工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“電子技術(shù)綜合設(shè)計”課程改革的探索與實踐

張霞 張阿寧 徐麗琴

摘? ? 要：文章針對傳統(tǒng)“電子技術(shù)綜合設(shè)計”課程存在的若干問題，落實工程教育專業(yè)認(rèn)證三大理念，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面對課程進(jìn)行改革，構(gòu)建了“強(qiáng)實踐、融思政、重過程”的實踐教學(xué)模式，以促進(jìn)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，為工程教育專業(yè)認(rèn)證奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;電子技術(shù)綜合設(shè)計;課程改革;實踐教學(xué)模式

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）01-0007-02

2016年6月，我國成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式成員。這是我國高等教育發(fā)展進(jìn)程中一個重要里程碑，標(biāo)志著我國工程教育質(zhì)量得到了國際社會的認(rèn)可，也對進(jìn)一步提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求。

近年來，我國各高等院校廣泛開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證。2020年7月教育部高等教育教學(xué)評估中心、中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會在“工程教育認(rèn)證通告〔2020〕第4號”中指出，截至2019年底，我國共有241所普通高等學(xué)校的1 353個專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證，涉及機(jī)械、儀器等21個工科專業(yè)類。

西安郵電大學(xué)作為西北地區(qū)工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要基地，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為抓手，全面落實“成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”的工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，進(jìn)一步強(qiáng)化專業(yè)特色，扎實推動一流專業(yè)建設(shè)，持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

一、課程現(xiàn)狀分析

“電子技術(shù)綜合設(shè)計”是西安郵電大學(xué)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)的一門綜合性集中實踐課程。該課程歷時2周。傳統(tǒng)的“電子技術(shù)綜合設(shè)計”課程主要存在三個問題：（1）課程案例單一，以教師講授為主。僅給學(xué)生提供3個經(jīng)典項目案例，學(xué)生大多做的是相同的題目，不能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新思維。教學(xué)過程以“教師先講授，學(xué)生再實踐”的形式進(jìn)行，學(xué)生之間缺少交流與討論，且學(xué)生不能從復(fù)雜工程問題出發(fā)逐步完成分析問題、解決問題的過程。（2）教學(xué)方式與行業(yè)技術(shù)相脫離。傳統(tǒng)的“電子技術(shù)綜合設(shè)計”課程讓學(xué)生在面包板上實現(xiàn)所設(shè)計的電路，學(xué)生不能深入體驗完整電子系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。（3）考核方式單一。傳統(tǒng)的“電子技術(shù)綜合設(shè)計”課程僅以電路實現(xiàn)和設(shè)計報告為評價考核依據(jù)，忽略了過程考核，既不能對學(xué)生各方面能力給予全面評價，教師和學(xué)生也不能及時了解學(xué)習(xí)過程中存在的不足。針對上述問題，本課程教學(xué)團(tuán)隊圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)與要求，對課程進(jìn)行了改革與實踐。

二、以成果為導(dǎo)向，確立“知識、能力、素質(zhì)、價值”四位一體的課程目標(biāo)

成果導(dǎo)向是工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念，強(qiáng)調(diào)一切教學(xué)過程設(shè)計與實施的目標(biāo)是學(xué)生通過參與教學(xué)過程所取得的學(xué)習(xí)成果。課程教學(xué)團(tuán)隊依據(jù)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求以及“電子技術(shù)綜合設(shè)計”所對應(yīng)的指標(biāo)點，圍繞“成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”的工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，通過調(diào)研、討論確立了“知識、能力、素質(zhì)、價值”四位一體的課程目標(biāo)。

（1）知識目標(biāo)：掌握Multisim和Altium Designer軟件的使用方法;掌握較復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計方法。（2）能力目標(biāo)：具備應(yīng)用數(shù)字電路理論知識設(shè)計較復(fù)雜數(shù)字電路系統(tǒng)的能力;具備電路焊接與調(diào)試、正確使用儀器設(shè)備的能力。（3）素質(zhì)目標(biāo)：具有自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣與能力、溝通與表達(dá)能力、技術(shù)報告撰寫能力;具有團(tuán)隊協(xié)助精神、環(huán)境保護(hù)意識以及項目成本控制意識。（4）價值目標(biāo)：樹立精益求精、嚴(yán)謹(jǐn)、耐心的大國工匠精神，以及良好的職業(yè)道德。圍繞課程目標(biāo)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式，可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的達(dá)成。

三、以學(xué)生為中心，實施多要素的課堂教學(xué)改革

（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革

本課程基于12個工程實踐項目或生活中的實際電子系統(tǒng)實施“項目驅(qū)動式”教學(xué)方法的改革，在課程的第一天組織學(xué)生自由組成2～4人小組，并以小組為單位進(jìn)行實踐項目的選題，且同一班級內(nèi)部的選題不允許重復(fù)，以避免相互抄襲。

課程實施分為四個階段。第一階段：各小組針對所選實踐題目，通過查閱資料、方案對比、回答教師質(zhì)詢等，提出合理可行的設(shè)計方案，并進(jìn)行參數(shù)計算、芯片選型、功能仿真和設(shè)計優(yōu)化，以激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動解決問題的內(nèi)生動力，幫助學(xué)生樹立精益求精、嚴(yán)謹(jǐn)、耐心的大國工匠精神。功能仿真部分基于Multisim軟件完成，教師以案例式的方式講解軟件的操作方法。同時，通過引入“竊聽器”“作弊器”等實際案例，對學(xué)生進(jìn)行工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生的倫理道德意識，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀。在設(shè)計方案對比時，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生從技術(shù)實現(xiàn)上進(jìn)行對比，還要從項目經(jīng)濟(jì)成本上進(jìn)行對比，以較低的成本實現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)功能。第二階段：教師通過案例講解Altium?Designer軟件的使用方法、電路原理圖和PCB版圖繪制時應(yīng)注意的問題，學(xué)生以個人為單位利用該軟件完成系統(tǒng)原理圖和PCB版圖的繪制。采取生生互評的方法開展原理圖和PCB版圖的評價，以促進(jìn)學(xué)生不斷優(yōu)化設(shè)計。第三階段：學(xué)生通過觀看視頻資料“帶你走進(jìn)嘉立創(chuàng)工廠”，深入了解PCB電路板的制作過程。同時，教師通過介紹國內(nèi)外自動曝光機(jī)、飛針測試機(jī)和AOI光測機(jī)等設(shè)備，使學(xué)生了解我國在制造設(shè)備上與國外公司的差距，樹立學(xué)生科技報國的遠(yuǎn)大理想。學(xué)生通過“嘉立創(chuàng)下單助手”完成PCB版圖的交付，并在PCB電路板加工完成后進(jìn)行元器件的焊接以及各模塊功能的調(diào)試。通過上述過程，學(xué)生深入體驗了電子系統(tǒng)實現(xiàn)的全流程，為后期參加各級各類學(xué)科競賽等奠定了良好的專業(yè)基礎(chǔ)。第四階段：學(xué)生以小組為單位進(jìn)行設(shè)計作品的演示與答辯，通過系統(tǒng)功能的展示、設(shè)計思路的講解及回答其他學(xué)生的質(zhì)疑與提問等方式，使其表達(dá)能力得到充分的鍛煉。

通過教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革，以及在教學(xué)過程中以潤物無聲的方式融入思政元素，實現(xiàn)了“教為中心”向“學(xué)為中心”的轉(zhuǎn)變，使“電子技術(shù)綜合設(shè)計”不再是單一的以知識傳授為主的課堂，而是集“探究、討論、啟發(fā)、實踐、交流、互動、答疑、解惑”為一體的“以價值塑造為引領(lǐng)、以學(xué)生為中心、以技術(shù)能力和非技術(shù)能力共驅(qū)培養(yǎng)為主線”的課堂。

（二）基于“學(xué)習(xí)通”平臺開展線上線下混合式教學(xué)

基于“學(xué)習(xí)通”開展線上線下混合式教學(xué)，包括課前學(xué)情調(diào)查，課中視頻和文檔資料的學(xué)習(xí)、知識測驗、課堂討論、隨機(jī)提問，課后學(xué)生對學(xué)習(xí)效果的自我評價。

學(xué)情調(diào)查能夠幫助教師充分了解學(xué)生的前期知識基礎(chǔ)，以及對本課程所涉及的相關(guān)軟件和硬件設(shè)備的了解程度，以便教師有針對性地調(diào)整教學(xué)重難點。

視頻及文檔資料的學(xué)習(xí)以任務(wù)點的形式呈現(xiàn)，學(xué)生在線完成相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，如PCB產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、如何閱讀芯片資料、PCB加工方法及制作過程中廢液的正確處理方法等。以翻轉(zhuǎn)課堂的方式讓學(xué)生針對某一具體芯片講解閱讀芯片資料的方法及應(yīng)重點關(guān)注的芯片指標(biāo)。

知識測驗?zāi)軌驇椭處熂皶r了解學(xué)生對階段性知識的掌握程度。課堂討論、隨機(jī)提問可大大提高學(xué)生的課堂參與度，提高學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

課程結(jié)束后，針對四個課程目標(biāo)開展學(xué)生對學(xué)習(xí)效果的自我評價，并將評價結(jié)果用于教學(xué)方法的持續(xù)改進(jìn)。

四、以能力評價為核心，開展形成性評價

構(gòu)建科學(xué)合理的課程目標(biāo)形成性評價方法，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、重視階段性的教學(xué)反饋，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。本課程打破以往實踐課程以課程設(shè)計報告為主要評分依據(jù)的現(xiàn)狀，加大過程考核，突出能力評價，以促進(jìn)課程目標(biāo)的達(dá)成。本課程的成績由七個部分組成：方案設(shè)計及仿真占25%，以評價學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和電路設(shè)計能力;Altium Designer軟件下原理圖和PCB版圖的繪制占25%，以評價學(xué)生的軟件操作能力及版圖繪制能力;電路的焊接、調(diào)試及儀器設(shè)備的使用占20%，以評價學(xué)生的實踐動手能力及解決問題的能力;學(xué)習(xí)通平臺的線上任務(wù)完成情況占5%，課內(nèi)測驗與課堂互動占5%，以評價學(xué)生的知識運(yùn)用能力;答辯與作品演示占10%，以評價學(xué)生的觀點陳述及語言表達(dá)能力;設(shè)計報告占10%，以評價學(xué)生的撰寫能力。

通過建立以能力評價為核心的多元化形成性評價方法，既能客觀、合理、全面地評價學(xué)生的技術(shù)能力與非技術(shù)能力，又能應(yīng)用評價結(jié)果推動課程目標(biāo)的持續(xù)改進(jìn)，形成“科學(xué)評價—多方反饋—持續(xù)改進(jìn)”的閉環(huán)系統(tǒng)。

五、結(jié)語

“電子技術(shù)綜合設(shè)計”教學(xué)團(tuán)隊落實工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和課程指標(biāo)點確立了“知識、能力、素質(zhì)、價值”四位一體的課程目標(biāo)，實施項目驅(qū)動式、討論式、啟發(fā)式、翻轉(zhuǎn)式及線上線下混合式等多種教學(xué)方法，開展以技術(shù)能力和非技術(shù)能力雙線評價為核心的多元化形成性評價，并在教學(xué)中巧妙融入思政元素，幫助學(xué)生樹立精益求精、嚴(yán)謹(jǐn)、耐心的大國工匠精神，以及良好的職業(yè)道德，構(gòu)建“強(qiáng)實踐、融思政、重過程”的實踐教學(xué)模式。課程改革有力地推動了課程目標(biāo)的達(dá)成，學(xué)生的學(xué)習(xí)成效顯著提升。

通過改革課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及評價方式，本課程的課程目標(biāo)達(dá)成情況得到了提升。改革前后的課程目標(biāo)平均達(dá)成度由0.78上升至0.81。改革后，課堂氛圍活躍，學(xué)生能夠積極思考、主動探究、動手實踐，學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力大大提高。同時，學(xué)生對多元化形成性評價方式給予了高度認(rèn)可。在本課程的帶動下，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生積極參加了大學(xué)生電子設(shè)計競賽、大學(xué)生光電設(shè)計競賽、集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競賽。

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[責(zé)任編輯? 楊? ? 波]

收稿日期：2021-04-12

作者簡介：張霞（1983—），女，內(nèi)蒙古牙克石人，西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院副教授，博士，主要從事集成電路設(shè)計研究。

基金項目：2019年陜西省高等教育教學(xué)改革研究項目“面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的‘產(chǎn)教融合、實踐育人’模式的探索與實踐”（19BG025）;2020年電子信息類專業(yè)教指委教學(xué)改革研究項目“滿足地方產(chǎn)業(yè)急需的集成電路產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)探索與實踐”（2020-YB-74）;2021年教育部高教司產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“新工科背景下集成電路創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探索與實踐”（202101075016）