基于OBE模式及CDIO模型的“数字电子技术实验”课程教考模式探讨与实践

摘要：为了满足应用型人才的需求，在“新工科”背景下，多数工科专业开设了“数字电子技术实验”课程，旨在增强学生对数字电路基础知识的掌握和实践能力。随着社会经济与科技的飞速发展，实验手段与设备层出不穷，不断创新与推出，这促使相关专业的人才培养目标不断修订。为了使学生能更快适应这些培养目标，我们不断探索新的教考模式，夯实基础，让学生掌握该领域先进的实验手段和方法，引导他们自主探究，勇于创新。本文围绕这一目标，基于OBE（Outcome-Based Education） 教学模式进行设计，运用CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate） 模型对“数字电子技术实验”课程的教学及考核模式进行了探讨与实践。

关键词：数电实验；OBE；CDIO；教学考核

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）09-0121-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

《数字电子技术实验》作为电气自动化类工科专业（如自动化、电气工程、建筑电气与智能化等） 的核心基础课程，融合了硬件器件、电路及软件设计，是培养学生数字逻辑思维、构建数字框架，以及提升分析、设计及调试数字单元电路和数字系统工程实践能力的重要环节。该课程在培养学生专业能力和创新思维方面发挥着关键作用，具有强烈的工程实践性，在专业培养方案中占据核心地位，是后续课程的基础。然而，当前该课程实践环节存在一些问题，直接影响了教学效果。具体问题包括：实验项目内容缺乏创意，未与工程实际紧密结合；实验教学过程中“教师讲、学生做”，忽视了学生的主体性和能动性；实验实施方案单一，无法满足学生个体差异化需求；实验验收标准重结果轻过程，难以客观准确地给出每位学生的量化评价[1-2]。

随着工程人才国际流动性的增强以及中国工程教育专业认证的蓬勃发展，基于学习产出的OBE（Out⁃come Based  Education） 理念已成为国内大部分高校的共识[3]。OBE理念强调以学生为中心，根据不同学生的特点制定多样化的实践目标和实践策略，并注重教师对实践过程各环节的设计，包括组织、管理、控制和评价等，以助力学生达成学习成果。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，即构思-设计-实现-运行） 理念作为工程教育的新方向，将理论与实践有机结合，旨在培养学生的工程实践综合能力，包括工程基础知识、个人能力、创新能力、团队协作等[4-5]。理念关注教学目标“（ 为了什么” OBE ） ，而CDIO理念则强调实施过程“（ 如何实现”） 。这两种理念的先进性在于，将教学的实施设计为以实现教学目标为宗旨的、可量化、可考核、可追溯的过程。

因此，我们积极探索以学生为中心、以应用为导向的《数字电子技术实验》课程改革。在当今快速变化的技术和教育环境中，工程教育需要不断革新，以培养能够应对全球挑战的高素质人才。OBE和CDIO 这两种教育理念的结合，为工程教育提供了一种极具前瞻性的方法。OBE-CDIO教育模式的融合，能够有效地帮助学生发展全面的工程技能。OBE提供了明确的学习目标和评估标准，强调以学生学习成果为导向，关注学生在学习过程结束时能够达到的具体能力和技能，从而改变了传统的以教师教学为中心的模式。CDIO则为实现这些目标提供了具体的实施路径，其框架提供了一种系统性的工程教育方法，强调通过实践和项目导向的学习来培养学生的工程能力。通过真实的工程项目和实践经验，学生能够将理论知识转化为实际能力，更好地适应现代工程领域的需求。

总之，OBE-CDIO教育模式代表了工程教育的一种先进理念，不仅注重知识传授，更强调能力培养和实践应用。将OBE-CDIO理念融入《数字电子技术实验》教学改革中，将实验任务分解为规模由小到大、设计难度阶梯分布的若干子任务，调动学生积极性。通过由浅入深地将学习成果目标和专业课程知识贯穿于教学各环节，学生的工程素养和创新能力在阶梯式教学中得到循序渐进的提升。这对于培养“高素质、应用型、创新型”人才具有重要意义。

1《 数字电子技术实验》课程面临的问题与现状

目前，实验项目多以验证型和设计型为主，但项目之间缺乏关联性。学生难以通过完整的需求分析、设计、仿真、制作、测试等流程来掌握工程实践的步骤，也无法熟练掌握现代技术所需的仿真平台、FPGA 或大规模集成电路等技术，因此难以支持复杂的数字电路实验。这导致学生在解决复杂工程问题的能力上存在不足，后续参与学科竞赛和毕业设计时出现技术断层和能力欠缺的问题。

受经费、实验面积等条件的限制，实验设备无法满足每位学生一个实验台的需求，也无法随时提供实验机会。这导致部分学生无法独立完成实验，影响了教学效果。同时，实验教学模式单一，传统的验证性实验已无法满足新时代人才培养的需求。实验缺乏开放性、研究性和创新性，学生的主动性和创造性难以得到充分激发，无法真正培养学生的问题解决能力。

课程实验设计相对陈旧，缺乏创新性和实用性，许多实验内容仍停留在基础电路验证层面，未能紧跟现代电子技术的发展趋势。实验项目设计与工程实际和产业需求脱节，削弱了学生的实践能力。此外，学生考核体系也存在不足。考核未采用增量模式评分，评分标准与多级任务的难度不匹配，且未将自主性、原创性、时效性、成本等关键指标作为考核重点，因此对学生综合能力的培养存在欠缺。

2 基于OBE-CDIO 的教学及考核设计

2.1 项目化任务驱动

我们将分散的实验内容整合为一个综合性大项目，采用任务化+项目化的教学方式，引导学生在复杂任务中进行问题拆解，培养他们结构化、模块化的思维习惯。这一过程正好契合CDIO教育模式中的构思环节，如图1所示。

以设计模仿网球比赛的电路为例，该项目被细分为时间控制电路、分数显示电路、锁存电路等多个子任务。这些子任务涵盖了时序逻辑电路和组合逻辑电路的基本知识，包括计数器、触发器、寄存器的设计和应用，以及基本门电路的设计等。通过完成这些子任务，学生能够逐步实现CDIO教育模式中的设计、实现、运行环节。

在每个实验中，学生专注于解决一个子任务，这不仅激发了他们的探究欲望，还使他们能够逐步了解整个工程的实施步骤，明确解题思路，夯实理论基础。

2.2 融合优质资源、多措施并举

在保留线下教学和实验辅导的基础上，我们丰富了线上课程资源，构建了线上课程体系。利用超星学习通，我们分享了优质课程资源，并搭建了交流平台（如图2所示） 。同时，我们利用“头歌实践教学平台”实现线上+线下联动，通过趣味的“闯关”方式提升学生利用仿真平台的能力。头歌平台的核心优势在于其智能化和交互性。它构建了标准化的编程实验环境，有效解决了传统实验教学中的诸多痛点。学生可以在线完成代码编写、即时提交和自动化评测，学习效率和反馈速度得到了极大提升。平台不仅提供了丰富的实验项目，还能精准诊断学生的编程能力，为个性化学习提供数据支持。从教学管理角度看，头歌平台实现了教学过程的数字化和可视化，教师可以便捷地布置作业、追踪学生进度，并获得详细的学习分析报告。这种数据驱动的教学模式有助于精准把握教学质量，促进教学方法的持续优化。

我们采用口袋式实验板+笔记本电脑的方式，实现了随时随地做实验的初衷，使学生从被动接受实验转变为主动探索实验。这种便携式实验方案具有显著优势。首先，它小型轻便，使得实验不再局限于传统的实验室环境，无论是在教室还是自习室，学生都可以随时进行科学研究和技术实践。其次，笔记本电脑的计算和数据处理能力与口袋式实验板的硬件接口完美结合，为实时数据采集和分析提供了强大支持。这种方式降低了实验门槛，使学生可以更灵活地进行项目研究，随时捕捉灵感并立即付诸实践，提高了工作效率和研究机动性。总之，口袋式实验板与笔记本电脑的结合代表了现代科技教育的创新发展方向，为知识探索提供了更加开放和灵活的平台。

我们以学科竞赛为契机，强化了“数字电子技术实验”环节，激发了学生的兴趣，拓展了教学空间。学科竞赛为实验教学注入了新的活力。相较于传统的实验模式，竞赛导向能够激发学生的学习积极性，培养其创新思维和实践能力。通过参与竞赛，学生能够将理论知识与实际应用深度融合，真正理解数字电子技术的核心内涵。同时，竞赛拓展了实验教学的深度和广度，使学生在备赛过程中突破常规教学范畴，主动学习前沿技术，探索更复杂的电路设计和系统实现。这种自主学习模式不仅能够提升专业技能，还能培养学生的研究意识和解决问题的能力。此外，学科竞赛为实验教学提供了实践检验的重要平台，学生可以通过与其他院校、团队的切磋比拼，客观评估自身水平，找准差距，明确改进方向。这种竞争性环境有利于形成良性的学习生态。总之，以学科竞赛为契机，可以有效强化“数字电子技术实验”教学环节，培养高素质、创新型人才，推动专业教育不断向前发展。

我们将科研项目和成果引入《数字电子技术实验》课程实验教学中，培养了学生的科学思维方法和探索精神，吸引了优秀本科学生参与教师课题研究或致力于实验研究。首先，科研项目的引入显著增强了实验教学的现实性和前沿性。传统的实验教学往往局限于教材中的基础实验内容，而科研项目能够将最新的技术发展和研究成果直接融入教学过程，拓宽学生的知识视野，使学生深入了解学科前沿和技术发展趋势。其次，科研项目培养了学生的创新思维和解决问题的能力。通过参与实际的科研项目，学生接触了真实的技术挑战，学习了如何运用所学知识解决复杂的实际问题。这种实践导向的学习方式有效提高了学生的专业素养和创新能力。再者，科研成果的引入增强了学生的学习动机和专业认同感。当学生意识到所学知识能够直接应用于前沿科研项目时，他们的学习积极性得到了极大的提升。这种教学模式不仅激发了学生的学习兴趣，还帮助他们建立了对专业的认同和热爱。

2.3 搭建系统的课程思政体系

结合工程实际需求，我们深入挖掘思政元素，将科技、文化、工程师职业道德等社会热点和生活实际内容融入实验教学中。通过潜移默化的方式，引导学生具备工程师的核心素养，实现为国育人的培养目标。在工程教育和实践中融入思政元素，不仅能提升人才培养质量，还能促进学生的全面发展。将专业知识与思政教育有机结合，可以培养出既具备扎实专业能力，又肩负社会责任的高素质工程人才。

例如，在组合逻辑电路实验中，我们引导学生理解不同类型逻辑门电路在电路设计中的重要作用。这些门电路在不同的变化和应用场景中发挥着关键作用，借此引导学生体会个体与集体的关系，认识创新的重要性，理解“螺丝钉精神”和团队精神。同时，以中国伟大的抗疫精神为例，让学生深刻体会到伟大的工程并非一蹴而就，而是由众多细小工作有序高效堆叠与协同完成的。

在译码器实验中，我们引导学生探索认识新事物的方式方法，总结归纳事物的规律，并利用这些经验进行改造与创新[6-8]。通过这样的实践教学，学生不仅能够掌握专业知识，还能培养思政素养，为成为高素质工程人才打下坚实基础。

2.4 完善评价体系

采用了多种考核方式，将评价体系划分为多个阶段，并根据任务的难度设定了相应的评分标准。多元化考核方式的核心价值，在于它打破了传统单一评价模式的局限。我们结合了定性与定量评价，并重视过程性评价与结果性评价，特别注重学生在课外的自主学习能力。在此过程中，自主性和原创性被作为重要的考核指标，同时我们也增加了时效性、成本控制和改进效果等指标的权重。

具体的评价方式包括：教师评价、学生互评（生生互评、组内互评、组外互评） 以及学生自评。此外，我们还将学习通的互动参与评分和实践教学平台的成绩纳入总评，从而构建了一个多元化的评价体系。这一体系不仅得到了学生的广泛认可，还为教学提供了科学的反馈，如图3所示。

3 结束语

本文基于OBE-CDIO理念和模型，对《数字电子技术实验》课程的教学改革及评价内容进行了深入探讨。我们将原有按章节划分的知识点进行了模块化重组，实现了理论与实验的深度融合，从而增强了课程的趣味性、实用性和挑战性。这一改革引导学生自主构建知识体系，并深入理解基础知识，实现了从“教我”到“我学”的主动性学习方式的转变，有效培养了学生的创新思维，并提升了他们的学习成就感。近两年的实施结果显示，该教学改革取得了显著成效：学生的课程整体成绩明显提高，他们积极参与学科竞赛，实践动手能力显著增强，所取得的成绩屡创新高。