基于工程教育認(rèn)證的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐

馬月輝，劉香玲，劉寧寧

（石家莊鐵道大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北石家莊 050043）

1 緒論

在工程教育認(rèn)證倡導(dǎo)的三個(gè)基本理念引導(dǎo)下，各高校針對(duì)本專業(yè)的具體情況，制定了人才培養(yǎng)的具體舉措，特別是針對(duì)課程與工程教育認(rèn)證的契合，如何打造“雙萬計(jì)劃”下的優(yōu)質(zhì)課程，是各學(xué)校思考的重要問題之一[1-2]。

模擬電子技術(shù)作為我校電氣專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目標(biāo)及畢業(yè)達(dá)成要求為：培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，能夠設(shè)計(jì)針對(duì)軌道交通電氣工程行業(yè)工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的電路單元，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生掌握相關(guān)現(xiàn)代工具的使用能力，能夠使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，對(duì)研究電路的仿真、模擬；能夠查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，了解與課設(shè)內(nèi)容相關(guān)技術(shù)；培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人與團(tuán)隊(duì)能力，能夠在團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)任務(wù)和責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與精神；培養(yǎng)學(xué)生的溝通與交流能力，具有良好的口頭和書面表達(dá)能力，掌握設(shè)計(jì)報(bào)告文稿的撰寫技能。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是理論課程應(yīng)用與實(shí)踐的環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)題目、實(shí)施方法及成績的評(píng)定等方面的改革對(duì)人才培養(yǎng)具有重要意義。

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)將晦澀的理論內(nèi)容與有趣的實(shí)際應(yīng)用有效結(jié)合，能夠使學(xué)生真正掌握課程內(nèi)容，各高校也積極探索該課程設(shè)計(jì)的教育模式改革。劉路等[3]針對(duì)其學(xué)生為農(nóng)業(yè)的專業(yè)背景，將設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)成符合專業(yè)應(yīng)用背景的開放式課題，有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣。趙冬梅等[4]從教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)到特色與創(chuàng)新等五個(gè)方面對(duì)模擬電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。中國地質(zhì)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院提出了新工科背景下，“產(chǎn)－教－訓(xùn)－賽”四位一體的教學(xué)模式[5]。張俊杰[6]探討了以目標(biāo)為導(dǎo)向的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的實(shí)施方案，即“情境創(chuàng)設(shè)—任務(wù)提出—設(shè)計(jì)思路—設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)—設(shè)計(jì)驗(yàn)收”的教學(xué)模式。韓芝俠等[7]對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，既分享經(jīng)驗(yàn)，又指出不足之處及改進(jìn)措施。曾思明等[8]提出了基于OBE理念的階梯式實(shí)驗(yàn)改革，用于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)以及研究型思維。

本課題組基于工程教育認(rèn)證“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為向?qū)А钡脑瓌t，提出了學(xué)生參與課設(shè)題目設(shè)定、設(shè)計(jì)過程管理、結(jié)果驗(yàn)收及成績?cè)u(píng)定全過程的課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

2 課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案組織及形式

根據(jù)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求，圍繞以學(xué)生為中心的理念，將設(shè)計(jì)過程分解為幾個(gè)階段，在不同側(cè)重面上培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)與能力，如圖1所示。

圖1 課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案

2.1 課設(shè)題目設(shè)定及任務(wù)制定

2.1.1 征集題目

圖2是本課程設(shè)計(jì)題目的征集過程。題目為開放性課題，以本專業(yè)所涉及范圍為限，在模擬電子技術(shù)理論課程講授的第一次課，向本專業(yè)學(xué)生征集課程設(shè)計(jì)題目。以學(xué)生為主體，教師輔導(dǎo)，學(xué)生通過超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布課設(shè)題目及設(shè)計(jì)目標(biāo)。題目設(shè)計(jì)目標(biāo)要明確，設(shè)計(jì)功能需清晰。指導(dǎo)教師對(duì)征集的題目進(jìn)行批閱并返回學(xué)生修改，最后確定課程設(shè)計(jì)的題目及難度系數(shù)并發(fā)布。這個(gè)階段鍛煉學(xué)生對(duì)本領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容的了解，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)相關(guān)技術(shù)的資料查閱能力，培養(yǎng)學(xué)生借助現(xiàn)代技術(shù)方式，快速、準(zhǔn)確地檢索相關(guān)信息。

圖2 課程設(shè)計(jì)題目征集過程

2.1.2選擇題目

學(xué)生以自由組合方式成立課程小組，并推舉組長，以小組為單位，填寫申請(qǐng)所確定的課設(shè)題目。組長對(duì)各成員分工明確、合理，對(duì)成員的工作進(jìn)行量化估計(jì)，形成組長負(fù)責(zé)制的團(tuán)隊(duì)式課程設(shè)計(jì)過程。各小組選題原則上不重復(fù)，即一組一題，以達(dá)到各組對(duì)其他組課設(shè)內(nèi)容的相互觀摩與相互借鑒的目的。選題規(guī)則為：首輪選題滿足一題一組的，確定該組承擔(dān)該題目；一題多組地進(jìn)行第二輪選題，第二輪選中的規(guī)則是以難度系數(shù)調(diào)整最低為優(yōu)先，并以此類推至，直至各組選題完成。這個(gè)階段培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)與合作精神，培養(yǎng)學(xué)生間的溝通與交流能力，訓(xùn)練學(xué)生理解工程中的招、投標(biāo)理念。

2.2 設(shè)計(jì)過程管理及結(jié)果驗(yàn)收

2.2.1 課設(shè)階段

各組確定題目后，明確任務(wù)書要求，遵循課程設(shè)計(jì)的基本步驟——設(shè)計(jì)、仿真、制作、調(diào)試和測(cè)試。在該過程中，突出以學(xué)生為中心，指導(dǎo)老師引導(dǎo)與輔助的特點(diǎn)，各小組在組長的協(xié)調(diào)下，分工協(xié)作。各成員圍繞如下關(guān)鍵步驟進(jìn)行：

1)掌握電路的理論分析和計(jì)算方法，能夠查閱元件資料及數(shù)據(jù)手冊(cè)，正確選用電子元器件；

2)熟練使用Protel、Multisim等EDA工具軟件，完成對(duì)所設(shè)計(jì)的電路的模擬與仿真；

3)根據(jù)電路原理圖及實(shí)際器件，正確安裝、焊接、調(diào)試電路，具備電路故障和器件損壞的診斷能力；

4)根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目要求合理選擇儀器儀表，設(shè)計(jì)合理科學(xué)的測(cè)試方案，獲取正確的測(cè)試數(shù)據(jù)。具備常用儀器的正確操作能力和數(shù)據(jù)分析能力。

這個(gè)階段主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，熟練使用仿真軟件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的能力，以及工程問題的解決意識(shí)。

2.2.2 撰寫報(bào)告

課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫是整個(gè)設(shè)計(jì)過程的總結(jié)。報(bào)告應(yīng)包含：設(shè)計(jì)電路的技術(shù)指標(biāo)、整體方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)圖、電路的計(jì)算機(jī)仿真、元件清單、電路的焊接和調(diào)試過程、電路的測(cè)試方法、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄、測(cè)試數(shù)據(jù)分析、成員工作量占整個(gè)工作量的比例等內(nèi)容。

該環(huán)節(jié)使整個(gè)設(shè)計(jì)過程形成閉環(huán)，即評(píng)價(jià)產(chǎn)出結(jié)果是否到了設(shè)計(jì)目的。該階段培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力，訓(xùn)練學(xué)生的書面表達(dá)能力，使其能夠條理清晰地進(jìn)行陳述，具備良好的課程設(shè)計(jì)文稿的撰寫技能。

2.3 成績?cè)u(píng)定

課程設(shè)計(jì)成績分為小組成績和學(xué)生個(gè)人成績。小組成績由小組互評(píng)成績及教師給定成績綜合而成，學(xué)生個(gè)人成績則依據(jù)成員在小組中的貢獻(xiàn)大小評(píng)定，從而形成以學(xué)生為中心的兩級(jí)、兩維成績?cè)u(píng)定體系。

1）小組成績

在小組成績中，組-組互評(píng)成績占綜合成績的40%，教師給定成績占綜合成績的60%。

組-組互評(píng)，即各組將完成的課程設(shè)計(jì)報(bào)告、測(cè)試過程視頻等課設(shè)的相關(guān)佐證資料上傳到網(wǎng)絡(luò)互評(píng)平臺(tái)，供其他組成員參考。學(xué)生依據(jù)各組上傳的資料，根據(jù)課程報(bào)告的完整性、課程設(shè)計(jì)方案的合理性、課程設(shè)計(jì)完成情況、設(shè)計(jì)結(jié)果的測(cè)試等內(nèi)容，以組為單位，提交互評(píng)成績。同時(shí)，結(jié)合本組的課程設(shè)計(jì)情況，也提交本組的自評(píng)成績。本組成績按組-組互評(píng)成績的平均值計(jì)算。

教師評(píng)價(jià)則是各組課設(shè)過程中的階段評(píng)價(jià)總和，關(guān)鍵評(píng)價(jià)點(diǎn)包括：課設(shè)任務(wù)的理解、小組成員的分工及協(xié)調(diào)工作能力、資料的查閱能力、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及仿真軟件使用能力、電子器件的選擇及電路的焊接與調(diào)試能力、電路的測(cè)試方法及設(shè)備使用能力及報(bào)告的撰寫能力等。

2）學(xué)生個(gè)人成績

在學(xué)生個(gè)人成績中，引入成員貢獻(xiàn)率。小組成員依據(jù)在組中承擔(dān)的工作難度、工作量、相互間協(xié)調(diào)與溝通、工作完成情況等因素，通過討論確定各成員的貢獻(xiàn)率。學(xué)生個(gè)體的成績由貢獻(xiàn)率及小組成績決定，從而體現(xiàn)出對(duì)每個(gè)學(xué)生的綜合評(píng)價(jià)。

3 教學(xué)效果

本次課程設(shè)計(jì)的改革模式已經(jīng)進(jìn)行了兩輪教學(xué)實(shí)施。2019年秋季學(xué)期，在電18卓越班及電18茅以升班兩個(gè)班開始進(jìn)行課程設(shè)計(jì)試點(diǎn)，并與其他教師任課的傳統(tǒng)教學(xué)模式班級(jí)進(jìn)行了對(duì)比，從實(shí)施效果看，課程設(shè)計(jì)題目難度、質(zhì)量、成績均有很大提高。

2020年秋季學(xué)期，在電19卓越班，電19茅以升班及電1906-5班同步進(jìn)行了第二輪試點(diǎn)，相比2019年第一年，教學(xué)過程更加順暢，積極性更加高漲。學(xué)生普遍認(rèn)為，提高了對(duì)知識(shí)的理解和實(shí)踐動(dòng)手能力。

4 結(jié)論

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電氣類人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是訓(xùn)練和提升學(xué)生專業(yè)技能、工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的重要手段。本文基于以工程教育認(rèn)證的“學(xué)生為中心”和“產(chǎn)出導(dǎo)向”理念，提出了模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的改革路線，研究了題目征集與確定、小組成立與成員協(xié)助、基本技能要求與訓(xùn)練、成績?cè)u(píng)定等方面內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了從“教師為主體”到“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力。