新工科背景下“電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探索

王 偉

(東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，江蘇 南京210096)

0 引言

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展和“一帶一路”、“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略實施，我國于2017年正式啟動新工科建設(shè)。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征[1]。新工科既指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，如人工智能、機器人，又指傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造[2]。

電子技術(shù)對很多非電類傳統(tǒng)工科專業(yè)升級改造起到了重要的推動作用[3～4]。在新工科背景下，電子技術(shù)對于非電類工科專業(yè)愈發(fā)重要。因此，國內(nèi)多數(shù)非電類工科專業(yè)開設(shè)了“電子技術(shù)”課程。按照電子信號的類型不同，電子技術(shù)又可以進一步細分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。對于電類專業(yè)，通常設(shè)置“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”兩門獨立課程進行相關(guān)內(nèi)容講解；而對于非電類專業(yè)，則通常只開設(shè)一門“電子技術(shù)”課程，但是內(nèi)容同樣涵蓋模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。作為一門面向非電類專業(yè)開設(shè)的理論性和實踐性并重的技術(shù)基礎(chǔ)課程，“電子技術(shù)”課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得電子技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能、為學(xué)習(xí)有關(guān)后續(xù)課程和電子技術(shù)在本行業(yè)的應(yīng)用打好基礎(chǔ)[5]。

然而，傳統(tǒng)的“電子技術(shù)”課程教學(xué)方法在實踐中出現(xiàn)了兩個比較棘手的現(xiàn)實問題。首先，傳統(tǒng)“滿堂灌、填鴨式”授課方式在課時顯著壓縮的背景下大大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。以我校為例，“電子技術(shù)”課程只有48個學(xué)時，而電類專業(yè)“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”兩門課程合計有128個學(xué)時。其次，非電類專業(yè)在“電子技術(shù)”課程結(jié)束后普遍沒有大量的后續(xù)課程進行銜接，學(xué)生難以獲得解決本專業(yè)實際工程問題的成就感。上述兩個現(xiàn)實問題使得許多非電類專業(yè)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)缺乏興趣，從而影響了課程教學(xué)質(zhì)量。

“電子技術(shù)”課程傳統(tǒng)教學(xué)方法顯然無法滿足新工科人才培養(yǎng)的要求。為此，本文以作者三年來“電子技術(shù)”課程的教學(xué)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，介紹了在應(yīng)對上述兩大現(xiàn)實問題時所采取的相關(guān)做法，以期為國內(nèi)同行提供新的思路、參考與借鑒。

1 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

在課時顯著壓縮的情況下，如果還是延續(xù)以往在課堂上講解全部知識點的傳統(tǒng)授課方式的話，只能對所有知識點采取蜻蜓點水的方式，難以做到重難點突出，從而大大增加了學(xué)生對于相關(guān)知識點的理解難度，進而打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容的首要任務(wù)是給課堂減負，使得教師可以有更從容的課堂時間去講解相關(guān)知識點。但是，減負并不意味著大幅削減課程教學(xué)內(nèi)容。優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容主要從兩方面著手：一方面，壓減與其他課程類似或者重復(fù)的內(nèi)容；另一方面，課堂僅講授主要知識點，一般知識點留給學(xué)生自學(xué)。

1.1 壓減課程教學(xué)內(nèi)容

如圖1所示，我?！半娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)大綱原先包含十章授課內(nèi)容?？紤]到“電力電子技術(shù)”是電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課，而“存儲器和可編程邏輯器件”一般會在電類專業(yè)的計算機相關(guān)課程中進行系統(tǒng)講解，故上述兩章內(nèi)容不再列入“電子技術(shù)”教學(xué)大綱。作為補充，引導(dǎo)學(xué)生通過中國大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線等在線視頻資源自學(xué)。將有限的課時集中在電子技術(shù)的核心內(nèi)容上。

圖1 課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整示意圖

1.2 知識點分級

針對非電類專業(yè)的特點，將與專業(yè)關(guān)聯(lián)性較大且自學(xué)難度較大的知識點設(shè)為主要知識點，其他內(nèi)容設(shè)為次要知識點。主要知識點在課堂上予以重點講解，而次要知識點根據(jù)授課時間做一定取舍。例如，在集成運算放大器這一章，原本加法運算、減法運算、積分運算和微分運算都要講解。但是，考慮到加法運算與減法運算、積分運算與微分運算具有一定的類似性，故最后在課堂上只講解加法運算和積分運算，而減法運算和微分運算留作學(xué)生課后自學(xué)。借助微信群等手段對次要知識點的課外學(xué)習(xí)進行指導(dǎo)。需要指出的是，不管是主要知識點，還是次要知識點，都是要求學(xué)生掌握的課程教學(xué)內(nèi)容。

通過上述兩方面對課程教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，使得在有限課時條件下對課程教學(xué)內(nèi)容的講解更加從容，也在一定程度上調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

2 提升學(xué)習(xí)獲得感

非電類專業(yè)學(xué)生對“電子技術(shù)”課程普遍興趣不高的一個重要原因是難以將該課程與其所學(xué)專業(yè)直接關(guān)聯(lián)，難以直接感受該課程對所學(xué)專業(yè)的支撐作用。另一方面，目前通常是電類專業(yè)教師在給非電類專業(yè)學(xué)生講授“電子技術(shù)”課程，二者專業(yè)背景上的差異進一步割裂了“電子技術(shù)”課程與學(xué)生所學(xué)專業(yè)之間的聯(lián)系。針對這一問題，本課程主要從兩方面進行了改革。一方面，與學(xué)生的專業(yè)教師加強溝通，基于學(xué)生的專業(yè)方向建立微課題資源庫，通過研究性學(xué)習(xí)增強“電子技術(shù)”課程與學(xué)生專業(yè)的關(guān)聯(lián)度；另一方面，通過流動助教制度營造班級爭先進位的良好氛圍，用優(yōu)秀學(xué)生影響其他學(xué)生。

2.1 基于微課題的研究性學(xué)習(xí)

作者屬于電氣工程及其自動化專業(yè)，授課對象為熱能與動力工程專業(yè)。不同的專業(yè)背景顯然不利于教師通過專業(yè)引導(dǎo)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提升學(xué)習(xí)獲得感，作者在我校熱能與動力工程專業(yè)教師的協(xié)助下，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景建立了相應(yīng)的微課題資源庫，并在此基礎(chǔ)上開展了研究性學(xué)習(xí)的探索，以期讓學(xué)生能夠直觀感受到本課程對于他們專業(yè)的支撐作用。截止到目前為止，本課程已經(jīng)建立了如圖2所示的微課題資源庫。

圖2 微課題資源庫

在每學(xué)期開始的時候，全體學(xué)生(大概50～60人)自由組成若干個研究小組，每個小組包括6～8名同學(xué)，并推舉出一名同學(xué)作為組長。每個研究小組從微課題資源庫中選擇一個自己感興趣的微課題，并制定詳細的研究方案。每月提交一次研究進展月報。在期末的時候，每個研究小組結(jié)合課程所學(xué)內(nèi)容進行微課題結(jié)題答辯。最后，結(jié)合研究月報、結(jié)題答辯等情況評定微課題成績。具體流程如圖3所示。

圖3 研究性學(xué)習(xí)實施方案

2.2 流動助教制度

為了進一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)獲得感，同時也為了讓優(yōu)秀學(xué)生激勵其他學(xué)生，本課程每次課后作業(yè)批改完成后均會邀請作業(yè)完成情況最好或者進步最顯著的一位學(xué)生作為流動助教，在課堂上向全體學(xué)生講解課后作業(yè)。為了鼓勵流動助教，在考核給予一定的附加分獎勵。

3 改革考核方式

結(jié)合研究性學(xué)習(xí)、流動助教、平時考勤、課后作業(yè)、期末考試等環(huán)節(jié)，本課程對考核方式進行了如表1所示的改革。將期末考試的比重從90%降到80%，保持課后作業(yè)和平時考勤5%的比重不變，增加了10%的研究性學(xué)習(xí)比重和一次1分的流動助教附加分。通過考核方式的改革，增加了過程考核的比重，尤其是增加了研究性學(xué)習(xí)和流動助教的激勵作用。

表1 考核方式改革前后對比

4 效果評估

為了寫出高質(zhì)量的微課題研究報告，各個研究小組在整個課程學(xué)習(xí)過程需要經(jīng)常討論，加強了互幫互助的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊意識。因為所研究的微課題都是緊密結(jié)合相關(guān)專業(yè)進行設(shè)計的，所以學(xué)生普遍表現(xiàn)出了比較大的興趣。(王 偉等文)

另一方面，流動助教制度提高了學(xué)生課后作業(yè)的完成質(zhì)量，對于鞏固課程教學(xué)效果起到了較大作用。在上述兩方面的共同作用下，課程教學(xué)效果得到了明顯提升。教學(xué)改革前，2016-2017年的課程平均分為61分，課程不及格率為28%。教學(xué)改革后，2017-2018學(xué)年和2018-2019學(xué)年的課程平均分分別為78分和71分，課程不及格率分別為11%和17%。上述數(shù)據(jù)表明，“電子技術(shù)”課程的教學(xué)改革取得了較為明顯的效果。

5 結(jié)語

本文介紹了新工科背景下“電子技術(shù)”課程的教學(xué)改革方法，闡述了研究性學(xué)習(xí)的實施方案和流動助教制度，并對考核方式進行了改革，通過三年的教學(xué)效果對比證明了該方法的有效性。本文對其他工科課程的教學(xué)改革具有借鑒意義。