基于工程實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的非線性電子線路課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐

徐荃　周春　汪莉麗　趙陽(yáng)　張公泉

摘 要：課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)傳統(tǒng)的非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀，以學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建線上線下、課內(nèi)課外的教學(xué)模式，踐行虛實(shí)結(jié)合、軟硬兼施的教學(xué)手段，貫穿賽教融合、科教融合的教學(xué)理念，制定科學(xué)全面、客觀公正的考核體系。實(shí)踐教學(xué)結(jié)果表明，非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革大大激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，充分點(diǎn)燃了學(xué)生探究問題的欲望，切實(shí)提高了學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，使非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量明顯提高，具有很好的推廣和借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：工程實(shí)踐；創(chuàng)新能力；非線性電子線路；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2023）04-0111-04

1 引言

近年來，我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，電子信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人們生活發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，社會(huì)對(duì)電子信息類專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量提出了新的要求，學(xué)生既要具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)也必須具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，善于解決電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用中遇到的各種工程實(shí)際問題。因此，如何在專業(yè)課教學(xué)中有效提升電子信息類專業(yè)人才的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，是目前亟待研究和解決的重要問題。

非線性電子線路是電子信息類專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，在電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系中起著承上啟下的重要作用[1]。非線性電子線路課程設(shè)計(jì)是配合非線性電子線路課堂教學(xué)而獨(dú)立設(shè)置的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)非線性電子線路課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸和補(bǔ)充，旨在加深學(xué)生對(duì)非線性電子線路等相關(guān)課程理論知識(shí)的理解和掌握，強(qiáng)化學(xué)生電子電路的分析和設(shè)計(jì)水平，提高學(xué)生電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立解決問題的內(nèi)驅(qū)力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，為學(xué)生就業(yè)和繼續(xù)深造打下扎實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)[2]。

傳統(tǒng)的非線性電子線路課程設(shè)計(jì)一般由指導(dǎo)教師給定題目，然后學(xué)生分組、選題并完成設(shè)計(jì)和開發(fā)，課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)匯報(bào)課程設(shè)計(jì)成果并上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。多年的教學(xué)實(shí)踐表明，這種教學(xué)方式雖然對(duì)非線性電子線路等相關(guān)課程有著一定的促進(jìn)作用，但是對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力卻缺乏動(dòng)力，逐漸暴露出很多問題和不足。因此，為了充分發(fā)揮非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的作用并達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，應(yīng)當(dāng)以工程實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)對(duì)非線性電子線路課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革與實(shí)踐。

2 非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 課程設(shè)計(jì)在時(shí)間和空間上過于集中

非線性電子線路課程設(shè)計(jì)通常安排在學(xué)期末，時(shí)間為1～2周。該時(shí)間段考試科目較多，學(xué)生無法將時(shí)間和精力全部投入課程設(shè)計(jì)，在課程設(shè)計(jì)過程中只是照搬照抄，敷衍了事。另外，空間上的問題更大。以我校電子信息類專業(yè)為例，一屆共有4個(gè)教學(xué)班，約200名學(xué)生，但是實(shí)驗(yàn)室常用儀器設(shè)備只有40臺(tái)套，即使3名學(xué)生一組，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前學(xué)生的需求[3]。由于受時(shí)間和空間的限制，導(dǎo)致非線性電子線路課程設(shè)計(jì)質(zhì)量不高、效果不好，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，嚴(yán)重制約了學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的提升。

2.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容缺乏工程性和新穎性

非線性電子線路課程設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)比較簡(jiǎn)單，僅僅圍繞著非線性電子線路課程進(jìn)行，與實(shí)際的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目存在著較大的差距，造成學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)普遍欠缺。在非線性電子線路課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生只需要按照指導(dǎo)教師給定的設(shè)計(jì)方案及規(guī)定的設(shè)計(jì)方法亦步亦趨地完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)即可，這就導(dǎo)致了學(xué)生主觀能動(dòng)性與參與性不夠，缺乏設(shè)計(jì)的動(dòng)力與熱情，大大地削弱了非線性電子線路課程設(shè)計(jì)應(yīng)起的作用，很難達(dá)到培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的目的。

2.3 課程設(shè)計(jì)考核缺乏科學(xué)性和透明性

非線性電子線路課程設(shè)計(jì)考核流于形式，沒有嚴(yán)格的量化考核標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)教師僅以最終的課程設(shè)計(jì)成果和課程設(shè)計(jì)報(bào)告作為評(píng)價(jià)考核依據(jù)，忽略了對(duì)課程設(shè)計(jì)過程的考核和對(duì)學(xué)生能力的考核，導(dǎo)致大部分學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)不重視、缺乏積極性和主動(dòng)性，“抱大腿”“吃大鍋飯”“渾水摸魚”的現(xiàn)象非常嚴(yán)重。這樣的考核方式既不能客觀地對(duì)每個(gè)學(xué)生的各方面能力給予全面評(píng)價(jià)，指導(dǎo)教師和學(xué)生也不能及時(shí)了解非線性電子線路課程設(shè)計(jì)過程中存在的問題和不足，更不利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力[4]。

3 非線性電子線路課程設(shè)計(jì)改革措施

針對(duì)傳統(tǒng)非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)中的痛點(diǎn)問題，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，對(duì)非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式、教學(xué)手段、教學(xué)理念、考核方式等方面實(shí)現(xiàn)突破，從而使非線性電子線路課程設(shè)計(jì)能夠最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，著力提高學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3.1 構(gòu)建線上線下、課內(nèi)課外的教學(xué)模式

為了解決時(shí)間上的不足，非線性電子線路課程設(shè)計(jì)采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。由指導(dǎo)教師在學(xué)期初提前將非線性電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書等相關(guān)教學(xué)資源以文檔和視頻的形式發(fā)布在學(xué)習(xí)通、雨課堂等線上教學(xué)平臺(tái)上。學(xué)生可以在電腦端或者手機(jī)端查看指導(dǎo)教師推送的線上教學(xué)資源，自主選擇課外時(shí)間完成線上教學(xué)資源的學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)前期的方案設(shè)計(jì)、電路仿真、板圖繪制等任務(wù)。指導(dǎo)教師可以在線上教學(xué)平臺(tái)上設(shè)置截止時(shí)間，并隨時(shí)在線查看學(xué)生的任務(wù)完成情況。學(xué)生要按時(shí)完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)模塊并進(jìn)行在線提交，學(xué)生也可以將自己的疑問上傳至線上教學(xué)平臺(tái)，指導(dǎo)教師可以在線實(shí)時(shí)解答[5]。通過這種教學(xué)模式，使得學(xué)生在線下的教學(xué)過程中有相對(duì)充裕的時(shí)間完成非線性電子線路課程設(shè)計(jì)后期的電路焊接、系統(tǒng)調(diào)試、驗(yàn)收答辯等任務(wù)。

為了解決空間上的不足，非線性電子線路課程設(shè)計(jì)采用課內(nèi)課外相結(jié)合的開放式教學(xué)模式[6]。只要不影響正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以利用課外時(shí)間隨時(shí)到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室開展與非線性電子線路課程設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)與研究。在布置非線性電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，指導(dǎo)教師可以明確要求所有的學(xué)生在課程設(shè)計(jì)周之前，必須要到實(shí)驗(yàn)室熟悉相關(guān)儀器儀表的操作、練習(xí)電路的焊接等。通過這種方式，不但可以保障學(xué)生在課程設(shè)計(jì)周集中全部精力完成非線性電子線路課程設(shè)計(jì)本身的任務(wù)和要求，而且可以最大限度地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有效促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)去探究、去發(fā)現(xiàn)、去創(chuàng)造，同時(shí)還可以使得實(shí)驗(yàn)室的資源得到更為充分的利用。

3.2 踐行虛實(shí)結(jié)合、軟硬兼施的教學(xué)手段

將電路仿真軟件如Multisim、Protues等引入非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，充分利用其強(qiáng)大的電路仿真功能，讓抽象、難懂的電路原理圖“動(dòng)起來”，使學(xué)生能夠形象、直觀地觀察到理論與實(shí)踐相結(jié)合的效果[7]。在非線性電子線路課程設(shè)計(jì)前期，學(xué)生可以利用電路仿真軟件隨時(shí)隨地對(duì)電路進(jìn)行自主仿真設(shè)計(jì)、性能分析、電路調(diào)試等，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)方案中存在的問題，并能方便地根據(jù)仿真結(jié)果不斷調(diào)整、優(yōu)化電路參數(shù)以及設(shè)計(jì)方案。這樣做不但可以加深學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案中的各部分邏輯功能的理解，還可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及自主創(chuàng)新能力，為非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的順利開展夯實(shí)基礎(chǔ)。

當(dāng)電路仿真成功后，學(xué)生根據(jù)電路設(shè)計(jì)方案以及仿真結(jié)果選擇合理的電子元器件，運(yùn)用電路制圖軟件如Protel 99SE、Altium Designer等完成電路原理圖和印制電路板圖的設(shè)計(jì)，使非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)更接近于工程實(shí)際。為了方便學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，利用錄屏軟件制作基于Protel 99SE、Altium Designer的電路原理圖和印制電路板圖設(shè)計(jì)的教學(xué)視頻，重點(diǎn)演示電路原理圖和印制電路板圖設(shè)計(jì)的完整步驟、操作要領(lǐng)、方法技巧以及常見問題分析[8]。通過電路原理圖和印制電路板圖的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生耐心、細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，激發(fā)學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品制作的興趣，提升學(xué)生電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，增強(qiáng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

3.3 貫穿賽教融合、科教融合的教學(xué)理念

以學(xué)科競(jìng)賽為抓手，鼓勵(lì)和支持學(xué)生參加與非線性電子線路課程相關(guān)的學(xué)科與科技競(jìng)賽如全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽等，并將與課程關(guān)聯(lián)度高的部分競(jìng)賽題目如寬帶放大器、低噪聲放大器、直接頻率合成器等融入非線性電子線路課程設(shè)計(jì)中，使課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容具有綜合性、實(shí)用性、時(shí)代性和先進(jìn)性。通過將學(xué)科競(jìng)賽內(nèi)容融入非線性電子線路課程設(shè)計(jì)中，不但可以激發(fā)學(xué)生對(duì)非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的興趣、提高學(xué)生的設(shè)計(jì)成就感和動(dòng)手實(shí)踐的積極性，還可以提升其綜合設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力[9]。

充分挖掘教師團(tuán)隊(duì)最新科研成果中的基礎(chǔ)性問題，將其融入非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，并對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充和更新，為非線性電子線路課程設(shè)計(jì)注入科技前沿與研究熱點(diǎn)。積極引導(dǎo)學(xué)生了解非線性電子線路課程較為前沿的學(xué)術(shù)方向，把電子電路設(shè)計(jì)的最新科技成果落地于課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，在寬度和深度上延伸課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)一步拓寬學(xué)生專業(yè)視野、激發(fā)學(xué)生研究熱情[10]。組織學(xué)生參與到指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目中，帶領(lǐng)學(xué)生搭建科研實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、參與實(shí)驗(yàn)調(diào)試、測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫專利申報(bào)書等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際、對(duì)接社會(huì)需求，強(qiáng)化學(xué)生工程意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和科研能動(dòng)性，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力和研究創(chuàng)新能力。

3.4 制定科學(xué)全面、客觀公正的考核體系

在非線性電子線路課程設(shè)計(jì)考核中，以學(xué)生的能力為考核重點(diǎn)，制定過程化、動(dòng)態(tài)化、多元化、規(guī)范化的課程設(shè)計(jì)考核體系，對(duì)考核方式和考核內(nèi)容進(jìn)行深化和完善。

在考核方式方面，改變重結(jié)果、輕過程的考核現(xiàn)狀，將考核貫穿于非線性電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)的全過程，不僅注重對(duì)課程設(shè)計(jì)結(jié)果的考核，更注重對(duì)課程設(shè)計(jì)過程的考核。通過強(qiáng)化過程考核，引導(dǎo)學(xué)生從以知識(shí)學(xué)習(xí)為主向以知識(shí)、能力、素質(zhì)一體化提升轉(zhuǎn)變，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、自主性和創(chuàng)造性。過程化考核能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)跟蹤非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的教學(xué)過程，使指導(dǎo)教師能夠及時(shí)了解學(xué)生在課程設(shè)計(jì)整個(gè)過程中的理論知識(shí)掌握情況和實(shí)踐創(chuàng)新能力發(fā)展情況，從而有針對(duì)性地解決教學(xué)過程中存在的問題，使得非線性電子線路課程設(shè)計(jì)考核成為指導(dǎo)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的導(dǎo)向[11]。

在考核內(nèi)容方面，改變重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)輕能力的考核現(xiàn)狀，既注重對(duì)學(xué)生的基本理論、基本知識(shí)的考核，更注重對(duì)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力、板圖繪制能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力、科技寫作能力、語(yǔ)言表達(dá)能力等多方面能力的考核，還涵蓋對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)主動(dòng)性等綜合素質(zhì)的考核，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的全方位考核[12]。為了更加科學(xué)、全面、客觀、公正的評(píng)定學(xué)生的非線性電子線路課程設(shè)計(jì)成績(jī)，對(duì)設(shè)立的各個(gè)考核環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容都進(jìn)行合理的細(xì)化、量化及統(tǒng)計(jì)分析，盡可能避免指導(dǎo)教師憑主觀意愿或個(gè)人好惡給學(xué)生評(píng)分。

根據(jù)上述考核方式和考核內(nèi)容，并結(jié)合工程實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，非線性電子線路課程設(shè)計(jì)的總成績(jī)由六個(gè)考核環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)考核內(nèi)容得分相加而得：方案設(shè)計(jì)及電路仿真（占總成績(jī)的30%），重點(diǎn)考查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、電路設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新應(yīng)用能力；電路原理圖和印制電路板圖的設(shè)計(jì)（占總成績(jī)的20%），重點(diǎn)考查學(xué)生的板圖繪制能力及工程實(shí)踐能力；電路的焊接、調(diào)試及儀器儀表的操作（占總成績(jī)的20%），重點(diǎn)考查學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力及解決問題的能力；線上教學(xué)平臺(tái)的任務(wù)完成情況、課堂測(cè)試與互動(dòng)（占總成績(jī)的10%），重點(diǎn)考查學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力；驗(yàn)收答辯與成果演示（占總成績(jī)的10%），重點(diǎn)考查學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力；課程設(shè)計(jì)報(bào)告（占總成績(jī)的10%），重點(diǎn)考查學(xué)生的科技寫作能力。改革后的非線性電子線路課程設(shè)計(jì)考核體系既能科學(xué)全面、客觀公正地評(píng)價(jià)學(xué)生的能力，又能運(yùn)用考核結(jié)果推動(dòng)課程設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

非線性電子線路課程設(shè)計(jì)是一門工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，是理論知識(shí)和實(shí)踐技能的綜合運(yùn)用，對(duì)提高學(xué)生分析解決問題的能力、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新應(yīng)用能力具有重要意義。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)立足于行業(yè)背景、專業(yè)特色和課程目標(biāo)，通過轉(zhuǎn)變教學(xué)模式、豐富教學(xué)手段、更新教學(xué)理念、改革考核體系等一系列舉措，打破了教學(xué)時(shí)空的束縛，開拓了學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，激發(fā)了學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考問題、分析問題和解決問題的能力，提高了學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，同時(shí)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、科技寫作能力也得到了鍛煉。在本課程的帶動(dòng)下，學(xué)生在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的申報(bào)和研究、國(guó)家級(jí)和省級(jí)各類學(xué)科和科技競(jìng)賽、專利的申報(bào)等方面均取得了很好的成績(jī)，參與到教師的科研項(xiàng)目和企業(yè)課題的學(xué)生數(shù)量逐年持續(xù)增加。

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收稿日期：2023-01-26

基金項(xiàng)目：安徽省一般教學(xué)研究項(xiàng)目（2020jyxm0344）；安徽建筑大學(xué)校級(jí)教研項(xiàng)目（2019jy06）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201802216018）