基于“三融合”理念的電子技術課程教學改革*

藍海江 曾玉菊 韋榮昌 （廣西科技師范學院機械與電氣工程學院）

《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》明確指出，電子技術是電子信息類及電氣類等專業(yè)的核心課程。該課程理論緊密聯(lián)系實踐，具有承前啟后的作用。[1]在新工科建設背景下，為了培養(yǎng)符合新時代要求的專業(yè)技術人才，與時俱進地對該課程的教學進行改革勢在必行。近年來出現(xiàn)了線上線下混合式新型教學體系和教學模式改革，[2]以及工程能力與科研能力并重的人才培養(yǎng)模式改革，[3]融合EDA 技術[4]也是該課程教學改革的熱點。

地方應用型本科院校重在“應用”二字。相對而言地方應用型本科院校學生的專業(yè)基礎偏弱，其相關專業(yè)中電子技術課程的課時普遍偏少。在此背景下，筆者在多年教學實踐及改革探索的基礎上，總結形成了理論、仿真、實踐“三融合”理念，并以該理念為載體積極地對電子技術課程教學進行了系列教學改革。教學實踐表明，基于“三融合”理念的教學改革符合新工科建設理念，改革之后該課程的教學效率和質量明顯提高。

一、電子技術課程的教學現(xiàn)狀

在課時偏少的背景下，傳統(tǒng)的電子技術課程教學存在諸多不足，其主要如下：第一，教學方式單一。在理論教學中，許多教師的教學方式是“PPT 課件+板書”，少用或者不用仿真軟件工具進行輔助教學，使學生難以理解抽象的電子技術理論知識。在實驗教學中，許多教師的教學方式是先講解實驗原理或設計思路，然后進行實驗演示。學生只需按照指導書上的步驟進行操作即可完成實驗，不利于培養(yǎng)學生的工程技能和設計能力。[5]第二，教學內容陳舊。該課程的教學還存在教學內容陳舊以及新技術、新器件、新知識不能充分體現(xiàn)等問題。[6]比如在實驗教學中，許多教師采用實驗箱或評估板來完成一些傳統(tǒng)的驗證性或小設計實驗，這些器材難以滿足綜合性或創(chuàng)新性實驗教學要求。第三，評價模式單一。比如該課程的實驗教學評價，多數(shù)教師采用“測量結果+實驗報告”或“實驗報告+期末考核”等模式。[7]這種重結果輕過程的評價模式忽視了教學過程，會讓許多學生只重視實驗報告的書寫而輕視實驗的操作過程，致使學生的實驗參與度和積極性不高。

這些不足，與新工科建設“天大行動”提出的“問學生志趣變方法”相違背，不符合新工科建設“復旦共識”提出的“新工科建設需要加強研究和實踐”的要求。因此，對該課程的教學進行改革勢在必行。

二、理論、仿真、實踐“三融合”理念

“理論、仿真、實踐‘三融合’電子技術課程教學改革的研究與實踐”，是廣西高等教育本科教學改革工程重點項目。近年來，項目組成員積極進行項目的研究與實踐，總結形成的理論、仿真、實踐“三融合”關系，如圖1 所示。

圖1 理論、仿真、實踐“三融合”關系

圖1 的融合關系是“三融合”理念的基礎。理論與實踐的融合，即利用理論知識指導實踐電路設計，并通過實踐過程及結論驗證理論知識的內涵；理論與仿真的融合，即利用理論知識指導仿真電路設計，并通過仿真過程及結論呈現(xiàn)理論知識的內涵；實踐與仿真的融合，即首先利用仿真軟件設計實踐電路并模擬電路的工作過程及結果，然后依據(jù)仿真設計搭建實物電路并通過實踐驗證電路是否符合設計要求。

歷經(jīng)多年研究與實踐，項目組總結形成的理論、仿真、實踐“三融合”的核心理念是：以提高教學效率和質量為目標，以深度融合仿真技術為手段，利用仿真展現(xiàn)理論內涵，突出重點、破解難點，遵循“先仿真、后實驗”原則，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新思維。

三、基于“三融合”理念的電子技術課程理論教學改革探索

（一）基于“三融合”理念整合理論教學內容

在電子信息化、智能化時代，電子技術課程所涉及的內容千變萬化、日新月異。在電子技術課程課時偏少、學生專業(yè)基礎偏弱的背景下，特別是在新工科建設的背景下，基于“三融合”理念整合教學內容尤為重要。整合后的電子技術課程理論教學內容，應切合學生及其專業(yè)特點實際，應具有應用性及前沿性，并符合培養(yǎng)應用型人才要求。整合教學內容之后是精選優(yōu)秀教材。精選的教材應具備先進性、科學性及適用性?；凇叭诤稀崩砟罹x的教材，還應符合以下兩個特點：一是教材的主要內容應符合地方應用型本科院校學生的專業(yè)基礎水平，二是教材中的邏輯符號圖及函數(shù)表達式等應符合仿真軟件的語言表達規(guī)則。

（二）理論教學與仿真技術深度融合的措施

新工科建設“北京指南”指出，應積極“推進信息技術與工程教育深度融合”。仿真軟件是電子技術課程教學的好助手。在理論教學中，利用仿真技術展現(xiàn)理論知識內涵，能激發(fā)學生的學習興趣、加深學生對理論知識的理解，突出重點、破解難點，從而提高教學效果和質量。但是，僅把仿真技術作為輔助教學手段是不夠的，應該做到理論教學與仿真技術的深度融合。

理論教學與仿真技術深度融合的主要措施如下：一是理順理論教學內容，確定重、難點。二是深度融合仿真技術呈現(xiàn)理論知識，讓學生直觀地觀測到理論知識蘊涵的原理，從而突出重點、破解難點。比如在“微分電路和積分電路”教學中，深度融合仿真技術能讓學生直觀地觀測到電路瞬態(tài)的“微分”和“積分”過程，從而深入理解電路的工作原理。[8]又如在“計數(shù)器”教學中，深度融合仿真技術不僅能讓學生直觀地觀測到計數(shù)器的工作過程及時序波形圖，而且還可深入探究計數(shù)器的工作原理。[9]

（三）基于“三融合”理念的理論教學策略

在課時偏少的背景下，基于“三融合”理念的理論教學策略是：融仿真、固基礎、重應用。融仿真，即深度融合仿真技術呈現(xiàn)理論知識內涵，讓學生直觀而深入地理解電子技術的理論知識，突出重點、破解難點，提高教學效率和質量。比如競爭冒險現(xiàn)象是數(shù)字電子技術的教學難點之一，通過搭建仿真程序，可把“動態(tài)”的競爭冒險現(xiàn)象變?yōu)椤办o態(tài)”圖像，讓學生深入理解產(chǎn)生冒險現(xiàn)象的原因及其消除原理，從而突出重點、破解難點。[10]固基礎，即理順課程中的基礎內容，深度融合仿真技術呈現(xiàn)基礎知識內涵，讓學生牢固掌握電子技術的基礎知識，為學習相關后續(xù)課程打下扎實基礎。比如數(shù)字電子技術的核心基礎之一是“門電路原理”，通過仿真技術呈現(xiàn)這一基礎知識內涵，能讓學生牢固掌握這些門電路的工作原理。重應用，即在教學中應弱化電路模塊內部的工作原理分析，而深度融合仿真技術強化其功能，并展示其在各領域中的應用。教學實踐表明，充分介紹、展示各種電子技術電路模塊在探測、通信及家電等領域中的應用，能提高學生的學習興趣。

四、基于“三融合”理念的電子技術課程實驗教學改革探索

（一）基于“三融合”理念精選實驗項目

實驗項目太簡單，會讓學生覺得實驗索然無味；實驗項目太復雜，則讓學生對實驗望而卻步。地方應用型本科院校各專業(yè)的電子技術實驗課程，一般為理論課的配套課程，課時偏少。在此背景下，基于“三融合”理念精選實驗項目極為重要。精選后的實驗項目，應遵循由淺入深、循序漸進原則，并包含基礎性和綜合性實驗。此外，這些精選出來的項目，應能融合仿真軟件進行設計與仿真。新工科建設的六大理念之一是“問技術發(fā)展改內容”，鑒于此，在開展實驗教學時，具體的實驗項目還應依據(jù)學生的專業(yè)特點及當下的應用熱點與時俱進地進行調整。

（二）基于“三融合”理念的實驗教學措施

該課程基于“三融合”理念的實驗教學主要措施如下：一是理論指導實踐，基于“三融合”理念編寫實驗指導書。據(jù)此，項目組編寫了特色鮮明的電子技術實驗指導書，其主要特色是以仿真電路圖作為實驗原理圖。二是遵循“先仿真、后實驗”原則。要求學生在進行實物實驗之前，充分利用課余時間設計、預習和仿真實驗項目，并提交預習仿真報告。歷經(jīng)項目設計及仿真調試過程，能培養(yǎng)學生的分析、解決問題能力及創(chuàng)新思維。此外，歷經(jīng)預習及仿真過程，還能讓學生深入理解實驗項目原理、熟悉實驗內容及步驟。教學實踐表明，實施“先仿真、后實驗”改革之后，在3 學時的實驗教學單元內，可比改革之前再增加1至2 個實驗子項目，教學效率和質量明顯提高。

（三）基于“三融合”理念優(yōu)化實驗教學評價

有效的評價模式是提高實驗教學效果和質量的重要保障。項目組承擔的電子技術實驗課程均為理論課的配套課程。改革之前，該課程主要以“測量結果+實驗報告”為評價模式，致使一些學生的實驗參與度及積極性不高，教學效果和質量不盡如人意。新工科建設“北京指南”指出，應“完善個性化的人才培養(yǎng)質量評價”。鑒于此，為了提高該課程的教學效果和質量，項目組摒棄傳統(tǒng)的“重結果、輕過程”評價模式，在總結教學改革成果的基礎上，基于“三融合”理念建立并完善了“實驗全過程評價”的評價模式。

“實驗全過程評價”模式的實施策略如下：第一，實驗前的預習仿真評價（權重30%）。要求學生充分利用課余時間預習及仿真實驗項目，并在進行實物實驗之前提交預習仿真報告。教師采用審閱及抽查等方式，評價學生完成此項任務的質量，評價的主要目的是督促學生獨立完成此項任務。第二，實物實驗各階段的即時評價（權重50%）。在學生進行電路搭建及測試過程中，教師即時對每組學生的每個階段進行實時評價，并依據(jù)學生所搭建的電路質量及測量結果的正確性評定相應等級。在此過程中，若發(fā)現(xiàn)學生未能完成某階段的實驗任務，立即令其整改，直至實驗完成。第三，實驗報告評價（權重20%）。實驗完成后，要求每位學生提交項目實驗報告。實驗報告評價的主要依據(jù)是實驗數(shù)據(jù)的正確性及實驗分析的合理性，以及實驗報告內容的完整性及規(guī)范性等。

“實驗全過程評價”的重點是“實物實驗各階段的即時評價”。教師應以多種方式及時了解學生在實驗過程中遇到的各種問題，全面掌控實驗進程。此外，教師應鼓勵學生充分預習、精心設計及認真實驗。項目組采取的主要激勵措施是：在實驗教學單元內，提前完成實驗項目的學生可提前離開實驗室，而未能完成實驗項目的學生則必須另找時間補做，直至完成。教學實踐表明，實施“實驗全過程評價”，能增強學生的自主學習能力，激發(fā)學生的實驗積極性，培養(yǎng)學生分析和解決問題能力，從而有效提高實驗課程的教學效率和質量。

五、融入“三融合”理念深入挖掘電子技術課程的思政元素

教育部2019 年9 月29 日發(fā)布的《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質量的意見》指出，要充分發(fā)掘各類課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源。電子技術既是電類專業(yè)的核心課程，也是其專業(yè)基礎課程，該課程具有基礎性強、覆蓋面廣等特點。因此，在基于“三融合”理念進行教學的同時，同樣應該“春風化雨”地挖掘該課程中的思政元素，并且“潤物無聲”地對學生進行思政教育。[11]

比如，在“基本放大電路”理論教學過程中，除了深度融合仿真技術呈現(xiàn)“基本放大電路”的工作原理及其放大過程外，還應積極地挖掘其中的思政元素。即挖掘出“基本放大電路”所蘊含的“內因和外因的辯證關系原理”，并據(jù)此引導學生正確對待內因和外因的關系，辯證地看待機遇，只要練好內功，就一定能夠“放大”出光彩艷麗的人生。又如，在“555 定時器”實驗教學中，學生歷經(jīng)“先仿真、后實驗”之后就會充分意識到，“555 定時器”芯片雖小但功能非常強大。此時，教師可引入華為芯片斷供等案例啟發(fā)學生思考如何破解缺芯困境。然后，進一步讓學生認識到，只有掌握了核心技術才能在關鍵技術上有自主權和話語權，從而激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。[12]

六、基于“三融合”理念的電子技術課程教學改革實踐與成效

近年來，項目組成員積極進行該項目的研究與實踐工作。隨著研究與實踐工作的順利開展，基于理論、仿真、實踐“三融合”理念的電子技術課程教學改革的優(yōu)勢和成效相繼呈現(xiàn)。以數(shù)字電子技術為例，我校電氣工程及其自動化、電子信息工程及軟件工程等專業(yè)，基于“三融合”理念實施教學改革前后的學生期末考試平均成績對比，如圖2 所示。

圖2 教學改革前后數(shù)字電子技術期末考試平均成績比較

由圖2 可知，基于“三融合”理念教學改革實施之后，在考核題目難度及區(qū)分度相近的情況下，各專業(yè)學生的數(shù)字電子技術期末考試平均成績提高明顯。

再以數(shù)字電子技術實驗2021 年秋季學期期末操作考核為例?？己说膶ο笫俏倚ｋ娮有畔⒐こ虒I(yè)學生?？己说捻椖渴怯嫈?shù)器設計與測試、施密特觸發(fā)器設計與測試及多諧振蕩器設計與測試等。學生通過抽簽選擇其中一個項目進行操作考核?？己说囊笫钦_搭建電路、展示實驗結果及簡要回答與該項目相關的問題。在此次考核中，有32%的學生在20 分鐘內就能完成考核任務，所有學生的平均完成時間為29 分鐘。由此說明，實施基于“三融合”理念的實驗教學改革，能提高學生的實踐能力。

總之，電子技術既是電子信息類及電氣類等專業(yè)的核心課程，也是其專業(yè)基礎課程。近年來鑒于該課程傳統(tǒng)教學模式存在諸多不足，筆者基于理論、仿真、實踐“三融合”理念對該課程的教學進行了積極改革探索?；凇叭诤稀崩砟畹碾娮蛹夹g課程理論教學的改革重點是深度融合仿真技術呈現(xiàn)理論知識?；凇叭诤稀崩砟畹碾娮蛹夹g課程實驗教學的改革重點是遵循“先仿真、后實驗”原則?！皩嶒炄^程評價”不可或缺，即時評價每組學生的每個實驗階段，既能督促學生認真對待每個實驗階段，又能全面掌控實驗進程。深入挖掘電子技術課程中的思政元素，自然融入課程思政，能達到潤物無聲的效果。基于理論、仿真、實踐“三融合”理念的教學改革符合新工科建設理念，教學改革探索實踐表明，改革實施后電子技術課程的教學效率和質量明顯提高。本文的教學改革策略和措施，對其他課程的教學改革亦有借鑒作用。