融合OBE理念的虚拟仪器课程教学改革与探索_洪改艳.pdf

本栏目责任编辑：王 力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第18期(2023年6月）第19卷第18期(2023年6月）融合OBE理念的虚拟仪器课程教学改革与探索洪改艳，彭文竹（集美大学诚毅学院，福建 厦门 361000)摘要：虚拟仪器技术越来越广泛地应用于各领域，虚拟仪器课程存在教学目标重当前轻长远、教学手段重灌输轻创新、教学评价重成绩轻能力等问题，融合OBE理念对课程进行教学改革，从明确教学目标、优化教学内容、嵌入项目学习、开放学习路径、重构考评体系进行改革探索，保证学生学习成果的最大化。关键词：虚拟仪器；OBE理念；项目学习；教学改革中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2023)18-0126-03开放科学（资源服务）标识码(OSID):针对性改革优化高校课程教学，提高教学育人质量，是新时代高校课程建设的必然要求，也是培养创新人才的现实需要。OBE(Outcome Based Education)即能力导向教育，这一理念是以学生为中心，通过有效教学使学生取得应有的学习成果。对此，应当不断优化教学计划、教学内容、教学手段，进而实现学生能力提升的教学目标1。1 虚拟仪器课程教学存在的问题虚拟仪器是电子信息工程、通信工程等专业的一门必修课程。随着计算机技术和电子技术的发展成熟，虚拟仪器技术在航空航天、自动化等领域广泛应用2-3。这门课程专业性、实践性强，传统的教学模式与新工科背景下创新人才培养要求不相适应，与课程高质量建设、学生高质量需求不相适应，亟待教学“供给侧”结构改革。1.1 教学目标重当前轻长远分析传统教学，教师和学生普遍关注虚拟仪器基本知识点、图形化编程语言LabVIEW的学习，不太重视实践运用、工程思维和创新能力的培养。结果是当前的知识学到了、分数拿到了，但长远更需要的能力得不到，特别是结合专业知识解决实际工程项目能力欠缺，学生不清楚工程项目的分析、分解、分配，不熟悉项目过程记录、项目报告撰写、项目成果汇报。既抑制学生学向用的转化，也影响毕业后的理想择业。1.2 教学手段重灌输轻创新分析传统教学，多以教师为主体，教师讲、学生听，“吃大锅饭”多、“开小灶”少，因人而异的个性化教学不足；课堂灌输多、工程实践少；按部就班、递推流水的教学多，诱导思考、解决问题的设计少，工程思维和工程训练缺失。随着网络广泛运用、电子技术快速发展，新的教育理念在教学中得到探索实践，受到具有鲜明信息特点的学生欢迎，这对动手操作要求高的虚拟仪器课程更是如此。1.3 教学评价重成绩轻能力分析传统教学，对教师的教学评价注重教学环节设计、教学质量评价等方面，对学生则注重课程成绩，通常是平时成绩加期末成绩，更多的是反映学生背记能力、应试能力，无法反映学生解决实际工程问题的能力。教学评价是课程重要的风向标，单一的教学评价方式，不利于教师和学生以提升能力为导向同向发力。2 融合OBE理念的虚拟仪器课程的改革策略针对当前虚拟仪器课程教学存在的普遍问题，以中央人才工作会议精神为指导，以培养学生关键能力为出发点和落脚点，探索融合OBE理念的课程教学改革。对此，与OBE理念学习成果、教学实施和教学设计相对应，需要解决教学目的、教学手段和教学评价三个问题。收稿日期：2022-11-12基金项目：2019年福建省本科高校重大教育教学改革研究项目“虚实结合-多径培养 新工科背景下电工电子类课程实践教学改革探索”（项目编号：FBJG20190154)；集美大学诚毅学院教育教学改革项目(CJ20176)作者简介：洪改艳(1989)，女，河南商丘人，集美大学诚毅学院信息工程系讲师，主要从事电子信息技术研究；彭文竹(1982)，男，福建泉州人，集美大学诚毅学院高级实验师，主要从事图像处理、电子信息实验教学研究。E-mail：http：/Tel：+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.19,No.18,June 2023126DOI:10.14004/ki.ckt.2023.0846信息化与计算机教育本栏目责任编辑：王 力Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第18期(2023年6月）第19卷第18期(2023年6月）图1 融合OBE理念的虚拟仪器课程的改革策略架构2.1 突出OBE理念，明确教学目标融合OBE理念的虚拟仪器课程教学改革，强调以提升学生关键能力为导向，以学生关键能力获取最大化为主线。对此，要弄清通过课程学习学生要获得的关键能力，也就是明确教学目标。通过问卷调查、座谈了解、走访企业，结合人才培养的要求，这门课程学生关键能力体现在创新实践能力、项目管理能力、知识掌握能力、专注专心能力。创新实践能力主要是培养学生发现、分析、思考、解决问题的能力，结合软硬件运用专业知识完成实验或工程项目；项目管理能力主要是培养学生分工负责、相互协作和严密细致的团队精神；知识掌握能力从狭义角度讲是掌握这门课程的专业知识，从广义角度讲是掌握学习的方法，培养良好的学习习惯；专注专心能力主要是培养学生踏实学习的思想品德、扎实工作的职业道德。这与中央人才工作会议提出的“爱党报国、敬业奉献，具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题”的要求是完全一致的。2.2 调整课时结构，优化教学内容传统课程教学，46个学时中38个学时在课堂讲授、8个学时在普通计算机机房进行软件操作，软件实际操作的时间短，并且没有将虚拟仪器技术与实际硬件电路进行联系，学生普遍只是掌握LabVIEW的基本操作方法，动手操作、解决工程问题能力欠缺。新的课程教学，以提升学生关键能力为目标，安排26个学时在教室或机房，主要是讲授关键知识点、加强编程练习；安排8个学时的软件综合实训课，主要是完成程序结构、复合数据类型、图形显示、文件I/O等4个软件强化实验；安排8个课时的硬件实训课，结合NI-myDAQ和LabVIEW软件，完成流水灯、十进制转换为二进制、电压频率转换器电路和惠斯通电桥烟雾探测器设计等4次综合实验；安排4个学时组织实施项目学习，以小组为单位组织方案设计、分组讨论、答辩评定等内容，特别是运用电子测量、单片机原理等知识解决实际问题。2.3 嵌入项目学习，打破学用脱节项目学习是一种项目驱动式的教学方法4-5，教师给出不同的项目课题，学生在完成这些项目过程中，主要依靠自主学习、教师辅助解决遇到的重难点问题。学院NI-myDAQ平台、LabVIEW软件及实验室其他硬件设备为项目学习提供了软硬件保障。课程基础知识学完后即可实施项目学习，为了提升学习效果，教师可围绕项目学习作一次专题辅导，讲清目的、意义、程序和要求。项目学习一般以小组形式开展，一个小组不超过5个人，以3人为宜，小组不能随便组合，特别是不能强强搭配或是弱弱搭配，最理想的是根据组员的兴趣爱好、专业特长和能力素质等编组，把每个人的特长充分发挥出来，同时也是相互学习的过程。项目学习区分提出项目与明确要求、项目理解与大体思路、总体方案与设计说明、学习咨询与积累汇总、详细设计与过程记录、系统测试与报告撰写、最终评审与成绩评定等七个步骤。提出项目与明确要求。教师提供的选题不宜过难，常选用的有温度传感器测量系统、虚拟示波器、信号分析应用等，有兴趣的学生可挑战多功能频谱分析仪等，学生也可以根据正在参加的竞赛、创新项目等自拟项目。任务理解与大体思路。小组集体讨论分析所选项目，根据项目需求侧分析完成供给侧，构思完成的大体思路和步骤。总体方案与设计说明。采取自上而下的方法对整个系统进行框架设计，包括总体设计、软硬件设计等，形成各层次结构、功能模块，并明确具体技术要求，撰写相应说明书。同时，初步考虑传感器、数据采集器等。学习咨询与积累汇总。进一步细化各层次结构、功能模块，明确需要的知识点，通过后续教师讲授、自主学习或咨询他人等方式去积累。详细设计与过程记录。这是项目学习的关键环节，重点是开发软件、制作硬件，对过程中遇到的问题、解决的方案进行记录以备后查。在此过程中小组成员对同一问题可能有不同解决方法，既在解决问题，也在相互学习。系统测试与报告撰写。检查设计系统是否达到预期目标，进行调试直到满意为止，并根据整个过程撰写情况报告，作为教师、评审小组评定的重要依据。最终评审与成绩评定。学生先进行自评，尔后组织集体评审，既看撰写的报告，也组织现场提问，避免学图2 学生在实验室做电压频率转换器电路实验127本栏目责任编辑：王 力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第18期(2023年6月）第19卷第18期(2023年6月）生以报告代替思考训练的问题。这个过程还锻炼了学生的语言表达能力和心理素质。2.4 开放学习路径，辅助拓展深化虚拟仪器在企业、高校实验室的广泛应用和互联网的普及，为开放学习、全时学习提供了条件。一是教师建立QQ交流群，学生可在群内讨论问题，教师参与答疑解惑。二是借助优质MOOC资源，作为教师授课的辅助手段。三是鼓励学生参加科技创新，比如虚拟仪器竞赛、学科竞赛和LabVIEW助理开发工程师认证(CLAD)。四是走进企业现地参观见学，依托校企共建让学生更加直观地了解虚拟仪器的应用。五是实验室的课外开放，为学生实验和项目学习提供场所。六是引入案例学习6，主要是授课过程中注重具体案例的剖析，辅助以案例视频或邀请企业里的工程师到课堂教学。2.5 重构考评体系，推动教学实施建立以提升学生关键能力为导向的考评体系，对于教学实施具有重要的推动作用。采取的是教学满意度测评、关键能力提升度测评、课程最终成绩三个方面。学生最终成绩包括平时成绩、实验成绩、项目成绩、期末成绩四个部分，平时成绩、实验成绩各占10%，项目成绩占20%，期末成绩占60%。平时成绩包括考勤、平时作业，推动提升专注专心能力，学习态度端正、认真完成作业是对学生最基本要求，这点做到了才能为以后扎实工作打下基础；实验成绩推动培养动手操作能力，是创新实践能力中的实践能力；项目成绩推动提升创新实践能力、项目管理能力；期末成绩推动提升知识掌握能力，考查学生对专业知识的掌握情况。根据教学满意度、关键能力提升度测评结果，对考评体系、教学设计实施进行相应改进和完善。图3 学生最终成绩构成及关键指标对应3 课程改革效果评估采取问卷调查、集体座谈等形式对课程改革进行调查和评估，参与的学生普遍感到收获很大，表示提升了创新实践能力、项目管理能力、知识掌握能力、专注专心能力，实现了课程教学效果、个人能力素质双提升。归纳起来主要有以下四个方面：1)打通理论与实践的瓶颈点。融合OBE理念的虚拟仪器课程教学改革，着重强调理论向实践的转化，把学和用有机结合起来，跳出为学而学、学而不用、想用不会用的怪圈。2)提高自主学习和解决问题能力。项目设计对虚拟仪器专业知识、电子技术课程知识需求度高，倒逼学生复习运用学过的知识，提前或专注虚拟仪器知识的学习，带着问题去查阅资料或咨询有丰富经验的人员。3)增强团结协作和交流表达能力。通过案例式、项目式授课辅导和学习实践，让学生深刻认识到完成一个系统工程往往需要团队共同的努力，找准自身定位、发挥特长、相互学习是完成工作的重要方法。4)提前体验工程师的角色。学生实现了从被动角色向主动角色的转变，特别是项目学习让学生以“小工程师”的身份作业，了解了工程师作业的基本流程和严格要求，为以后从事相关行业打下了基础。图4 改革前后五个指标比较4 结束语通过突出OBE理念明确教学目标、调整课时结构优化教学内容、嵌入项目学习打破学用脱节、开放学习路径辅助拓展深化、重构考评体系推动教学实施，有力推动了虚拟仪器课程教学改革，第一点解决教学目的的问题，第二、三、四点解决教学手段的问题，第五点解决教学评价的问题，实现了教学目的、教学手段、教学评价统一于提升学生关键能力，有效保证了学生获得成果的最大化。参考文献