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工程认证背景下模拟电子技术课程OBE改革

2021-06-10  |  点击:  |  栏目:论文中心

  [摘           要]  生物医学工程是一门生命科学与工程技术相结合的具有高度综合性的学科。为了保证生物医学工程专业的教育质量,国际通行的做法是进行国际工程教育专业认证。“模拟电子技术”是生物医学工程专业课程中重要的核心课程。因此,面向工程教育专业认证需求的模拟电子技术改进也必须遵循新的指导原则进行改革。阐述了传统教学模式存在的问题,并以工程教育专业认证理念为基础在教学理念、教学目的、教学形式和评价形式上进行改革。
  [关    键   词]  模拟电子技术;工程认证;OBE
  [中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603(2021)09-0016-02
   一、引言
   从2016年开始,我国就正式成为《华盛顿协议》国际本科工程教育互认协议的会员国[1],这就需要提供工程教育的本科院校有意识地转变原有的培养模式,适时调整工程专业的培养策略,使工程教育有条不紊地向着规范化、标准化、国际化和可持续化的方向发展。只有这样,才能通过国内外专业协会或者行业协会、教育界专家和行业专家对本校工程教育进行专业性认证,为生物医学工程专业人才进入业界就业提供认可的教育质量保障。其核心是建立成果导向(Outcome-Based Education,OBE)的教学模式与基于OBE的评价机制。OBE理念最早于1981年由Spady提出,是指教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果,即以学生的学习成果为导向[2-3]。
   生物医学工程是一门用物理学基础和工学方法探究生命科学并解决生物医学问题的新兴学科[4]。其中“模拟电子技术”是我校生物医学工程专业课程中重要的核心课程。本专业毕业生大部分去向为:医院的设备科、医疗设备与器械公司。所以,本门课对需要设计或者维修此类设备的学生来说,一方面为他们提供了重要的基础知识,另一方面培养了他们在实际应用场合发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。而这种能力也是新兴产业兼顾健康新工科和智慧新医科行业人才所需要的能力。
   二、模拟电子技术课程的教学现状
   经长期的、大量的调研后发现,模拟电子技术课程存在不少问题。主要涉及课程组织、课程设计、课程考核形式、教学模式等多个方面[5-7]。从我校生物医学工程专业现有的情况来看,主要有以下四个方面的问题。
   1.在设计模电实验课时,主要是验证性实验。学生只要按照实验指导用书,认真仔细地连线、测试,通常结果是可期的。很多学生很难从实验当中获得快乐和兴趣,更不用说激发学生的思考和创新能力。这显然与工程教育的核心要义有所背离。
   2.课程组织上,通常会把理论课和实验课割裂开来,有时会出现讲解理论课的老师不参与到实验课当中,即在实验课时,另外一波实验老师需要重新讲一遍原理,带着学生回忆理论课内容。这必然会占用学生宝贵的实验时间,那么留给学生试错和思考的时间就相对变少了,从而使能力提升空间也受到了限制。
   3.课程设计环节上,在为期一周的实训课中,学生会各自获得独立的小项目。这些小项目涉及整本书多个知识点的综合运用,甚至还有可能是其他专业课程的知识,所以往往学生遇到的困难较大。造成实训项目效果不理想,很大程度上是由于:学生对本课程内知识点掌握不牢,动手少,犯错少,思考少,收获自然就少;另外的原因可能是专业课之间融合互通较少。知识孤岛更是造成学生认为很多课程学了无用,通常这些工科专业课程较难,更是让学生无法提起兴趣,主动探索创新更无从谈起。
   4.课程考核和评估上,更加注重理论知识的考核,往往会造成高分低能的现象,比如一些动手能力强,甚至在大学生电子设计大赛或者生物医学工程创新竞赛当中获得很好名次的学生,这门专业课的实际成绩并不高。
   三、改革内容
   基于上述存在的问题,本文以模拟点电子技术课程为例,从以下四个方面提出改革。
   1.在观念上,打破理论课、实验课在教学组织上割裂的壁垒,形成“有效穿插、有机融合”的理论课和实验课的教学组织模式,如图1所示。改变传统模拟电子技术教学中注重理论教学,轻实践教学的特点,使学生认识到模拟电子技术课程的理论课和实验课是一体的,在某种程度上,实践课程要比理论课更重要,改变那种只会考试,不会实现功能的窘境。积极探索,在组织模拟电子课程教学时,不再区分模拟电子技术理论课和实验课,并在具体实施时,将理论学时和实验学时安排在同一个时间进行。
   2.依据OBE理念,教学统一以项目为主。在前期教学当中,安排基础性项目。这类项目的目的是在学生学习模拟电子技术之初,能够通过这类验证性的项目,掌握隐藏在实验现象背后的原理,这样有助于学生掌握模拟电子技术的基本元件和基本原理。接下来是相对综合性的项目教学。此类项目已经不只是某个元件或者基本电路应用的验证,而是需要更多外围传感器及器件配合,才能完成的项目。功能也相对复杂,需要更多的其他专业课知识。此时,学生在以往传统教学当中,涉及这类的项目很少。即使有,老师也会人性化地为学生化繁为简,,尽量减少触碰其他专业知识内容,其他功能模块“现成化”,最終还是验证本门课中的部分内容。或许最接近这种项目训练要求的,只有实训项目。但学生从功能验证到这类项目,往往很难有好的驾驭能力,最终的效果也不尽如人意。所以,针对这类项目教学,要采取综合性强,少而精的策略,带着学生走完所有项目实施流程:从项目功能模块细分,参数指标的制定,寻找资源(包括来自文献和网络),初步确定各个功能模块的实现方案,硬件和软件仿真(验证硬件相关设计参数是否合理),确定最终系统设计方案,画图、制板、焊接并最终进行软硬件的联合调试。

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