應(yīng)用物理專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程改革的初探

于瑩瑩 孫 波

（長江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

0 引言

2018年5 月，教育部印發(fā)的《關(guān)于開展“三全育人”綜合改革試點工作的通知》（教思政廳函〔2018〕15號）中指出：全面統(tǒng)籌辦學(xué)治校各領(lǐng)域、教育教學(xué)各環(huán)節(jié)、人才培養(yǎng)各方面的育人資源和育人力量，推動全體教職員工把工作的重心和目標(biāo)落在育人成效上，推動實現(xiàn)知識教育與價值塑造、能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建中觀的一體化育人體系[1]。在三全育人的背景下，本文從筆者所在學(xué)院的應(yīng)用物理專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)課程的講授和實踐環(huán)節(jié)中，總結(jié)出針對該專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程改革的幾點思考。

1 應(yīng)用物理專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程改革的必要性

應(yīng)用物理專業(yè)是以強(qiáng)大的數(shù)理知識為基石，建立物理與高新技術(shù)的結(jié)合點，為社會培養(yǎng)具有良好科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的復(fù)合型人才的專業(yè)。所以，各高校在培養(yǎng)方案的主干課程設(shè)置上，多是遵循以數(shù)理為基礎(chǔ)，以技術(shù)為導(dǎo)向，理論和實踐相結(jié)合的方式。數(shù)理課程自不必說，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)和核心課程的基石。在應(yīng)用物理專業(yè)眾多技術(shù)類的專業(yè)課程中，數(shù)字電子技術(shù)課程具有知識體系完整、實踐性強(qiáng)及應(yīng)用面廣等特點，尤其對于信息化社會的今天，數(shù)字電子技術(shù)課程的應(yīng)用領(lǐng)域可以說涉及生活的方方面面，如智能手機(jī)、家電、汽車、航空航天等領(lǐng)域。特別是近兩年，由于疫情等多方面因素，芯片產(chǎn)業(yè)面臨重大缺口，涉及全行業(yè)，有甚者芯片廠商交付周期達(dá)到30周以上。而我國在芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面還有很長的路要走，因此，這就需要大量的相關(guān)專業(yè)人才共同發(fā)力。作為高校，培養(yǎng)兼?zhèn)漭^強(qiáng)數(shù)理理論及電子技術(shù)的人才更是重中之重。依據(jù)應(yīng)用物理專業(yè)的特點及我國在相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)現(xiàn)狀，應(yīng)用物理專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)的講授應(yīng)是讓學(xué)生在實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，學(xué)會運(yùn)用辯證的思維，加強(qiáng)課程體系的聯(lián)系，提高綜合素養(yǎng)，樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀，實現(xiàn)育德育人的目的。

2 應(yīng)用物理專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程改革的思考

在“新工科”大背景下，高校需根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求和技術(shù)發(fā)展來構(gòu)建工科專業(yè)新結(jié)構(gòu)和更新工程人才知識體系。因此，高校相關(guān)專業(yè)的課程安排也會相應(yīng)地削減一定的理論學(xué)時，增加學(xué)生實踐的時間。這就需要教師不斷地整合資源，全局思考。以理論為支撐，以實踐促發(fā)展，要以點帶面，進(jìn)行全方位的思考。不同于以往對數(shù)字電子技術(shù)課程改革的思考角度[2-5]，本文從知識習(xí)得、協(xié)作提升、思維引導(dǎo)、方法改進(jìn)及質(zhì)量發(fā)展幾個方面對應(yīng)用物理專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程改革加以分析和思考。

2.1 知識：主次矛盾

知識改變命運(yùn)，學(xué)習(xí)成就未來?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代知識的獲取渠道早已不是僅靠教師的講授，學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)課程中可以通過慕課、云課堂等多種途徑獲得課程的知識。這對當(dāng)今的高等教育是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。筆者在講授課程的過程中發(fā)現(xiàn)，因為知識的獲取渠道變多，對于具有良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生，在學(xué)習(xí)完課堂上的課程知識后，會自行查找相關(guān)知識的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行復(fù)習(xí)總結(jié)。而對一些沒有養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生來說，有時會認(rèn)為，反正課下也可以學(xué)習(xí)，不僅上課開小差，常常下課后也沒有去主動習(xí)得相關(guān)知識。數(shù)字電子技術(shù)雖然不像很多數(shù)理課程應(yīng)用很多具有前后聯(lián)系的公式，但相關(guān)的器件的基礎(chǔ)知識和知識的延續(xù)性也是很明顯的。因此，如果前期基礎(chǔ)知識掌握不牢（如卡諾圖，觸發(fā)器等），后期分析設(shè)計時序電路是容易理解得不透徹，造成知識結(jié)構(gòu)斷層。

針對上面的問題，就需要教師有意識地去引導(dǎo)學(xué)生。堅持從馬克思主義哲學(xué)的角度讓學(xué)生理解，課堂講授是主要矛盾，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)是次要矛盾。從某種角度打一個比方，如果學(xué)習(xí)知識是吃一頓飯，那么課堂學(xué)習(xí)就是“主菜”。因為豐富的數(shù)理基礎(chǔ)，應(yīng)用物理專業(yè)的學(xué)生對基本的電子元器件有著更深層次的理解，那么，教師就應(yīng)該較好地利用這個專業(yè)優(yōu)勢。在主體課堂上，教師可以根據(jù)專業(yè)優(yōu)勢，在課程講解過程中進(jìn)行知識的融合。例如，在講解邏輯門電路時，可以利用先修課程模擬電子技術(shù)課程中關(guān)于PN結(jié)的知識點，而PN結(jié)的講解又可以與高中化學(xué)的知識結(jié)合起來。而講到MOS管的可變電阻的推導(dǎo)時，可以和微積分結(jié)合起來，甚至在說明MOS管的各個管教和參變量時，可以講解字母下角標(biāo)的英文全稱，讓大家理解它們的實際含義。知識的融合讓先修課程變得有歸處，扎實的數(shù)理讓學(xué)生覺得可應(yīng)用。課堂的主體地位很大程度上體現(xiàn)在教師“連接知識”的意識。從價值觀的角度，讓學(xué)生理解，在知識的獲取上不能取巧，并明確課堂講授的重要性，讓學(xué)生在課堂中得到知識效能的最大化。

2.2 協(xié)作：全面提升

教育的本質(zhì)是立德樹人，任何課程的展開都應(yīng)不忘教書育人的初心，牢記立德樹人的使命。數(shù)字電子技術(shù)課程，對于“理”大于“工”的應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生來說，是理論應(yīng)用于實踐的一個很好的餞行課程。實踐出真知，故在實踐的過程中最能體現(xiàn)出理論的應(yīng)用效果，而課程實踐環(huán)節(jié)也正是模擬工作崗位體現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)的環(huán)節(jié)。

信息網(wǎng)絡(luò)時代，除了知識的獲取途徑多樣化，人的交流合作應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)也越來越便利。然而，這并沒有構(gòu)成很好的溝通渠道，反而讓很多學(xué)生變得不愿正面與人合作交流。理科專業(yè)認(rèn)證的第三級認(rèn)證重點考查“五個度”，其一為：專業(yè)定位與社會需求的適應(yīng)度。良好的溝通能力、協(xié)作解決問題的能力，必然是符合社會需求的。筆者所在學(xué)院應(yīng)用物理專業(yè)在講授數(shù)字電子課程的過程中，試將問題導(dǎo)向+翻轉(zhuǎn)課堂引入課堂。以小組的形式，采取抽簽的方式，將與數(shù)字電子技術(shù)課程實踐相關(guān)的綜合性設(shè)計問題分發(fā)給各個小組，小組成員需做到明確分工，例如，籃球24秒倒計時這個選題，分工可以擬從設(shè)計方案認(rèn)證、理論計算、電路圖仿真工作、PPT制作，教案撰寫等方面選擇。在這個過程中，需要小組團(tuán)體的不斷交流和合作，擬定各環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)人。在翻轉(zhuǎn)課堂上，其他小組成員可以對各個環(huán)節(jié)懷有的疑問進(jìn)行現(xiàn)場提問，由負(fù)責(zé)翻轉(zhuǎn)課堂的小組成員進(jìn)行解答。在這個過程中，既做到了以“學(xué)生為中心”，而且學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力也在這個過程中很好地發(fā)揮作用，學(xué)生的興趣和參與度顯著提高。以此為基礎(chǔ)，在數(shù)字電子技術(shù)實踐環(huán)節(jié)，將翻轉(zhuǎn)課堂中的理論及仿真分析，進(jìn)行實驗驗證，對已經(jīng)進(jìn)行過翻轉(zhuǎn)課堂的小組同學(xué)在所實踐的問題上就略顯優(yōu)勢，這樣可以相互照應(yīng)地帶動其他小組同學(xué)的實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)共同進(jìn)步。在數(shù)字電子技術(shù)課程中引入問題導(dǎo)向+翻轉(zhuǎn)課堂，對全面提升應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生全面提升協(xié)作和獨(dú)立解決問題的能力具有示范作用。

2.3 思維：始終創(chuàng)新

習(xí)近平總書記指出：生活從不眷顧因循守舊、滿足現(xiàn)狀者，從不等待不思進(jìn)取、坐享其成者，而是將更多機(jī)遇留給善于和勇于創(chuàng)新的人們。在當(dāng)今國際社會的競爭中，在歷史進(jìn)程的反復(fù)印證中，我們看到，只有改變才是永遠(yuǎn)的不變，而創(chuàng)新就是改變。時代發(fā)展需要創(chuàng)新、社會進(jìn)步需要創(chuàng)新、人們生活水平的提高需要創(chuàng)新，這是社會所需，也是時代所用。

應(yīng)用物理專業(yè)較強(qiáng)的數(shù)理基礎(chǔ)，是更深入的認(rèn)識專業(yè)內(nèi)涵的基石。有針對性地應(yīng)用數(shù)理基礎(chǔ)，加強(qiáng)科學(xué)的創(chuàng)新思維方法的訓(xùn)練，對學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)識新事物來說事半功倍。不同的課程體系也可以采用具有針對性的方法。對于在數(shù)字電子技術(shù)課程中加強(qiáng)創(chuàng)新思維，更適合采用“溯本求源”和“全方位”的方法。例如，在學(xué)習(xí)計數(shù)器的知識部分，從縱向的知識學(xué)習(xí)體系來說，計數(shù)器的構(gòu)成單元為觸發(fā)器，觸發(fā)器的構(gòu)成單元為基本門電路，而基本門電路的構(gòu)成單元為CMOS電路，再不斷深入下去。在這樣的追根溯源過程中把最底層的器件知識了解清楚，再從底層器件知識逐層認(rèn)識器件之間的聯(lián)系，逐步做到在設(shè)計和分析計數(shù)器的環(huán)節(jié)增加新的認(rèn)識。在數(shù)字電子技術(shù)課程理論知識的創(chuàng)新思維培養(yǎng)上要“溯本求源”，在實踐課程中應(yīng)采用全方位的提高創(chuàng)新思維方法?！皢栴}是創(chuàng)新的起點，也是創(chuàng)新的動力源”，在數(shù)字電子技術(shù)的實踐中，問題常常是層出不窮的。一個數(shù)字電子電路設(shè)計成功與否是整個系統(tǒng)各個分部的因素：理論邏輯是否正確、線路是否連接、芯片是否能正常使用，等等，缺一個環(huán)節(jié)都會影響整個電路的功能。因此，“全方位”地思考、多角度地布局，是在學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)實踐課的環(huán)節(jié)所要求具備的。

2.4 方法：持續(xù)改進(jìn)

常言道：學(xué)習(xí)有法，學(xué)無定法，貴在得法。這個法是學(xué)生學(xué)習(xí)的“法”，同時也是教師教學(xué)的“法”。數(shù)字電子技術(shù)龐雜的電路知識需要學(xué)生學(xué)有所法，教師也需要針對不同的學(xué)生教有所循，并且兩者是相輔相成的。學(xué)生學(xué)有所法中的“法”的核心問題是統(tǒng)籌學(xué)習(xí)時間和資源。筆者所在學(xué)院的應(yīng)用物理專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)及相關(guān)實踐課程的開課時間是二年級下，同時期開設(shè)3~4門專業(yè)基礎(chǔ)及核心課程和多門選修及通識課程。因此，除課堂講授之外，學(xué)生可以安排給數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)時間很有限。教師在這其中可以在學(xué)生的學(xué)習(xí)方法上加以引導(dǎo)，例如，成立學(xué)習(xí)小組，針對課堂每一章中較難理解的知識難點（如時序邏輯電路的分析和設(shè)計），由組員提出，由組長組織成員進(jìn)行討論，討論大家對這些知識難點的理解程度和方法，所收集到的資源可以共享。討論結(jié)束，對于仍然存在疑慮的問題由組長反饋給教師，由教師引導(dǎo)學(xué)生去獨(dú)立完成資料的查詢和理解。而這些討論時間是由學(xué)習(xí)章節(jié)體量和難易而定。這樣，就讓有限的課堂教學(xué)可以延續(xù)到課外，以學(xué)生為主體的同時，提高了學(xué)習(xí)效率、鍛煉了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。

學(xué)習(xí)的最后落腳點是做人、做事。那么，教師的教有所循就是要依據(jù)這個落腳點。在生活與教學(xué)中，教師要修政德，只有在細(xì)照篤行中修煉自我，涵養(yǎng)道德操守，才可以潤物細(xì)無聲地影響學(xué)生。在教法上，對于龐雜的數(shù)字電子技術(shù)知識點，要時常進(jìn)行歸納總結(jié)，比如使用思維導(dǎo)圖等，也讓學(xué)生養(yǎng)成歸納總結(jié)的習(xí)慣，可以按章節(jié)進(jìn)行總結(jié)，將總結(jié)得當(dāng)?shù)膶W(xué)生的方法分享給其他同學(xué)。學(xué)生形成連貫的知識體系后，也就較少地存在只有考試的時候了解知識點，考完全都“還給教師”的現(xiàn)象。這對學(xué)生未來走向社會，學(xué)習(xí)崗位知識，快速融入社會生活大有裨益。另外，教師的教學(xué)方法也要隨著時代的改變而不斷作出調(diào)整，教師也要不斷學(xué)習(xí)新的方法。在育人的這個道路上，只有不斷地思考和持續(xù)改進(jìn)方法，讓學(xué)生在精神發(fā)育時汲取最好的營養(yǎng)，為社會的進(jìn)步做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。