用專業(yè)知識完成實驗或工程項目；項目管理能力主要是培養(yǎng)學(xué)生分工負(fù)責(zé)、相互協(xié)作和嚴(yán)密細(xì)致的團隊精神；知識掌握能力從狹義角度講是掌握這門課程的專業(yè)知識，從廣義角度講是掌握學(xué)習(xí)的方法，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣；專注專心能力主要是培養(yǎng)學(xué)生踏實學(xué)習(xí)的思想品德、扎實工作的職業(yè)道德。這與中央人才工作會議提出的“愛黨報國、敬業(yè)奉獻，具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力、善于解決復(fù)雜工程問題”的要求是完全一致的。

2.2 調(diào)整課時結(jié)構(gòu)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)課程教學(xué)，46 個學(xué)時中38 個學(xué)時在課堂講授、8個學(xué)時在普通計算機機房進行軟件操作，軟件實際操作的時間短，并且沒有將虛擬儀器技術(shù)與實際硬件電路進行聯(lián)系，學(xué)生普遍只是掌握LabVIEW的基本操作方法，動手操作、解決工程問題能力欠缺。新的課程教學(xué)，以提升學(xué)生關(guān)鍵能力為目標(biāo)，安排26個學(xué)時在教室或機房，主要是講授關(guān)鍵知識點、加強編程練習(xí)；安排8個學(xué)時的軟件綜合實訓(xùn)課，主要是完成程序結(jié)構(gòu)、復(fù)合數(shù)據(jù)類型、圖形顯示、文件I/O 等4 個軟件強化實驗；安排8 個課時的硬件實訓(xùn)課，結(jié)合NImyDAQ和LabVIEW軟件，完成流水燈、十進制轉(zhuǎn)換為二進制、電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路和惠斯通電橋煙霧探測器設(shè)計等4 次綜合實驗；安排4 個學(xué)時組織實施項目學(xué)習(xí)，以小組為單位組織方案設(shè)計、分組討論、答辯評定等內(nèi)容，特別是運用電子測量、單片機原理等知識解決實際問題。

圖2 學(xué)生在實驗室做電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路實驗

2.3 嵌入項目學(xué)習(xí)，打破學(xué)用脫節(jié)

項目學(xué)習(xí)是一種項目驅(qū)動式的教學(xué)方法[4-5]，教師給出不同的項目課題，學(xué)生在完成這些項目過程中，主要依靠自主學(xué)習(xí)、教師輔助解決遇到的重難點問題。學(xué)院NI-myDAQ平臺、LabVIEW軟件及實驗室其他硬件設(shè)備為項目學(xué)習(xí)提供了軟硬件保障。課程基礎(chǔ)知識學(xué)完后即可實施項目學(xué)習(xí)，為了提升學(xué)習(xí)效果，教師可圍繞項目學(xué)習(xí)作一次專題輔導(dǎo)，講清目的、意義、程序和要求。項目學(xué)習(xí)一般以小組形式開展，一個小組不超過5個人，以3人為宜，小組不能隨便組合，特別是不能強強搭配或是弱弱搭配，最理想的是根據(jù)組員的興趣愛好、專業(yè)特長和能力素質(zhì)等編組，把每個人的特長充分發(fā)揮出來，同時也是相互學(xué)習(xí)的過程。

項目學(xué)習(xí)區(qū)分提出項目與明確要求、項目理解與大體思路、總體方案與設(shè)計說明、學(xué)習(xí)咨詢與積累匯總、詳細(xì)設(shè)計與過程記錄、系統(tǒng)測試與報告撰寫、最終評審與成績評定等七個步驟。①提出項目與明確要求。教師提供的選題不宜過難，常選用的有溫度傳感器測量系統(tǒng)、虛擬示波器、信號分析應(yīng)用等，有興趣的學(xué)生可挑戰(zhàn)多功能頻譜分析儀等，學(xué)生也可以根據(jù)正在參加的競賽、創(chuàng)新項目等自擬項目。②任務(wù)理解與大體思路。小組集體討論分析所選項目，根據(jù)項目需求側(cè)分析完成供給側(cè)，構(gòu)思完成的大體思路和步驟。③總體方案與設(shè)計說明。采取自上而下的方法對整個系統(tǒng)進行框架設(shè)計，包括總體設(shè)計、軟硬件設(shè)計等，形成各層次結(jié)構(gòu)、功能模塊，并明確具體技術(shù)要求，撰寫相應(yīng)說明書。同時，初步考慮傳感器、數(shù)據(jù)采集器等。④學(xué)習(xí)咨詢與積累匯總。進一步細(xì)化各層次結(jié)構(gòu)、功能模塊，明確需要的知識點，通過后續(xù)教師講授、自主學(xué)習(xí)或咨詢他人等方式去積累。⑤詳細(xì)設(shè)計與過程記錄。這是項目學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，重點是開發(fā)軟件、制作硬件，對過程中遇到的問題、解決的方案進行記錄以備后查。在此過程中小組成員對同一問題可能有不同解決方法，既在解決問題，也在相互學(xué)習(xí)。⑥系統(tǒng)測試與報告撰寫。檢查設(shè)計系統(tǒng)是否達到預(yù)期目標(biāo)，進行調(diào)試直到滿意為止，并根據(jù)整個過程撰寫情況報告，作為教師、評審小組評定的重要依據(jù)。⑦最終評審與成績評定。學(xué)生先進行自評，爾后組織集體評審，既看撰寫的報告，也組織現(xiàn)場提問，避免學(xué)生以報告代替思考訓(xùn)練的問題。這個過程還鍛煉了學(xué)生的語言表達能力和心理素質(zhì)。

2.4 開放學(xué)習(xí)路徑，輔助拓展深化

虛擬儀器在企業(yè)、高校實驗室的廣泛應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的普及，為開放學(xué)習(xí)、全時學(xué)習(xí)提供了條件。一是教師建立QQ交流群，學(xué)生可在群內(nèi)討論問題，教師參與答疑解惑。二是借助優(yōu)質(zhì)MOOC資源，作為教師授課的輔助手段。三是鼓勵學(xué)生參加科技創(chuàng)新，比如虛擬儀器競賽、學(xué)科競賽和LabVIEW助理開發(fā)工程師認(rèn)證(CLAD) 。四是走進企業(yè)現(xiàn)地參觀見學(xué)，依托校企共建讓學(xué)生更加直觀地了解虛擬儀器的應(yīng)用。五是實驗室的課外開放，為學(xué)生實驗和項目學(xué)習(xí)提供場所。六是引入案例學(xué)習(xí)[6]，主要是授課過程中注重具體案例的剖析，輔助以案例視頻或邀請企業(yè)里的工程師到課堂教學(xué)。

2.5 重構(gòu)考評體系，推動教學(xué)實施

建立以提升學(xué)生關(guān)鍵能力為導(dǎo)向的考評體系，對于教學(xué)實施具有重要的推動作用。采取的是教學(xué)滿意度測評、關(guān)鍵能力提升度測評、課程最終成績?nèi)齻€方面。學(xué)生最終成績包括平時成績、實驗成績、項目成績、期末成績四個部分，平時成績、實驗成績各占10%，項目成績占20%，期末成績占60%。平時成績包括考勤、平時作業(yè)，推動提升專注專心能力，學(xué)習(xí)態(tài)度端正、認(rèn)真完成作業(yè)是對學(xué)生最基本要求，這點做到了才能為以后扎實工作打下基礎(chǔ)；實驗成績推動培養(yǎng)動手操作能力，是創(chuàng)新實踐能力中的實踐能力；項目成績推動提升創(chuàng)新實踐能力、項目管理能力；期末成績推動提升知識掌握能力，考查學(xué)生對專業(yè)知識的掌握情況。根據(jù)教學(xué)滿意度、關(guān)鍵能力提升度測評結(jié)果，對考評體系、教學(xué)設(shè)計實施進行相應(yīng)改進和完善。

圖3 學(xué)生最終成績構(gòu)成及關(guān)鍵指標(biāo)對應(yīng)

3 課程改革效果評估

采取問卷調(diào)查、集體座談等形式對課程改革進行調(diào)查和評估，參與的學(xué)生普遍感到收獲很大，表示提升了創(chuàng)新實踐能力、項目管理能力、知識掌握能力、專注專心能力，實現(xiàn)了課程教學(xué)效果、個人能力素質(zhì)雙提升。歸納起來主要有以下四個方面：

1)打通理論與實踐的瓶頸點。融合OBE 理念的虛擬儀器課程教學(xué)改革，著重強調(diào)理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化，把學(xué)和用有機結(jié)合起來，跳出為學(xué)而學(xué)、學(xué)而不用、想用不會用的怪圈。

2)提高自主學(xué)習(xí)和解決問題能力。項目設(shè)計對虛擬儀器專業(yè)知識、電子技術(shù)課程知識需求度高，倒逼學(xué)生復(fù)習(xí)運用學(xué)過的知識，提前或?qū)Ｗ⑻摂M儀器知識的學(xué)習(xí)，帶著問題去查閱資料或咨詢有豐富經(jīng)驗的人員。

3)增強團結(jié)協(xié)作和交流表達能力。通過案例式、項目式授課輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)實踐，讓學(xué)生深刻認(rèn)識到完成一個系統(tǒng)工程往往需要團隊共同的努力，找準(zhǔn)自身定位、發(fā)揮特長、相互學(xué)習(xí)是完成工作的重要方法。

4)提前體驗工程師的角色。學(xué)生實現(xiàn)了從被動角色向主動角色的轉(zhuǎn)變，特別是項目學(xué)習(xí)讓學(xué)生以“小工程師”的身份作業(yè)，了解了工程師作業(yè)的基本流程和嚴(yán)格要求，為以后從事相關(guān)行業(yè)打下了基礎(chǔ)。

圖4 改革前后五個指標(biāo)比較

4 結(jié)束語

通過突出OBE理念明確教學(xué)目標(biāo)、調(diào)整課時結(jié)構(gòu)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、嵌入項目學(xué)習(xí)打破學(xué)用脫節(jié)、開放學(xué)習(xí)路徑輔助拓展深化、重構(gòu)考評體系推動教學(xué)實施，有力推動了虛擬儀器課程教學(xué)改革，第一點解決教學(xué)目的的問題，第二、三、四點解決教學(xué)手段的問題，第五點解決教學(xué)評價的問題，實現(xiàn)了教學(xué)目的、教學(xué)手段、教學(xué)評價統(tǒng)一于提升學(xué)生關(guān)鍵能力，有效保證了學(xué)生獲得成果的最大化。