電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新培養(yǎng)模式探索

劉 闖

(上?？萍即髮W(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 上海 201210)

0 引 言

電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程是給學(xué)生建立一個(gè)大電類科目的整體概念，不局限于一門課程，而且要求緊跟電類科學(xué)發(fā)展前沿，必須不斷更新變化，以引導(dǎo)學(xué)生興趣和啟發(fā)深入思考為主，訓(xùn)練學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)配合能力[1-4]。

本課程的目的在于克服現(xiàn)有不足，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新思維的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容。電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程在本科生大一第二學(xué)期開展，全員參加，2或3名同學(xué)自行組隊(duì)，按照30∶1選擇助教，且助教全部為上一屆參加過(guò)該課程的學(xué)生。本課程不僅培養(yǎng)參與學(xué)生對(duì)電類大平臺(tái)課程的興趣，同時(shí)也激發(fā)助教進(jìn)一步深化電類課程的思考能力，即為創(chuàng)新的培養(yǎng)模式。一屆學(xué)生完成電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程，篩選出其中優(yōu)秀者作為下一屆實(shí)驗(yàn)課程的助教，從聽課者角色轉(zhuǎn)換為授課者、課程案例的設(shè)計(jì)者，以此循環(huán)，不斷優(yōu)化課程案例和閉環(huán)培養(yǎng)機(jī)制[5-7]。

1 教學(xué)大綱

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)

電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程是信息學(xué)院開設(shè)的面向全體本科新生的大學(xué)入門導(dǎo)論課程，屬于通識(shí)必修課程，在大一年級(jí)下學(xué)期開設(shè)。該課程的主要宗旨及教學(xué)目標(biāo)，是通過(guò)前沿、靈活豐富的課程實(shí)驗(yàn)，將整個(gè)電類科目的概貌展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生對(duì)電類科學(xué)有一個(gè)初步的、直觀的整體認(rèn)識(shí)，為學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，找到自己喜歡的專業(yè)領(lǐng)域，并深入拓展該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

我校本科生培養(yǎng)按照“寬口徑、厚基礎(chǔ)、小規(guī)模、國(guó)際化”為原則，突出通、專、新三大培養(yǎng)特色。其中，“通”是指要培養(yǎng)學(xué)生在自然科學(xué)領(lǐng)域的多學(xué)科領(lǐng)悟能力，因此，要求全體本科學(xué)生在通識(shí)課中必修“數(shù)理化物工”5個(gè)方面內(nèi)容，電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程代表了其中的“工”[8-9]。

1.2 課程內(nèi)容

課程以實(shí)驗(yàn)方式介紹電子科學(xué)領(lǐng)域的基本概念，由“開關(guān)”的概念引入課程主題，介紹開關(guān)從機(jī)械開關(guān)、電氣開關(guān)(繼電器)、再到電子開關(guān)(晶體管)的演變過(guò)程。從晶體管開始鋪開講述電子線路及微電子學(xué)科基礎(chǔ)理論和基本概念，系統(tǒng)性的介紹如何用晶體管實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、數(shù)字狀態(tài)機(jī)及嵌入式系統(tǒng)等。課程設(shè)計(jì)致力于激發(fā)學(xué)生對(duì)于電子學(xué)科的興趣。

電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新1+1培養(yǎng)模式探索，必修課程，學(xué)時(shí)：36時(shí)；學(xué)分：1分。

電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程分為5次，每一次課程都給學(xué)生下發(fā)一個(gè)資料包，其中包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、注意事項(xiàng)、案例搭建視頻，學(xué)生能夠快速了解實(shí)驗(yàn)，并激發(fā)其興趣。

(1) 第1次課程。電路仿真，通過(guò)仿真軟件熟悉模擬與數(shù)字電路，完成一個(gè)有趣的任務(wù)，4學(xué)時(shí)。

(2) 第2次課程。給每1組下發(fā)器件盒，包括一定數(shù)量的電阻、電容、二極管、4011、4013等，提供2個(gè)案例：停電自鎖開關(guān)和光控路障閃爍警示燈，不限于案例，學(xué)生可使用器件自行設(shè)計(jì)其他案例。本次課程每一位同學(xué)提交一份報(bào)告，① 確定搭建案例能夠正常工作，② 分析其中的觸發(fā)邏輯，③ 開放題，思考4011和4013還有哪些應(yīng)用場(chǎng)合，8學(xué)時(shí)。

(3) 第3次課程。在第2次課程的基礎(chǔ)上，給每1組發(fā)放1塊Arduino開發(fā)套件和2只光電反射型傳感器RPR220。本次課程任務(wù)是搭建近似傳感器電路，分為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、搭建電路檢查和實(shí)驗(yàn)報(bào)告3部分。預(yù)習(xí)要求學(xué)生了解上拉電路的原理和作用；搭建電路檢查要求Arduino讀取傳感器RPR220在1～10 cm距離時(shí)反射的電壓，并改變上拉電阻后再進(jìn)行讀取；實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求填入讀取的數(shù)值，第3題具有開放性，學(xué)生可深入思考作答，8學(xué)時(shí)。

(4) 第4次課程。以音頻功率放大器為案例研究三極管的放大特性，詳述三極管的工作原理，每組完成案例，在實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，盡可能提升品質(zhì)因數(shù)。給學(xué)生引入濾波的概念，并明白實(shí)現(xiàn)功能與高品質(zhì)的區(qū)別，從產(chǎn)品研發(fā)的認(rèn)知進(jìn)入產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求分析計(jì)算所搭建的音頻功率放大電路，在實(shí)踐之后重新回到理論學(xué)習(xí)，反推對(duì)案例電路的品質(zhì)提高，8學(xué)時(shí)。

(5) 第5次課程。用一個(gè)簡(jiǎn)單的案例交給學(xué)生科學(xué)研究的方法，本次案例為研究發(fā)光二極管與光敏二極管的互相作用，改變發(fā)光二極管與光敏二極管的距離、改變發(fā)光二極管的亮度、改變環(huán)境光照等，Arduino輸入發(fā)光二級(jí)管的控制信號(hào)并讀取光敏二極管的輸入信號(hào)，對(duì)比研究光敏二極管的特性。本次課程不在于研究對(duì)象，而是教給學(xué)生對(duì)比的科學(xué)研究方法，學(xué)生可以發(fā)散思維盡可能多做改進(jìn)，8學(xué)時(shí)。

2 課程設(shè)計(jì)思想和組織形式

2.1 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)思想

電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容前沿新穎、與時(shí)俱進(jìn)。課程注重基礎(chǔ)扎實(shí)，內(nèi)容廣泛，知識(shí)必須前沿，實(shí)踐年年更新，保證學(xué)科全面而拓展，把最新最尖的信息領(lǐng)域動(dòng)態(tài)通俗易懂地介紹給學(xué)生，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)其對(duì)信息科學(xué)的興趣。

內(nèi)容豐富全面，作為入門導(dǎo)論課程主要由4部分組成，4個(gè)部分既獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，通過(guò)4部分的學(xué)習(xí)學(xué)生能對(duì)電類科學(xué)有一個(gè)初步的整體認(rèn)識(shí)。課程串聯(lián)起來(lái)并逐步遞進(jìn)，幫助學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手中將4部分內(nèi)容融會(huì)貫通[10-13]。

2.2 課程組織形式與教師教學(xué)、指導(dǎo)方法

(1) 教學(xué)相長(zhǎng)，全員人才培養(yǎng)模式。圍繞以教學(xué)和人才培養(yǎng)為核心任務(wù)的原則，電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程踐行了“全員人才培養(yǎng)立體化模式”的創(chuàng)新。該課程由實(shí)驗(yàn)課教師、高年級(jí)助教參與，分工協(xié)作，教學(xué)相長(zhǎng)，全方位培養(yǎng)學(xué)生。

特別是參與其中的學(xué)生助教既是專業(yè)培養(yǎng)的對(duì)象，又是人才培養(yǎng)的施與者。高年級(jí)學(xué)生通過(guò)擔(dān)任助教工作，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、作業(yè)批改、答疑課、討論課和一對(duì)一輔導(dǎo)中，拓展了知識(shí)理解、鍛煉了綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、提升了口頭表達(dá)和協(xié)調(diào)溝通能力，從而成為更為優(yōu)秀的專業(yè)人才[14-15]。

(2) 全過(guò)程跟蹤反饋式教學(xué)。電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程中2或3人為1組，8組學(xué)生配備1名助教，并采用任課老師為主導(dǎo)，助教為實(shí)施人的模式開設(shè)1次/周的討論課。通過(guò)大量的課后指導(dǎo)和答疑，不僅能夠及時(shí)解決學(xué)生在課上沒(méi)有消化的難點(diǎn)知識(shí)，更能全過(guò)程跟蹤同學(xué)們對(duì)課程知識(shí)的理解程度，反饋的信息可以方便老師實(shí)時(shí)調(diào)整講課計(jì)劃和內(nèi)容。

(3) 注重創(chuàng)新和開放性。給學(xué)生提供一個(gè)個(gè)豐富的案例資源，但不限于學(xué)生去完成案例，消化吸收案例中的知識(shí)后，鼓勵(lì)每個(gè)小組去創(chuàng)新案例。并且，每一次設(shè)計(jì)課程都具有開放性，每組學(xué)生深入下去都能夠做成一個(gè)課題，挖掘深處的發(fā)明創(chuàng)造和思維規(guī)律，形成專利和論文[16]。

3 問(wèn)卷調(diào)查

課程結(jié)束之后，對(duì)全體參加學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，以便于閉環(huán)反饋給下一學(xué)年優(yōu)化課程，本次問(wèn)卷樣本數(shù)量：205份。

(1) 你覺(jué)得本次實(shí)驗(yàn)課程是否有趣？設(shè)置選項(xiàng)為：A非常有趣；B有趣；C一般；D乏味，調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果。85.4%的同學(xué)肯定了課程的趣味性，12.7%同學(xué)認(rèn)為一般。

(2) 本次課程是否有收獲?設(shè)置選項(xiàng)為：A很有收獲；B有收獲；C一般；D收獲很少。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果84.9%的同學(xué)都肯定了課程收獲，而較為負(fù)面反應(yīng)同學(xué)占15.1%，翻閱這部分同學(xué)的實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，都反應(yīng)出潦草、馬虎，態(tài)度不夠認(rèn)真，對(duì)課程并未投入心力，這種狀態(tài)學(xué)習(xí)任何課程都難有收獲。

(3) 你是否用開發(fā)板和配套器件做了其他課程外的嘗試？設(shè)置選項(xiàng)為：A沒(méi)有，占比53.2%；B有，占比46.8%。翻閱學(xué)生們的問(wèn)卷結(jié)果，可以很明顯地發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，凡是能夠用開發(fā)板和配套器件做了其他課程外的嘗試，這部分同學(xué)每一次課程完成較好，實(shí)驗(yàn)報(bào)告認(rèn)真。而超過(guò)一半同學(xué)仍按部就班完成課程布置，這是下一年課程的優(yōu)化方向，如何在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和報(bào)告中引入開放性，將所有同學(xué)的積極性調(diào)動(dòng)起來(lái)。

(4) 你覺(jué)得本次課程發(fā)放設(shè)備、課堂確認(rèn)的方式是否合理有效？設(shè)置選項(xiàng)為：A很有效可多做嘗試，占比69.3%；B相較于設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室中更合理，占比22.0%；C一般，占比8.8%；D發(fā)與不發(fā)沒(méi)什么區(qū)別，占比0.0%。本題調(diào)查的結(jié)果很明確，實(shí)驗(yàn)課程最優(yōu)方式是將實(shí)驗(yàn)所需的器件提前下發(fā)，可供學(xué)生們自行嘗試，課堂確認(rèn)。這種方式效率很高，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率高，教師的教學(xué)效率也高。每一個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)所需器材能夠打包并且設(shè)計(jì)為課下能完成，很有必要。最為常用的信號(hào)源和示波器可簡(jiǎn)化為虛擬儀器，借助學(xué)生個(gè)人電腦和采集卡實(shí)現(xiàn)。

(5) 你覺(jué)得3人1組自行組隊(duì)的方式是否合理？設(shè)置選項(xiàng)為：A很合理有效分配任務(wù)，占比70.7%；B 3個(gè)人不好協(xié)調(diào)合作，占比6.8%；C兩個(gè)人更佳，占比19.0%；D我喜歡單打獨(dú)斗，占比3.4%。本題調(diào)查具有主觀偏向，組隊(duì)方式可以更為靈活，可在下一學(xué)年課程中優(yōu)化。

4 結(jié) 語(yǔ)

與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備與教學(xué)方法相比，電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新培養(yǎng)模式探索，逐步建立一個(gè)電類導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課程案例庫(kù)，每一個(gè)案例包括指導(dǎo)書、報(bào)告、理論相關(guān)知識(shí)、注意事項(xiàng)、案例視頻，每一年課程更新案例，這些案例啟發(fā)每一屆學(xué)生，學(xué)生作為下一屆助教反過(guò)來(lái)發(fā)揮創(chuàng)造性再補(bǔ)充案例庫(kù)，形成良性循環(huán)。課程結(jié)束后，對(duì)學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查，以閉環(huán)反饋，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)和組織方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)具備開放性，學(xué)生的思維都能夠得到訓(xùn)練和提升。不是簡(jiǎn)單地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，輔導(dǎo)學(xué)生完成一系列發(fā)散思維的實(shí)驗(yàn)后，能夠?qū)δ骋粋€(gè)問(wèn)題深入思考和研究，得出一些創(chuàng)造性成果。