“模擬電子技術”課程的教學改革與實踐

馬碧芳，吳瑞坤，張宏，張賽男

（福建技術師范學院電子與機械工程學院，福建福清 350300）

“模擬電子技術”課程是高等院校電子信息工程、通信工程和自動化等專業(yè)學生必修的核心課程，是開啟電科學和引領學生深入電世界的啟蒙技術基礎課，其重要性不言而喻.但長期以來，由于課程研究對象是從工程實際抽象出來的模型，理論性和工程應用背景強，又涉及較多的數(shù)學知識，所以學習難度大，掛科率高，被學生稱為“魔電”.

以某省屬公辦本科高校為例，該校主要培養(yǎng)高素質應用型、技術技能型人才和職業(yè)教育師資，學生是普通本科生，基礎較弱.“模擬電子技術”課程作為連接基礎課和專業(yè)課的一門橋梁課程，具有內容深、跨度大等特點.通過教學研討，課程開設在大一下學期，其優(yōu)點在于讓學生盡快建立系統(tǒng)、發(fā)展、工程和創(chuàng)新的觀念，學會從工程角度分析、解決問題，盡快培養(yǎng)起具有工程師的職業(yè)素養(yǎng)和能力.當然課程開設在大一下學期也存在缺點，最主要的問題是這些學生還具有明顯的中學學習特征，尚未建立工程思維，學生雖然極其重視，但由于課程入門難，存在電路結構難掌握、工作原理難理解、計算公式難消化等問題，學起來倍感吃力，最后導致事倍功半.

課程是人才培養(yǎng)的核心要素之一，教學團隊近幾年結合該校基本情況，不斷嘗試教學改革，取得一定成效，但仍存在不足.主要體現(xiàn)在：課程資源不夠豐富，課堂教學方法和手段單一，理論和實踐融合不夠，考核評定也不盡合理等.這些問題使人才培養(yǎng)難以符合新工科和新產業(yè)的發(fā)展需求.因此，為了不斷提升學生的專業(yè)水平和專業(yè)素養(yǎng)，課程按照專業(yè)認證OBE( Outcomes-based Education) 教學模式，圍繞要達成的教學目標，開展教學內容、教學方法和手段、考核方式方面的改革.

1 教學內容改革

1.1 課堂教學內容改革

1.1.1 適當精簡教學內容，模塊化教學

為幫助學生達成學習成果，對教學內容進行重構.適當精簡教學內容以降低學習難度，理論知識以夠用為度.基于該校人才培養(yǎng)的應用型和技術技能型定位，強化課程的實用性和實踐性.教學內容分為“管”“路”“用”三大模塊，強化“用”的要求.鑒于集成電路已成為主流工藝，突出“管路結合”的教學思路[1]，教學內容以集成電路及應用為主.應用模塊融入真實案例，課程努力做到前拓后展，提升課程的高階性[2].

1.1.2 完善學習資源內容，混合式教學

教學內容的網絡化和教學資源的共享是基于工程教育專業(yè)認證的課程質量建設的必然趨勢[3].基于學情分析，教學團隊對課程的教學目標達成做好頂層設計后，投入大量精力建設和完善線上線下學習資源.這些資源內容包括授課視頻知識點、線上線下課件、小測、習題、討論、仿真案例和拓展閱讀材料等.結合學生的特點，對每一節(jié)的教學內容進行精心設計.階段性學習成果設計有單元測驗、考試、小論文和實訓報告等.在具體實施過程中，采用混合式教學方法，線上學習時間占比約為30%.

1.1.3 融入實物實例內容，案例教學

為了使教學內容更直觀具象，提高教學效果，把身邊的實物實例引入課堂，滿足課程與專業(yè)的培養(yǎng)需求.例如把常用元器件場效應管、復合管和集成芯片等帶入教室，讓學生通過實物識別增強感性認識；再如講到功率放大電路、直流穩(wěn)壓電源時，可通過拆解音箱、打磨機控制盒電路板等，實現(xiàn)教學做合一.另外，把生產廠家設計的電子線路、歷屆學生參加大學生創(chuàng)新訓練、電子設計競賽等案例引入課堂進行示范，教學效果也是立竿見影；把身邊的真實案例融入教學，很容易把比較抽象的理論變?yōu)榻鉀Q現(xiàn)實問題的實操，能夠很好調動學生的學習積極性，實現(xiàn)理論與實踐的融合.

1.2 實驗教學內容改革

傳統(tǒng)實驗以驗證性實驗為主，學生按部就班地完成實驗指導書要求，由于內容簡單，學生得到的訓練不夠，無法達到依據(jù) OBE 理念制定的創(chuàng)新實踐型人才培養(yǎng)的實驗教學目標.改革實踐中，適當壓縮理論課時，增加實驗課時，將原來16 學時實驗擴大到28 學時，實驗內容從單項轉換為綜合，其中設計性和綜合性實驗占比50%.并建立基于 EDA 工具的虛擬仿真實驗、基于實驗箱的硬件電路實驗和基于開放實驗室的實訓實踐三個模塊，形成層次遞進的實踐教學體系[4]，如圖1 所示.

圖1 模擬電子技術實驗教學體系

虛擬仿真實驗實現(xiàn)教材電路仿真全覆蓋.把虛擬仿真軟件 Multisim 引入作業(yè)和實踐環(huán)節(jié)，與教學內容融為一體，學生的訓練量加大，訓練的結果都能熟練地操作軟件與搭建電路.仿真訓練也特別鍛煉學生查錯與糾錯眼力，學生在做中學，學中做，學會思考，分析問題和解決問題的能力也自然而然得到提高.

實驗箱實驗主要完成驗證性實驗和設計性實驗，學生必須在課前完成仿真后才能進入實驗室進行實驗箱實驗.驗證性實驗與理論教學內容同步，由于預先做好仿真，所以在實驗箱上完成既定的任務時，上手很快，完成也很快.驗證性實驗一般一次時間安排3 個實驗，如單管放大電路實驗，一次性完成共射、共集和共基電路的搭建、調試、靜態(tài)與動態(tài)的測量.設計性實驗涵蓋模塊對應的知識點，內容有：LED 捕蛾燈電路、多級負反饋電路、音頻功率放大器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源，以及圖2 所示的收音機DIY 組裝（實訓室組裝）實驗.這些實驗幫助學生提高設計開發(fā)和研究能力，對培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力起到了一定的作用，但在學生自主學習、引導學生研究創(chuàng)新方面還有不足[5].創(chuàng)新能力是高質量人才的靈魂，因此，應鼓勵學生開展科學研究，引導學生自主進行電子電路設計研究和應用創(chuàng)新，開展項目實訓.校內安排為期2 周的電子設計實訓，不占模擬電子技術課程計劃課時.校外與對口企業(yè)開展為期4 周的綜合實訓.每年暑假，組織和培訓學生參加“全國大學生電子設計競賽”，開展開放式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓練.這些實訓項目均需要學生小組通過查閱資料、自主學習、探究討論、動手實踐、發(fā)揮創(chuàng)造性才能完成，所以極大地培養(yǎng)和鍛煉了學生的綜合實踐能力與創(chuàng)新能力.另外，不定期地把專家、企業(yè)工程師、優(yōu)秀畢業(yè)生請到講臺，開展專題講座、分享技術經驗，也是培養(yǎng)研究創(chuàng)新能力和職業(yè)素養(yǎng)的好方法.

圖2 模擬電子技術收音機組裝實驗

2 教學方法和教學手段改革

2.1 采用線上線下混合式教學方法

根據(jù)專業(yè)認證培養(yǎng)要求，貫徹以學生為中心的教學理念，采用圖3 所示的混合式教學方法.為幫助和培養(yǎng)學生內化教學內容以達到教學目標，線上采用國防科技大學杜湘瑜教授的“模擬電子技術基礎”學習視頻與資源包、輔以教學團隊錄制的教學視頻和資源包，依托中國大學mooc 平臺，引導學生課前開展預習，通過線上討論、在線測試，培養(yǎng)學生自主學習.線下采用多樣化教學方法，如問題導向法、案例教學法、課堂討論法等，啟發(fā)和調動學生的學習興趣，引導學生積極思考，發(fā)揮主體作用.課后鞏固知識點，實現(xiàn)知識的內化和遷移.另外，在拓展閱讀這塊，向學生分享思政案例和前沿科技論文，拓展學生科技視野，激發(fā)科創(chuàng)報國熱情.這種教學方法將“課前教學要素組織”“課上教學交互實施”“課后考核與評價”每一個環(huán)節(jié)有機接合[6]，充分發(fā)揮混合式教學的優(yōu)勢，最終實現(xiàn)教學目標.

圖3 課程混合式教學方法

2.2 一體化的教學方法和多種教學手段的融合

理實一體化教學是以真實案例、真實任務和實訓項目為驅動，通過任務分解細分模塊來實施教學.先講清模塊對應的理論知識點，再進入實踐環(huán)節(jié)，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，再反饋提高認識，實現(xiàn)認識與實踐的辯證統(tǒng)一.這種教學針對性強，是學生最喜歡的學習方式，通過邊講邊練、講練結合，突出了職業(yè)能力訓練和職業(yè)素質培養(yǎng).

除了板書和多媒體課件使用外，多種教學手段有效融合更能調動學生的學習興趣.課堂上適時引入實物、Multisim 仿真軟件實操演示，幫助學生消化知識難點；利用智慧教學工具“慕課堂”助力教學實施，通過搶答、討論、投票等功能，增加課堂互動；通過生講生評、討論辯論和論文匯報等，營造良好活躍的課堂氛圍，保持學生對學習的高度熱情.教學手段還體現(xiàn)在開放部分實驗設備供學生自主開展第二課堂活動，培養(yǎng)興趣和團隊合作精神.

3 考核方式改革

根據(jù) OBE 注重過程、多角度、開放式的評價機制[7]，課程對學生的評估考核采用過程性評價和結果性評價相結合的方式.積極探索以教學內容、教學方法提升考核質量，減少記憶性和概念性考核要求，把學生的自主學習、團隊協(xié)作和創(chuàng)新能力等都納入考核，兼具激勵性、公平性和差異性[8].

改革以結果為導向的傳統(tǒng)考核方式，強化平時學習過程的質量監(jiān)控，注重學生對知識的掌握和能力發(fā)展的需要.考核成績由平時成績+線上成績+期末考試成績+相關競賽成績組成.平時成績反映到課堂、課堂互動研討、課后作業(yè)、課題研究報告和小論文等情況.線上成績?yōu)槠脚_學習數(shù)據(jù)，統(tǒng)計學生線上學習完成和掌握情況.以賽促學，相關競賽成績也納入考核參考.

4 教學改革效果

通過教學改革，特別是課程2019 年獲評省級一流混合式課程以來，在該校19、20 級電子信息工程專業(yè)開展混合式教學，師生關系融洽，學生學習積極性明顯提高，與18 級電子信息工程專業(yè)傳統(tǒng)教學相較，平均總成績和優(yōu)秀率均有提高，不及格率下降，如圖4 所示，教學改革取得成效.學生對課程和授課教師問卷調查的滿意度達到95%以上.

圖4 2018、2019 和2020 級學生成績情況

課程改革提升人才培養(yǎng)質量.學生電子線路基本功扎實，對電路的深入分析能力、對問題的創(chuàng)新性解決能力、自主研究與學習能力、個人素質與團隊合作能力、動手實踐和解決工程實際問題能力都得到一定程度的鍛煉和提高.參加大學生電子設計競賽和大學生創(chuàng)新訓練項目覆蓋面大，目標達成值高.參與各類學科競賽的獲獎人數(shù)和級別也是逐年提高.單以19 級電子信息工程專業(yè)學生為例，2020 年獲得國家級獎項2 項、省級獎項10 項；申請大學生創(chuàng)新訓練項目4 項；多人已參與到教師科研項目中，研究成果已申請發(fā)明專利以及實用新型專利多項，取得良好的育人效果.

為了進一步促進課程的持續(xù)改進，教學團隊深入京東方、冠捷電子廠等企業(yè)調研了解行業(yè)需求，通過與用人單位交流和畢業(yè)生回訪，調整培養(yǎng)方案，制定出更符合行業(yè)和該校學生實際的課程教學大綱.在提高團隊教師的教學能力上，加強師資交流與培訓，讓老師“走出去”，把企業(yè)專家“請進來”，以“內外結合、校企結合、教學與實踐結合”的方式提升教師教學創(chuàng)新能力，以保障指導學生創(chuàng)新應用落實到位.同時課程也非常重視教學質量評價，評價結果用于課程的持續(xù)改進，形成完整的閉環(huán)系統(tǒng).通過問卷調查、座談會和個別談話等反饋，通過督導組、同行的聽課以及學生評教等，重點聚焦學生課程學習效果和課程畢業(yè)要求的目標達成情況，通過不斷地反思改進教學質量和效果，體現(xiàn)持續(xù)改進的價值.

目前，課程改革方案仍需持續(xù)改進，部分學生學習吃力，跟不上學習進度，無法有效利用線上線下資源學習的問題亟待解決，教師應照顧這類學生的基礎和需求，設定層次化教學目標.另外，團隊教師仍需進一步提升思政元素于課程教學中的融合度.

5 結語

綜上所述，“模擬電子技術”課程貫徹OBE 教學理念實施改革，帶來了教法和學法的變革，能充分調動學生主觀能動性，有效培養(yǎng)和鍛煉學生的能力，提升課程教學質量.對該校電子信息工程專業(yè)其他課程、相關專業(yè)課程改革也具有借鑒意義.當前，還需進一步深化教學改革，以工程教育認證標準為導向，細化培養(yǎng)目標，推動課程教學的持續(xù)改進，使理論與實踐相結合，專業(yè)能力與職業(yè)能力并重發(fā)展，實現(xiàn)人才培養(yǎng)達到產業(yè)需求的目標.