基于信息技术的模拟电子技术线上线下混合OBE教学实践

摘  要：在模拟电子技术课程教学中坚持 “以学生为中心，以产出为导向”（OBE）的教育理念，运用信息技术的高效性、交互性、实时性和智慧性的特征，设计由视频、学习任务点构成的拉力赛式的自定步调全程闯关线上教学模式，以及基于学习通等智慧课堂工具的线下分层课堂授课。运用口袋实验室仪器的开放性、综合性实验实践教学，并通过覆盖平时、期中和期末的全过程、多评价点的线上线下动态成绩考核系统，为学生的思维活动营造一个具备个性化、创新性、自主性和挑战度的学习环境。经过5年持续改进的教学实践，表明该教学模式能有效提升学生的学习效果，培养分析解决实际工程问题和创新研究的能力，获得推广应用的教学单位师生和专家学者的较高评价。

关键词：模拟电子技术;OBE;信息技术;线上线下;教学实践

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）22-0089-05

Abstract： Based on Outcomes-based Education（OBE） in analog electronics teaching， the self-defined breakthrough online teaching mode with videos and study tasks is designed， and Chaoxing wisdom class is used to education in class hierarchically through information technology advantages including efficiency， interactivity， real time and intelligence. Learning environment with personalization， innovation， independence and challenge is constructed for thinking activity of students， through opening integrated practice teaching of pocket-lab instruments and overall dynamic assessment system of online and offline covering usual， middle and end of semester. After five year continuing teaching practice， this teaching mode can improve student study efficiency effectively; develop ability for analytics solution and innovation research， and gain high appraisal from teachers and students of educational institutions， and related experts.

Keywords： analog electronics; OBE; information technology; online and offline; teaching practice

模拟电子技术是工科专业的核心课程，为学习传感器技术、电机拖动和运动控制系统等专业课建立必要的基本知识和方法[1-2]。课程教学目标是学生具备系统的电子学理论知识，对电子器件及电路原理有深刻的理解，对技术创新发展的方法和路径有所了解，具备在电子技术领域终身学习、团队协作和工程应用的意识与能力[3]。

由于课程知识的学科特征、过去传统教学思路的惯性、新旧教育理念和培养目标的差异，并且针对本专业生源质量近几年不断提升，以及新形势下本市高科技行业的发展，对具有工程实践能力和创新研究水平的毕业生的迫切需求，原有的教学模式存在以下问题[4-6]。

1. 在工程教育专业认证所要求的“以学生为中心，以产出为导向”的教育理念背景下，以教师为中心的灌输式单向传授方法、以考试卷面分数作为主要依据的教学效果评价体系具有根本性缺陷，无法提升学生的学习质量和培养自主学习能力。

2. 由于课程知识涵盖了原理基础、分析、计算和设计，涉及内容多、覆盖面广、难度大，而原有教学模式课堂学时少的现状造成教师授课只能偏重于最基础理论知识的教学，也缺少师生课堂互动性的讨论，理论知识的授课无法深入展开。

3. 教学以PPT和板书为主的单一课堂授课形式、以课后作业和期末考试为主要检查和考核手段，造成学生平时课上学习关注度不高、课下学习只是被动消极地应付所布置的作业、期末考前集中复习的应试型学习的突出问题，降低了教与学的效率和学生学习兴趣。

4. 原有实验教学以在专业实验室进行验证性实验为主，且实验设备资源在使用时间和地点的有限性与不便性，使学生缺乏高水平的工程实践训练，不仅削弱了实际工程能力和研究水平，学生也无法通过理论和实践的相结合来进一步巩固、加深对理论知识的理解。

一、线上线下混合OBE教学方法

针对上述模拟电子技术课程教学的实际情况，加上当前线上教育模式又普遍存在着平时教学管理松散、学生的上课质量和课后作业水平无有效监督、对于具备不同能力的学生无法做出针对性的教学设计的问题。在分析原有传统课堂教学和新兴线上教学各自优缺点的基础上，秉承“以学为主，环境育人”的教学理念，提出基于信息技术的线上线下混合式OBE教学模式，确保学生“学得认真”和教师“教得到位”。“以学为主”强调学生在教学中的主体地位，以学生的思维活动作为教学活动设计和组织的主线，“环境育人”强调教师要为学生的思维活动营造一个具备个性化、创新性和挑战度的学习环境，引导学生在这个环境中构建知识和培养能力。为此充分借助各类信息工具的高效性、人机交互性、实时性和智慧性的技术特征，引入“以产出为导向”的线上线下混合教学模式[7-8]。

1. 根据模拟电子技术的教学目标、知识结构特点和学生的心理认知规律，教师精心设计线上MOOC教学环境，并基于当前选修班级学生的平均学科知识储备和本专业的培养目标，合理分配和组织实施有针对性的定制化小规模线上SPOC教学，采用由视频任务点、测试任务点构成的拉力赛式的自定步调全程闯关线上学习模式，既符合理工科课程高度路径依赖的特点，又保证了思维能力存在个体差异的每位学生都有充足和必要的时间去思考、理解知识点，教师根据学生在线上学习的表现和任务点的完成情况数据统计，对线上教学内容的要求和进度安排进行必要、实时的动态调整，真正做到“以学生为中心的启发式教学”。

2. 为有效管理学生完成学习进度和认证线上学习的真实性，在线上教学环节中穿插线下实体课堂教学，提供精准监督辅导和个性化混合教学。对于不同程度的学生开展3级分层教学，分别包括线上基础知识的巩固和练习、理论和实践的综合讨论以及拓展性、创新性的复杂工程专题研究，并充分应用学习通等信息化的智慧课堂工具辅助PPT和板书教学，可以大幅提升上课效率，加强学生的参与度和课堂互动。

3. 在线上布置验证性虚拟仿真实验基础上，充分利用口袋实验室EWB实验仪器的可携带性、易操作性、可扩展性，学生人手一套设备不限时间、地点地开展设计性和综合性的课堂实体实验教学。

4. 在模拟电子技术课程学习的全周期内，为学生构建了相互融合和支撑的、线上线下全天候的学习和实践环境，并通过运用覆盖学生平时、期中、期末的全过程、多评价点的线上线下同步成绩考核系统，既夯实了学生的专业基础知识，同时发展了学生自主管理和学习能力，培养了分析解决实际工程问题和创新研究的能力。

二、基于信息技术的混合教学设计

基于信息技术的线上线下混合教学模式在教学方法方面，采用由线上闯关式同步教学环节、线下分层次课堂教学环节和开放性工程实践教学环节构成的一体化教学设计，将基础性的教学内容安排在线上，按照学生的认知规律设计教学视频、测验关卡、虚拟仿真等，而线下课教学在PPT和板书授课基础上，通过学习通等智慧工具展开课堂测试、小组作业、互动讨论等，重点讲授基础理论的扩展、提高和工程应用，并运用口袋实验室仪器开展开放性、综合性实验实践教学[9]（如图1所示）。

在课程内容知识点层面，对章节的顺序安排进行重构，从模拟系统的外特性和集成器件的应用开始，让学生先具备查手册、选器件、定参数、搭建简单实用电路的能力，以逐步增强学生学习兴趣。然后深入到集成电路的底层，从半导体器件和电子电路的原理到分析评价方法、再到复杂的综合的应用和工程实际问题。课程线上资源包括180个教学视频、400个任务点和14次线上作业及8个虚拟实验，线上随机作业和测验题库包含千余道题，线下资源包括完整的线下课堂教案、“学习通” 互动活动库和自编实验指导书。课程教学内容按照器件、电路和方法三条主线交叉进行，在传统教学内容的基础上，增加了实际集成器件的特性、原理分析和应用，虚拟仿真实验和开放式设计实践实验，有效提升课程的高阶性、创新性和挑战度，学生具备了包括自主设计基本放大运算滤波电路、多级分立元件放大电路和反馈电路等设计的实际工程实践能力。

线上课程由环环相扣的学习任务点组成，每个任务点包括教学视频和若干个测试题目。针对上课学生的个体差异和动态成绩的数据统计，合理安排和调度相关的教学内容，并全部采用“一对一面授”的场景设定，通过精心设计的动画特效使教学视频生动自然，教学视频、视频内嵌测试题、视频后的过关测试题、自学和讨论题等都按照学生学习活动顺序设计，教学设计符合学生的心理认知规律。线上课程进度管理采用全程同步式闯关学习，有明确的进度计划和积分制度，要求学生在规定的时间内完成规定的学习内容，按照认知规律精心设计的教学过程给每个学生足够时间独立思考和理解，使学生的自我管理和学习支持更加高效。

线下教学环节包括分层级见面课、线下课堂实验、线下期中期末考试，针对不同程度的学生设置3层级课堂面授：1级见面课讲授线上教学内容，组织学生完成巩固基本知识的练习题;2级见面课概述线上教学内容的重点，组织学生讨论作业中比较综合的题目;3级见面课教师和学生一起讨论拓展性的内容或者针对某个专题进行深入的讨论。学生根据成绩和兴趣，自主选择参加不同层级见面课，可保证各个层次的学生都获得他们所需要的个性化辅导。线下教学将充分利用PPT、板书和学习通等多种教学手段，教师可以快速高效地掌握学生的学习效果，通过和学生的讨论交流培养学生的实际能力和创新精神。在实验教学方面引入虚拟仿真实验，让学生在进入知识点之前先观察实验现象，建立感性认识，然后通过虚拟仿真实验建立理论与实际的联系。虚拟仿真实验与线下口袋实验室物理实验相配合，虚拟仿真实验以验证性实验为主，线下物理实验则以设计性和综合性实验为主。

在教学组织和实施方面，首先每个周期开课前，教师根据上个周期的教学情况和问卷结果更新教学日历，明确学习进度安排、线下教学内容和备课要求。在每个星期的作业截止时间之后，教师对本周的学情进行统计分析，发布通告说明线下课堂内容供学生自主选择。通过线上闯关式学习让学生按照自己的节奏听课做练习，掌握了前面的内容才能继续学习后面的内容，实现了规模化教学中的个性化学习。使用线上数据统计和奖罚积分措施管理学生学习进度，实现线上同步学习，解决了线上课程中普遍存在管理松懈的问题。其次，每次线下授课前教师基于上一单元学生线上学习和测试数据的实时统计与分析，通过学习通智慧课堂平台、PPT和板书方式，有针对性地设计相关讨论主题，高互动效率地指导线下课堂分级分组见面讨论课，以核查学生线上学习的效果、解决学生线上学习所遇到的问题以及理论知识的扩展深化，同时在实验室使用口袋实验室仪器，开展设计性和综合性实验的教学，指导学生完成分别具有不同要求的工程实践任务。最后，学生在线上线下学习过程中遇到困难，可以通过课程各类信息工具平台获得教师和同学的帮助，为学生营造全天候开放的学习讨论和答疑辅导环境。课程考核包括期末闭卷考试（40%），两次期中测验（20%），线上学习成绩（30%）和实验成绩（10%）。考核成绩的60%来源于平时的学习过程，可有效地提升持续努力学习的动力。线上学习成绩包含线上的测验成绩、作业成绩、参与互动的成绩。在整个学期中设有14个进度检查时间点和对应的进度要求。通过多环节的加权平均考核分评估，可有效保证学生全程紧张、高效和真实的学习模式。