基于STEAM理念的“數(shù)字電路” 課程教學(xué)探索

賀付亮 王世元 樊利

摘? ? 要：在新工科建設(shè)背景下，為了解決“數(shù)字電路”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式不適應(yīng)于“卓越工程師”培養(yǎng)要求的矛盾，文章提出在課程教學(xué)中融入STEAM教育理念，分別從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和校企協(xié)同教育等方面開(kāi)展課程教學(xué)改革的研究與探索，并闡述了基于STEAM教育理念的課程教學(xué)設(shè)計(jì)案例，希望以此為契機(jī)，開(kāi)拓出符合新時(shí)代電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的新模式。

關(guān)鍵詞：STEAM;數(shù)字電路;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2021）05-0019-05

作為高等院校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修學(xué)科基礎(chǔ)課程，“數(shù)字電路”在電子工程師的培養(yǎng)體系中起著

根基作用。該課程的教學(xué)目標(biāo)，一方面是在整個(gè)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)體系中發(fā)揮基礎(chǔ)性作用，幫助學(xué)生建立針對(duì)復(fù)雜數(shù)字電子系統(tǒng)的工程實(shí)踐能力，另一方面則是對(duì)學(xué)生的職業(yè)生涯進(jìn)行啟蒙，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入電子芯片行業(yè)。近年來(lái)，以新基建、新產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)為特征的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)電子信息工程專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)提出了巨大挑戰(zhàn)。為了主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，主動(dòng)布局未來(lái)工程人才的培養(yǎng)，教育部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合中國(guó)工程院在2018年9月發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》（教高〔2018〕3號(hào)），提出的“卓越工程師”的培養(yǎng)方式有著鮮明的特點(diǎn)：更加偏重于面向工業(yè)發(fā)展需求的實(shí)踐及創(chuàng)新思考能力的訓(xùn)練;需要引入工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)創(chuàng)新工科教學(xué)模式;大力支持企業(yè)深層次加入到“新工科”人才的培養(yǎng)中，提高行業(yè)參與度。在此背景下，傳統(tǒng)數(shù)字電路課程的教學(xué)模式劣勢(shì)凸顯，無(wú)論是其教學(xué)理念還是教學(xué)方式都存在著很多與“卓越工程師”培養(yǎng)理念不符合的地方，亟待改革。

基于此，本文提出將STEAM教育理念融入到當(dāng)前的“數(shù)字電路”課程教學(xué)中，進(jìn)一步深化該課程的教學(xué)改革?；赟TEAM理念的“數(shù)字電路”課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)在知識(shí)體系框架下開(kāi)展工程任務(wù)式情境學(xué)習(xí)，倡導(dǎo)主動(dòng)式、探究式的學(xué)習(xí)方式，從而解決傳統(tǒng)教學(xué)方式不適應(yīng)于培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、開(kāi)拓實(shí)踐水平高的“卓越電子工程師”的問(wèn)題。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前，“數(shù)字電路”課程在國(guó)內(nèi)各大高等院校的電

子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)均有開(kāi)設(shè)，“愛(ài)課程（中國(guó)大學(xué)MOOC）”

“學(xué)堂在線”等在線開(kāi)放課程平臺(tái)上也推出了國(guó)防科技大學(xué)的“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”等精品課程。這些課程都在不同方面體現(xiàn)了各個(gè)高校在“新工科”建設(shè)背景下，在“數(shù)字電路”課程的教學(xué)改革上取得的研究成果。南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院以工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)，以MOOC和雨課堂完善“數(shù)字電路”理論課程的教學(xué)，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)[1]。浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院根據(jù)金字塔理論和協(xié)同論，提出了“數(shù)字電路”多課堂協(xié)同的教學(xué)模式[2-3]。國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院在“數(shù)字電路”課程實(shí)施中推出了基于真實(shí)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的案例式教學(xué)方法，并在學(xué)生工程能力培養(yǎng)上取得了顯著成效[4]。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院將成果向?qū)Ы逃∣utcome-based education，

OBE）融入到數(shù)字電路課程中，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行了改革[5]。黑龍江大學(xué)電子信息工程學(xué)院在課程教學(xué)上采用了“小規(guī)模限制性在線課程（Small Private Online Course，SPOC）”教

學(xué)模式，提高了學(xué)生的課堂參與度[6]。南京郵電大學(xué)、宿遷學(xué)院等高校則展開(kāi)了思政教育融入數(shù)字電路課堂的探索[7-8]。

從上述教學(xué)研究成果中可以看到，傳統(tǒng)的“數(shù)字電路”課程教學(xué)模式存在以下問(wèn)題：重知識(shí)傳授、單向灌輸，學(xué)生缺乏探索能力和創(chuàng)新思維;注重知識(shí)體系，忽視工程實(shí)踐的問(wèn)題導(dǎo)向，學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力差;工業(yè)企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)參與人才培養(yǎng)的機(jī)會(huì)少。這些相關(guān)問(wèn)題需要在當(dāng)前的教學(xué)改革研究中，通過(guò)理念和方法上的創(chuàng)新來(lái)加以解決。

二、STEAM教育理念在課程實(shí)施中的作用

STEAM教育理念起源于20世紀(jì)80年代，是由美國(guó)政府提出的一項(xiàng)教育改革計(jì)劃，旨在提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力，為國(guó)家培養(yǎng)多元性復(fù)合型工程技術(shù)人才，后來(lái)逐漸在世界各國(guó)興起[9-10]。STEAM教育是一種超越傳統(tǒng)的教育模式，采用跨學(xué)科的方法，以發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為核心內(nèi)容，有機(jī)融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、人文精神（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）等多學(xué)科知識(shí)[11-13]，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為形式，強(qiáng)調(diào)通過(guò)構(gòu)建真實(shí)任務(wù)情景，讓學(xué)生在實(shí)踐中習(xí)得理論知識(shí)、動(dòng)手能力、理性思維、創(chuàng)新意識(shí)以及團(tuán)隊(duì)合作等能力。教師成為任務(wù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)者、活動(dòng)的組織者和學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，其角色走向多元化，從而使得學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力和獨(dú)立實(shí)踐能力得到極大程度的提升。這一理念十分契合當(dāng)前“新工科”背景下“卓越工程師”培養(yǎng)的需求。以STEAM教育理念為指導(dǎo)，以“數(shù)字電路”課程為實(shí)體依托，使之相互碰撞，可形成如圖1所示的教學(xué)模式，以此模式或可解決當(dāng)前“數(shù)字電路”課程教學(xué)中存在的一系列問(wèn)題，從而達(dá)到培養(yǎng)當(dāng)前行業(yè)需要的“卓越電子工程師”的初衷。

（一）以學(xué)生為中心、以教師為多元化角色的教學(xué)方式

STEAM教育拋棄了傳統(tǒng)課堂中教師占主體、教師是課堂的領(lǐng)導(dǎo)者和灌輸者的觀念，而強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、以學(xué)生為課堂的主角，教師只是導(dǎo)演或者編劇的角色。整個(gè)教學(xué)過(guò)程是任務(wù)設(shè)計(jì)、活動(dòng)組織和引導(dǎo)參與的融合。筆者將這一理念融入到“數(shù)字電路”的教學(xué)實(shí)施中，創(chuàng)新教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)式、探究式的學(xué)習(xí)能力，從而解決傳統(tǒng)教學(xué)方式不適應(yīng)“卓越工程師”培養(yǎng)要求的問(wèn)題。

筆者對(duì)照“數(shù)字電路”的課程大綱，將教學(xué)內(nèi)容按其特點(diǎn)重新規(guī)劃，數(shù)字邏輯理論知識(shí)偏重理論分析和計(jì)算，數(shù)字邏輯器件及系統(tǒng)設(shè)計(jì)偏重工程實(shí)踐應(yīng)用，因此探索采用教師授課結(jié)合與自主研討融合的“半翻轉(zhuǎn)

課堂”教學(xué)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)。數(shù)字邏輯理論知識(shí)的教學(xué)采用引導(dǎo)授課的教學(xué)模式：課前，教師發(fā)布學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)小組自學(xué)完成前導(dǎo)作業(yè)，并提出相關(guān)問(wèn)題;課堂內(nèi)，教師以提出案例、引導(dǎo)和歸納與學(xué)生互動(dòng)，幫助學(xué)生理清知識(shí)結(jié)構(gòu)脈絡(luò)，幫助學(xué)生解決自學(xué)中存在的問(wèn)題;課后，教師提出相關(guān)知識(shí)研究性課題，鼓勵(lì)學(xué)生探究更深入的課程前沿問(wèn)題。數(shù)字邏輯器件及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)采用以項(xiàng)目實(shí)踐的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模

式：課前，教師制定開(kāi)放性的實(shí)踐題目，提出相關(guān)設(shè)計(jì)需求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生以小組為單位查閱資料，自學(xué)軟件編程技術(shù)和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，確定“數(shù)字電路”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案;課堂內(nèi)，以學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐為教學(xué)模式，教師輔助答疑，師生共同探究系統(tǒng)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題;課后，教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)價(jià)，測(cè)試反饋，師生互動(dòng)總結(jié)。

（二）設(shè)計(jì)任務(wù)式情境來(lái)開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，以跨學(xué)科角度解讀課程內(nèi)容

STEAM教育的初衷就是為了讓學(xué)生能夠體驗(yàn)生產(chǎn)生活中的真實(shí)情景，在任務(wù)式的工程問(wèn)題中開(kāi)展研究，這樣才能帶來(lái)“最理想、最有品質(zhì)”的課堂。以工程問(wèn)題導(dǎo)向式的模式重新構(gòu)建“數(shù)字電路”的教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容有效融入生活情境，例如“冰箱的恒溫控制是如何實(shí)現(xiàn)的”“為什么手機(jī)會(huì)從模擬信號(hào)傳輸模式演進(jìn)到數(shù)字信號(hào)傳輸模式”等等。將學(xué)生在生活中常遇到的工程問(wèn)題直接搬上課堂，綜合數(shù)學(xué)、科學(xué)、人文等多學(xué)科角度進(jìn)行解讀，以生動(dòng)而有效的方式解析課程知識(shí)點(diǎn)，從而解決傳統(tǒng)教學(xué)中課程內(nèi)容生硬、乏味，與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)“數(shù)字電路”教學(xué)內(nèi)容的深入分析，以任務(wù)式情境對(duì)原課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，融入“現(xiàn)代數(shù)字電路系統(tǒng)需求分析、功能設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用”的背景之中，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近現(xiàn)實(shí)需要，著重于“卓越電子工程師”綜合能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)熱情和職業(yè)興趣。

引入工程問(wèn)題導(dǎo)向式理念，重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容。采用大量行業(yè)工程實(shí)例，以生活化的方式引入課堂，使授課內(nèi)容更加有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。讓學(xué)生在問(wèn)題中思考，在討論中學(xué)習(xí)，在應(yīng)用中理解數(shù)字電路知識(shí)，從而建立起適應(yīng)于現(xiàn)代工程教育理念的課程知識(shí)體系，切實(shí)做到由“以教為中心”向“以學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變。將傳統(tǒng)的課程作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維培養(yǎng)、工程能力訓(xùn)練的實(shí)作任務(wù)。例如，將“數(shù)字電路”課程中所涉及的投票表決器這一知識(shí)點(diǎn)，引入到開(kāi)展社會(huì)公共議題的民主調(diào)研時(shí)，需要在“投票與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)”這一現(xiàn)實(shí)需求中，來(lái)開(kāi)展任務(wù)式情景教學(xué)。學(xué)校應(yīng)提供給學(xué)生針對(duì)研習(xí)任務(wù)的實(shí)踐環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐素質(zhì)、合作協(xié)同精神和知識(shí)遷移能力。在考核中，工程實(shí)踐性、創(chuàng)新性實(shí)作任務(wù)的成績(jī)占平時(shí)成績(jī)的比重不低于60%。

（三）構(gòu)建項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)課題，建立創(chuàng)新、協(xié)作和效能的過(guò)程性評(píng)價(jià)機(jī)制

STEAM教育以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)為主要教學(xué)方式，旨在讓學(xué)習(xí)者從項(xiàng)目的探索體驗(yàn)中發(fā)展解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、溝通協(xié)作等能力?！皵?shù)字電路”是帶有工程實(shí)踐性質(zhì)的課程，需要學(xué)生動(dòng)手操作才能掌握系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的基本技能。各大高等院校都通過(guò)開(kāi)設(shè)配套實(shí)驗(yàn)課程，以強(qiáng)化學(xué)生的“數(shù)字電路”工程實(shí)踐能力。筆者從STEAM項(xiàng)目與問(wèn)題體驗(yàn)式學(xué)習(xí)出發(fā)，重新構(gòu)建課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以開(kāi)放性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題替代傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課題，增加與工程應(yīng)用聯(lián)系密切的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)課題，以創(chuàng)新、協(xié)作、效能以及任務(wù)完成度等方面的過(guò)程性評(píng)價(jià)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的成績(jī)判定，從而解決在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，缺乏工程訓(xùn)練真實(shí)性，創(chuàng)新素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)能力等綜合水平培養(yǎng)不足的問(wèn)題。

加大靈活性、開(kāi)放性高的如“口袋實(shí)驗(yàn)室”“虛擬實(shí)驗(yàn)室”的建設(shè)，構(gòu)建以“設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)”為特色的開(kāi)放性、體驗(yàn)式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、職業(yè)素養(yǎng)等內(nèi)容融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加貼近工程實(shí)際。支持和鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)踐性較強(qiáng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽參與等研學(xué)活動(dòng)，獲得學(xué)科知識(shí)和工程能力。實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定采用開(kāi)放的過(guò)程式評(píng)價(jià)，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案，從創(chuàng)新、協(xié)作等維度評(píng)定成績(jī)，鼓勵(lì)學(xué)生提出新想法、新方案和新結(jié)論。所制定的項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)比重不低于60%。

（四）產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人，以思政教育方式啟迪

電子工程師的初心

STEAM教育強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。對(duì)于高等院校的工科教育來(lái)說(shuō)，讓行業(yè)內(nèi)知名企業(yè)參與教學(xué)過(guò)程，開(kāi)展產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人，讓教學(xué)實(shí)現(xiàn)從工程應(yīng)用中來(lái)，到工程應(yīng)用中去，無(wú)疑是升華STEAM理念，培養(yǎng)卓越電子工程師的最好途徑。如此一來(lái)，也有效解決了電子企業(yè)深度參與學(xué)生工程教育的問(wèn)題。

“數(shù)字電路”課程實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人的途徑，以申請(qǐng)“教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目”為支撐，緊密聯(lián)系數(shù)字電子技術(shù)、可編程邏輯器件等行業(yè)領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，開(kāi)展基于“數(shù)字電路”課程的教學(xué)改革、師資培訓(xùn)、新工科建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項(xiàng)目的申報(bào)與實(shí)施。以教改研究為契機(jī)，探索校企聯(lián)合、多方協(xié)同育人的模式，構(gòu)建實(shí)施符合“新工科”發(fā)展指南的一系列產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目。注重學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)，充分發(fā)揮學(xué)生的天賦特長(zhǎng)，探索新的實(shí)習(xí)模式，建設(shè)產(chǎn)學(xué)合作的面向“新工科”的工程實(shí)踐教育體系與實(shí)踐平臺(tái)。 支持學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)踐中選用最新數(shù)字電子技術(shù)、EDA技術(shù)和廠商研發(fā)的新型產(chǎn)品，參與行業(yè)關(guān)注度高的各類(lèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，爭(zhēng)取企業(yè)資助與支持。探索推進(jìn)以“數(shù)字電路”為核心，延伸出的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)客空間實(shí)踐等活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)課程應(yīng)用和工程實(shí)踐能力的深度拓展，開(kāi)展產(chǎn)學(xué)合作的課程建設(shè)。

STEAM教育同時(shí)強(qiáng)調(diào)以人文精神（Arts）指引科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育，這也契合當(dāng)前思政教育融入專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)之中的思想。讓企業(yè)與高校共同參與“卓越工程師”的培養(yǎng)，同時(shí)也讓學(xué)生提前接觸社會(huì)行業(yè)領(lǐng)域，以親身體驗(yàn)的方式形成自我的社會(huì)價(jià)值觀。在“數(shù)字電路”課程中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人，可形成“人文精神（Arts）+數(shù)字電路技術(shù)工程實(shí)踐”的模式，以思政教育將學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程有機(jī)結(jié)合于我國(guó)在數(shù)字芯片設(shè)計(jì)與制造等方面的重大戰(zhàn)略需求、國(guó)外對(duì)我國(guó)在先進(jìn)數(shù)字芯片技術(shù)上的封鎖和“卡脖子關(guān)鍵技術(shù)”問(wèn)題等一系列時(shí)代背景中。在校企協(xié)同教學(xué)中，除了解決學(xué)生“學(xué)什么”以外，更加重視解決學(xué)生“為什么學(xué)”“學(xué)了能做什么”等問(wèn)題，從而達(dá)到啟迪電子工程師初心的目的。

三、融入STEAM教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)樣例

從STEAM教育理念出發(fā)，按照以學(xué)生為中心、任務(wù)式情境的學(xué)習(xí)形式，融入產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人、思政教育等思想，西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院“數(shù)字電路”課程組從教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容到文案設(shè)計(jì)等方面對(duì)該課程進(jìn)行了重新建構(gòu)。本文以課程中“施密特觸發(fā)器的基本原理與應(yīng)用”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)作為樣例，展示課程組重新構(gòu)建的、融入STEAM教育理念的“數(shù)字電路”課程實(shí)施方法。

（一）課程分析

“施密特觸發(fā)器的基本原理與應(yīng)用”一節(jié)的教學(xué)目標(biāo)是：使學(xué)生掌握施密特觸發(fā)器的基本原理與應(yīng)用。它是在學(xué)生掌握了各類(lèi)觸發(fā)器的基本電路結(jié)構(gòu)和工作原理之后，在了解了脈沖信號(hào)的分類(lèi)以及主要參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握常用的、典型的、應(yīng)用于脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形的數(shù)字電路器件——施密特觸發(fā)器。課程內(nèi)容為后續(xù)其他典型的脈沖產(chǎn)生與整形電路（單穩(wěn)態(tài)電

路、多諧振蕩電路和555時(shí)基電路）的學(xué)習(xí)提供了基本模式和理論基礎(chǔ)。因此，本節(jié)課有承前啟后的作用，是“數(shù)字電路”課程的重要內(nèi)容之一。

該節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握施密特觸發(fā)器電路的分析、設(shè)計(jì)與應(yīng)用。其教學(xué)難點(diǎn)是讓學(xué)生從數(shù)字邏輯關(guān)系的數(shù)學(xué)（Mathematics）角度，從電路基本原理的技術(shù)（Technology）角度，深度理解由門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的工作原理。最終的教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)將從工程（Engineering）的角度，融合思政教育背景落地到施密特觸發(fā)器的工程實(shí)踐應(yīng)用。

（二）教學(xué)目標(biāo)

為了更好地詮釋教材的理念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，課程組確立了如下三個(gè)層次的教學(xué)目標(biāo)。

1.知識(shí)目標(biāo)：理解施密特觸發(fā)器工作原理。

2.能力目標(biāo)：掌握施密特觸發(fā)電路的分析、設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法。

3.情感目標(biāo)：讓學(xué)生理解在工程實(shí)踐中，施密特觸發(fā)電路有著廣泛應(yīng)用，充分認(rèn)識(shí)到數(shù)字電子技術(shù)在智能化、信息化產(chǎn)業(yè)中的重要地位。培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、擅于分析的習(xí)慣與能力，能用所學(xué)所獲解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。使學(xué)生樹(shù)立起“現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)是當(dāng)前智能化、信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)支撐之一”這一基本觀

點(diǎn)，理解數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造在“中國(guó)制造2025”等國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃中的重要地位，號(hào)召學(xué)生在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域要具有攻堅(jiān)克難的科學(xué)精神和自強(qiáng)不息的愛(ài)國(guó)情懷。

（三）教學(xué)策略

在STEAM教育理念指導(dǎo)下，建立起該節(jié)課程的教學(xué)策略如表1所示，教師組織引導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)參與，以期實(shí)現(xiàn)以體驗(yàn)為主的課程學(xué)習(xí)模式。

（四）教學(xué)過(guò)程

按照上述教學(xué)策略，“施密特觸發(fā)器的基本原理與應(yīng)用”一節(jié)的具體教學(xué)過(guò)程如表2所示。課程組將該節(jié)的實(shí)施過(guò)程按照課程大綱要求分解為6個(gè)子任務(wù)，針對(duì)各個(gè)子任務(wù)的特點(diǎn)采用不同的教學(xué)策略，使得STEAM教育理念能全面融入到課程教學(xué)之中，從而達(dá)到“卓越工程師”教育培養(yǎng)計(jì)劃的要求。

四、總結(jié)

從國(guó)家提出的“新工科”建設(shè)和“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的高等工程教育要求出發(fā)，將當(dāng)前“數(shù)字電路”課程的教學(xué)目標(biāo)定位到面向“中國(guó)制造2050”等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求中，面向中國(guó)智能化、信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為數(shù)字集成電路與芯片等行業(yè)輸送具有強(qiáng)烈職業(yè)愿景、優(yōu)秀職業(yè)素養(yǎng)和扎實(shí)工程實(shí)踐能力的電子工程技術(shù)人才。要想實(shí)現(xiàn)這一課程新目標(biāo)，STEAM教育理念無(wú)疑是重要途徑之一。秉承STEAM教育思想，對(duì)數(shù)字電路課程進(jìn)行教學(xué)改革，以學(xué)科知識(shí)和工程能力為載體，以學(xué)生為中心，充分利用“線上MOOC學(xué)習(xí)+半翻轉(zhuǎn)課堂”的創(chuàng)新授課方式，以工程問(wèn)題導(dǎo)向式的真實(shí)任務(wù)情景開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。開(kāi)展編撰面向工程實(shí)踐的“設(shè)

計(jì)—實(shí)現(xiàn)”式“數(shù)字電路”實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生基于“口袋實(shí)驗(yàn)室”的個(gè)性化、項(xiàng)目制“數(shù)字電路”實(shí)驗(yàn)課題的開(kāi)展。通過(guò)建立數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)企業(yè)的校外實(shí)踐基地，與國(guó)內(nèi)著名數(shù)字集成電路、芯片公司開(kāi)展校企合作、聯(lián)合授課等方式，將學(xué)生的課程實(shí)踐延伸至創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽等領(lǐng)域，有效提升學(xué)生在復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和制造上的能力。這一凝結(jié)STEAM教育理念的“數(shù)字電路”課程教學(xué)模式在“西南大學(xué)線上線下混合式國(guó)家級(jí)一流本科課程建設(shè)項(xiàng)目”支持下，在西南大學(xué)2018級(jí)電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用。從教務(wù)系統(tǒng)的在線評(píng)教調(diào)研上看，學(xué)生的平均課程滿(mǎn)意度達(dá)到了93.61%，比往屆學(xué)生評(píng)價(jià)高出了3個(gè)百分點(diǎn)。從課程期末總評(píng)成績(jī)上看，學(xué)生成績(jī)的優(yōu)良比率達(dá)到了87.56%，證明課改大幅度提升了學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化效率。在今后的教學(xué)中，探索如何更加科學(xué)地融合STEAM教育理論和“數(shù)字電路”課程知識(shí)，更加有效地整合工程技能實(shí)踐，更加充分地發(fā)揮產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人的作用，將成為該課程持續(xù)性教學(xué)改革的重要方向。

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