基于产出导向的国家级线下一流本科课程建设研究

2022-05-30袁小平陈烨蔡丽

中国大学教学 2022年9期

袁小平??陈烨??蔡丽

摘要：“一流课程”建设是教育部进行高等教育改革的重要措施，是实现高等教育内涵式发展的基本保证。本文以“产出导向”为理论框架，总结了以电类创新实践为主要产出导向的线下一流课程“数字逻辑与数字系统设计”的建设经验，论述了建设线下一流课程的具体方法和有效策略，提出了“一流课程”建设背景下的课程建设方法，为国内同类课程的建设提供了新的教学改革思路。

关键词：产出导向;数字逻辑与数字系统设计;一流课程;教学改革

一、引言

随着我国经济建设的高速发展，国家适时提出了“中国制造2025”“互联网+”和“碳达峰、碳中和”等重大经济战略决策。高等教育为经济建设提供了人才基石，在国家经济建设与发展中发挥着重要作用。教育部于2018年提出了“六卓越一拔尖”计划2.0，为配合该计划，2019年公布了一流课程建设“双万计划”，即建设10 000门左右国家级一流课程和10 000门左右省级一流课程[1]。

“一流课程”建设是国家在新的国际形势下，针对国内高校大学生普遍存在的创新能力不足的现象，提出的高等教育层面上的重要战略举措，主张将立德树人作为改革的根本任务，为我国高等教育提供了纲领性的建设目标和实施方案。

“一流课程”建设中需要融合各类课程的思政元素，将传统的课程教学内容、方法和时代的发展相结合，让课堂更活、教师更强、学生更忙，以提高教学质量为导向，建设具有中国特色的国际一流的高等教育课程和创新人才培养体系。

2021年5月，教育部在大连理工大学召开了全国高校一流课程与课程思政建设研讨会，强调“产出导向”是落实立德树人改革目标实现的具体方法。本文基于以学生为中心的“产出导向”教学理念[2]，探讨了国家级线下一流课程“数字逻辑与数字系统设计”的建设内涵、建设原则、教学目标、教学内容、教学方法等具体建设路径，以期为国内高校的电类课程进行线下一流课程的建设提供参考和借鉴。

二、线下一流课程的内涵及建设原则

1.线下一流课程的建设内涵

教育部对线下一流课程的定义中强调了“以学生为中心”[1，3-4]，在这一思想的指导下，“数字逻辑与数字系统设计”课程进行了“知识传授、能力培养、素质提升、价值引领”四个层面的内涵建设。一是从知识层面要求学生掌握完整扎实的数字逻辑与数字系统设计方面必要的基础理论、基础知识、基础技能，要求在传统数电知识目标的基础上掌握大规模可编程逻辑器件和硬件描述语言的知识;二是在创新层面进行课程内容和教学能力的提升，结合现代数字电子技术的发展趋势，使学生养成实验中的科学态度、团队合作和学术表达能力等，在传统数电能力目标的基础上要求增加电子设计自动化的应用和数字系统设计能力;三是从素质层面要求学生具备优良的职业素养，提升学生的工程意识、逻辑思维、辩证思维、创新思维、国际视野;四是在价值引领层面要求学生能够“站得高，望得远”，具备正确的世界观、方法论，具备科技报国、求真务实的精神，具有健全的人格、高尚的家国情怀。

2.线下一流课程的建设原则

随着时代的发展，新技术层出不穷，当代大学生可以采用更多的方式进行自主学习。因此，高校传统线下课程的课时和学分缩减是我国教育的一个趋势[5]，这对线下一流课程的建设提出了巨大的挑战，北京外国语大学文秋芳教授提出的“产出导向法”（Production Oriented Approach，POA）强调以创新实践成果为主要目的的教学改革思路为建设线下一流课程提供了新的教学理念和教学方法[2]。基于此，“数字逻辑与数字系统设计”课程线下一流课程的建设遵循“转变理念、目标导向、内容多样、改革方法、科学评价、提升能力”的原则，具体方式如下：

“转变理念，理念新起来”是建设线下一流课程的首要原则[4]。课程组依据教育部对一流课程建设要以立德树人为教学目标的思路，精心提炼并制作了95个具有时代特征的理论课知识点微课视频，利用中国大学慕课平台供学生学习，并在线下教学过程中利用慕课堂辅助教学，这样学生可以从多种渠道灵活设定时间进行学习。

“目标导向，课程优起来”是线下一流课程的课程建设原则[6]。线下教学是大学教育最重要的教学形式，课程内容的改革需要站在科技的前沿来审视，因此需要紧跟时代发展，提升课程的高阶性、创新度和挑战性，需要线上教学资源的建设，将线下教学的范畴进行扩展。

“内容多样，课程难起来”是线下一流课程教学内容改革原则[1]。传统的以课堂为主的线下课程改革需要利用线上教学技术进行线上资源建设，将较为容易的内容进行线上教育，教学难点偏重于线下教学。在“产出导向法”的教学思想的指导下，这种改革方法可以更好地面对面辅导学生，提升创新实践成果的产出效率[7]。

“改革方法，课堂活起来”是线下一流课程进行课堂改革的主要要求[8-9]。将各种教学技术和教学思想引入课堂，改变“教师为中心、书本为中心和课堂为中心”的传统课堂教学形式。这就要求教师需要引入多种教学方法，提升课堂教学能力。课程组采用的主要方式是在线下课堂上引入慕课堂进行混合教学。

“科学评价，学生忙起来”是线下一流课程学生端教学设计的原则[3]。“数字逻辑与数字系统设计”课程是电类专业的专业基础课，也是学生进行“产出导向法”的创新实践课程，课程组要求通过“创新实践过程考核”方式评价学生学习效果，提升产出内容考核的挑战度。

“提升能力，教师强起来”是线下一流课程对教师提出的要求[1]。线上信息化技术是线下教学的重要辅助手段，利用慕课堂是提升线下教学效果的重要方法，这就要求教师具有较强的混合教学能力，能够熟练掌握混合教学方法和学生进行有效互动。

3.线下一流课程的历史传承

对于“一流课程”教学效果的认定，我们认为可以從横向上和纵向上进行评价，横向上考查的是课程的各类当前教学效果指标，而纵向上考查的是课程的历史传承。“数字逻辑与数字系统设计”线下一流课程拥有深厚的历史底蕴，本课程是电类专业基础课，依托中国矿业大学在电气、控制、信息学科上的优势，经过了近70年的发展，课程始终紧跟电子技术发展，并根据各个历史阶段的电类专业人才培养目标和工程专业认证要求，以及教育部教指委制定的“数字电子技术”课程教学要求不断进行改革。

“数字逻辑与数字系统设计”课程前身是1957年开设的“脉冲电路”课程，经过多年的稳步发展，课程形成了扎实的教学体系，并出版了多版教材，加强了现代化教学方法和手段，逐步采用计算机虚拟实验系统和CAI课件辅助教学。近期，我们结合新技术、新器件的发展，在2012版教学大纲基础上引入HDL语言，介绍数字系统设计的方法和步骤，确保学生的知识与世界接轨，最终形成2016版教学质量标准，同时课程名称更改为现名（见图1）。实验教学遵循“虚实结合”“软硬兼施”，建设了不受时间空间限制的实验教学资源，在2016年获得高等学校国家级实验教学示范中心联席会颁发的高等学校虚拟仿真实验教学资源建设优秀成果奖。理论课程于2019年获得江苏省在线开放课程立项建设，为后续开展线上线下混合式教学提供了有力保障。课程通过多年的发展，在内容体系、实验教学改革、现代化教学方法和手段运用等方面，取得了在同类课程中的先进地位，形成了由数字逻辑与数字系统设计、数字逻辑与数字系统实验、EDA仿真与设计、综合设计等环节组成的数字电子技术课程体系，并作为国家级一流课程进行培育。

依托国家级电工电子实验教学示范中心和大学生电子设计与创新实践基地，课程组教师在示范中心建设和创新人才培养中发挥了重要作用。本课程承担了全校电类专业近1200名本科生的教学任务，始终按照我校“宽基础、强能力、高素质”的课程建设要求，将学生的电子创新能力的提高作为专业基础课程平台和实验教学改革的重点，不断优化和加强实验教学体系，依托“互联网+”和虚拟仿真技术，融入课程思政元素，建立师生教学共同体，进行扎实的教学改革，取得了显著成效。目前该课程被评为首届国家级一流（线下类型）本科课程和2021年江苏省一流（线上类型）本科课程。

三、“产出导向法”视域下线下一流课程的建设路径

强调创新实践产出的教学目的是线下一流课程建设的指南针[4]。本课程始终将创新实践作为课程的延伸，高度重视中国矿业大学电子设计与创新实践基地的建设，将该课程和基地的建设联系起来反向促进线下课程教学水平提升。在课堂上，课程组将项目式教学法引入授课过程，做到“一课一设计”，以源于实际问题的解决过程作为课堂内容授课的导向;在课外，鼓励学生将课堂理论学习联系实际，积极参加“国家级、省级、校级、院级”大学生科研训练项目和各种学科竞赛，以及导师的科研项目等形式的全程创新实践活动，以各类大学生全程科研创新活动作为创新实践的具体产出。总体上，本课程线下教学改革的建设路径就是要以“学生为中心”，充分发挥“产出导向”的作用，实现课堂内外教学的无缝衔接，提升教学的互动性和挑战度。

1.以创新实践驱动的线下一流课程教学目标

以创新实践成果为驱动作为本课程的教学动力，主要体现在：（1）突出创新教育的培养模式;（2）校企协同培养人才的新模式;（3）以

重点学科为依托促进专业建设;（4）大学生全程参与科研、竞赛和大创项目。而“数字逻辑与数字系统设计”课程是电类专业重要的专业基础课，是重要的理论和实践教学课程，具有很强的创新性实践性，是我校重点建设的精品课程。该课程是在传统课程“数字电子技术”基础上，增加了大规模可编程逻辑器件和硬件描述语言应用的知识;拓展学生电子设计自动化的应用和数字系统设计的能力，使学生具备健全的人格，涵养家国情怀，牢记使命担当。

该课程为国家一流本科专业建设点“电子信息工程”“自动化”专业、江苏省品牌专业“电气工程及其自动化”的专业大类基础核心课程。根据学校建设能源特色世界一流大学的定位，“学而优则用、学而优则创”的办学理念，该课程培养目标是培养学生综合应用数字逻辑与数字系统的知识与技能，解决与数字系统相关的较为复杂工程问题的能力，实现“知识传授与价值引领”相结合，培养专业技术过硬、思想政治水平高的栋梁之材，为以后深入学习电子技术相关领域中的内容以及为电子技术在专业中的应用打好坚实基础。具体包括：

（1）知识目标。掌握逻辑函数及其化简方

法，理解中小规模集成组合器件与时序器件的原理，掌握大规模可编程逻辑器件和硬件描述语言等。

（2）能力目标。能够综合应用组合电路和时序电路的分析方法，提升现有数字电路的性能;针对工农业生产过程中、社会生活中出现的问题，利用EDA技术、FPGA器件提出针对性地解决较为复杂工程问题的思路和方案，并通过现代电子技术手段加以实现。

（3）素质目标。培养解决复杂工程问题过程中的团队合作精神、表达沟通与演讲能力、科技报告撰写能力，牢固树立求真务实的精神、不断创新的意识、健全的人格、高尚的家国情怀。

2.以慕课堂为主的线下一流课程教学方法

“产出导向法”的教学过程中包括“驱动、促成、评价”三个重要阶段[10]，对于线下一流课程，“驱动”节点对应课前慕课堂发布、课中慕课堂测试及课堂互动教学、课后线上巩固三个教学流程。授课过程中，教师需要依据课堂教学目标制订线上课程课前学情调查及课前测试内容，以掌握学生的预习情况，提前发布课程的研讨内容，让学生提前知道要学习的课程对应的教学目标和实践产出任务;“促成”环节对应项目式教学方法中的释疑和设计过程，学生需要围绕项目目的展开学习;“评价”阶段是对以实践为学习目标的产出成果进行评价，主要针对课程学习、电子设计和竞赛等产出方面进行评价。

3.以“学与创、虚与实”为特征的项目式线下一流课程教学方法

以“立德树人”为目标的“一流课程”的建设强调创新实践的教学投入和成果产出的高效率[11]，在中国矿业大学，该课程是电子电气信息类专業重要的专业基础课，担负着巩固并提升学生工程实践能力和创新能力的重任。基于此，课程组全面采用项目式教学方法提高“教与学”的效率，课堂上实行分组教学，开展研讨式、探究式等教学活动。

基于实践创新项目驱动的课程教学改革方案的体系为“做—学—悟”的渐进式教学体系，教学内容贴近工程实践，采用研讨式以创新产出为目标的模块化教学。全部采用“虚实结合”的创新设计性实验的创新教学体系。

4.以“类型化、过程化”为特征的线下一流课程教学评价

科学的课程评价指标体系是实现“立德树人”这一教学目标的风向标，各种教学方法和新技术的出现对课程教学评价体系也提出了重要的研究方向。线下一流课程的教学评价体系突出全过程考核评价，重视平时考核和期末综合考试相结合，激发学生的学习兴趣，并结合线上教学建立全方位的教学评价体系。针对不同类型的选课学生及多种教学产出，课程组构建了三种教学考核评价方案。

方案一（适合线上线下教学的学生考核）

在线学习（20%）+过程性考核（20%）+结果性考核（60%）。

（1）在线学习（20%）：学习课程组开发的中国大学慕课“数字逻辑与数字系统设计”在线课程，在线学习成绩由视频点播情况、在线测验情况和讨论区发帖情况综合评定。

（2）过程性考核（20%）：课堂学习研讨、课后反馈表现、学术论文、设计报告、阶段性测试等线下考核。

（3）结果性考核（60%）：线下闭卷考试。

方案二（适合线下教学的学生考核）

过程性考核（30%）+结果性考核（70%）。

（1）过程性考核（30%）：课堂学习研讨、课后反馈表现、学术论文、设计报告、作业、阶段性测试等线下考核;

（2）结果性考核（70%）：线下闭卷考试。

方案三（适合网络重修学生考核）

在线学习（40%）+结果性考核（60%）。

（1）在线学习（40%）：学习中国大学慕课平台上自主开发的在线课程，在线学习成绩由视频点播情况、在线测验情况和讨论区发帖情况综合评定。

（2）结果性考核（60%）：线下闭卷考试。

5.以“学中做，做中学”为指导的线下一流课程教学模式

（1）教学理念。以项目导向式的运行机制来组织教学，突出职业性和实践性;学中做，做中学，师生教学相长，教学做一体化;训练学生职业技能和素质的养成;培育学生工匠精神、创新意识、家国情怀，以学生为主体发挥学生的主动性。教学中“如盐入水、润物无声”融入课程思政点，落实立德树人，追求线上线下混合教学效果的提升。

（2）内容选取。从典型工作任务出发，围绕培养学生具备职业能力的标准，以学生为中心，面向学生产出为导向，按照模块化组织教学内容，最后从真实的项目中获得知识、培养能力。为了跟踪现代电子技术发展的最新成果，培养学生应用EDA技术和HDL开发FPGA的能力，课程组在传统课程教学内容中增加了EDA和HDL应用开发能力培养，具体实施过程如图2所示。

（3）内容组织与安排。教学内容从现代电子技术的最新成果EDA和HDL语言出发，通过模块化的知识，分别完成四个真实的项目，进而完成一个较为复杂的工程项目“多功能数字钟的设计与制作”。课程体系体现了先进性、创新性和实用性，利用HDL+FPGA进行设计，采用数字系统设计方法完成多功能数字钟的设计与制作是本课程的一大特色，在教学内容上体现了新技术新器件的应用，对教师和学生都具有挑战度。

此外结合实际背景，融入课程思政教育，告诉学生中国在芯片设计方面与欧美国家存在差距，从而进一步激发学生求真务实、勇于创新和电子制作中的“工匠精神”。教学方法的组织过程如图3所示。

（4）教学过程设计。按照“情境导入、问题导入、分析讲解、仿真演示、动手实践”设计教学过程，同时注意嵌入课程思政教育元素。

（5）教学方法设计。理论教学采用教学做一体化教学模式、案例教学法、任务驱动教学模式等，实践教学注重虚实结合、软硬兼备、以赛促学、小组协作、实践制作。

6.以“新技术，新实践”为牵引的线下一流课程教学内容

（1）及时跟踪现代电子技术发展最新成果，引入硬件描述语言HDL和大规模复杂可编程逻辑器件FPGA，优化了课程教学体系与教学内容。传统的“数字电子技术”课程能够使得学生熟悉数制与编码、逻辑函数及其化简、集成逻辑部件、小规模集成组合逻辑构件。该课程跟踪现代电子技术最新成果，引入硬件描述语言HDL、大规模复杂可编程逻辑器件FPGA、数字系统设计方法，让学生掌握数字系统的基本算法与逻辑电路实现，掌握HDL设计数字系统，使学生的数电知识和能力紧跟时代发展，这是本课程的一大亮点。

（2）引入EDA技术、虚拟仿真技术，自制实验箱，实现虚实结合、软硬兼施，开发了能够顺利地在线下和线上教学相互转换的数字系统设计实验平台。依托一流课程建设平台和线上线下建立的充实的教学资源，在国家级实验教学示范中心的硬件基础上，建立国内高校一流的开放共享的实验教学平台。通过引入EDA技术和虚拟仿真技术，开发研制适合学生、自主设计的不受时空限制的 “数字电子技术实验平台”，满足“软硬兼施”“虚实结合”;建立以学生为主体、分层次、创新型实验教学新体系，便于学生提高实践创新能力;为学生进行课外自主的实验学习、电子创新制作等提供丰富的教学软件和硬件，扩展了学习空间。

（3）指导学生积极参加学科竞赛和大学生创新项目，成效显著。依托中国矿业大学国家级电工电子实验教学示范中心和电子设计与创新大学生实践创新基地，以国家级、省级、校级的“电子设计竞赛”等学科竞赛指导委员会的专家为后盾，积极开展电子技术学科竞赛和“国家级、省级、校级”的大学生科技创新项目，不断提高学生实践创新能力。

四、结语

中国矿业大学“数字逻辑与数字系统设计”课程遵循国家级线下一流课程的建设要求，以“立德树人”为建设目标，建立以学生为中心、师生学习共同体的教学体系，以“激发兴趣、重视基础、注重实践、引导创新”为教学理念，提出“课内课外相结合、教学做相结合;虚实结合、软硬兼施;以赛促学、小组协作”的人才培养模式，融入课程思政元素，建设丰富的理论与实验教学资源，满足学生不受时间、空间的限制开展课程学习的需求。“产出导向法”适合强调以创新实践为主体的线下“数字逻辑与数字系统设计”课程，本文提出的“驱动、

促成、评价”教学过程的执行可以将各种教学技术和教学方法进行有效连接，使线上线下教学活動连贯有序，全面提升课程教学质量和教学效果。

参考文献：

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