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    工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下基于項(xiàng)目的EDA課程思政教學(xué)改革設(shè)計(jì)

    2024-05-18 22:59:45王彩鳳李志遠(yuǎn)高海闊毛國明
    大學(xué)教育 2024年3期
    關(guān)鍵詞:工程教育專業(yè)認(rèn)證項(xiàng)目化教學(xué)課程思政

    王彩鳳 李志遠(yuǎn) 高海闊 毛國明

    [摘 要]針對(duì)傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)與工程應(yīng)用脫節(jié)、難以全面提高學(xué)生實(shí)踐能力的問題,按照工程教育專業(yè)認(rèn)證要求,課程組從重構(gòu)項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段和方法、采用線上線下混合式教學(xué)模式、構(gòu)建多元化考核評(píng)價(jià)體系等方面,對(duì)基于項(xiàng)目的EDA課程思政教學(xué)進(jìn)行了改革,并以一個(gè)典型教學(xué)案例為例,對(duì)基于項(xiàng)目的EDA課程思政教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì),鍛煉、提升了學(xué)生的分析解決問題能力和工程實(shí)踐能力,同時(shí),課程組將思政元素“潤物無聲”地融入課程教學(xué),使思政教育與專業(yè)知識(shí)傳授同向同行,從而全面提升課程教學(xué)質(zhì)量,落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。

    [關(guān)鍵詞]工程教育專業(yè)認(rèn)證;EDA課程;項(xiàng)目化教學(xué);課程思政

    [中圖分類號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437(2024)03-0092-04

    現(xiàn)階段,高等學(xué)校工程教育領(lǐng)域普遍存在工程人才培養(yǎng)與社會(huì)需求脫節(jié)這一問題,難以滿足我國不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)高級(jí)工程專業(yè)人才的需求。目前,國內(nèi)各大高校正在積極申請(qǐng)工程教育專業(yè)認(rèn)證,它是提高高校本科專業(yè)工程教育質(zhì)量的一種重要途徑,它的基本理念是“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”[1-3]。高校教師應(yīng)深入了解專業(yè)認(rèn)證的核心理念,并付諸教學(xué)實(shí)踐,不斷改進(jìn)和完善教學(xué)手段與方法,提升學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力,實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生畢業(yè)要求的有效達(dá)成。在對(duì)標(biāo)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),高校教師在教學(xué)過程中也要做到立德樹人。立德樹人是高等教育的根本任務(wù),而課程思政是高校落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的一種重要途徑[4]。教師在傳授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)合理融入對(duì)大學(xué)生的思想政治教育,可以有效促進(jìn)本科專業(yè)工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的全面提高[5]。

    一、EDA課程教學(xué)現(xiàn)狀

    山東航空學(xué)院(以下簡稱我校)電子信息工程專業(yè)是省級(jí)一流專業(yè),該專業(yè)中的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA)課程一般在大三上學(xué)期開設(shè),實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng),主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力,在專業(yè)課程體系中起到承上啟下的作用。在以往的人才培養(yǎng)過程中,EDA課程以理論為主、實(shí)驗(yàn)為輔,枯燥的編程語法理論課提不起所有學(xué)生的興趣,部分學(xué)生的工程實(shí)踐能力也得不到提升。為了改變這種狀況,也為了貼合工程專業(yè)認(rèn)證,我校于2017年對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了修訂,把EDA課程設(shè)置為32學(xué)時(shí)的純實(shí)踐課,經(jīng)過4年的課程實(shí)施,學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力得到了鍛煉和提高。但這樣的設(shè)置仍然有一個(gè)弊端:每次2學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課需要用將近1學(xué)時(shí)給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)所需的編程語法知識(shí),導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的時(shí)間被縮短了將近一半,不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此,我校于2021年對(duì)培養(yǎng)方案再次進(jìn)行了修訂,把EDA課程設(shè)置為48學(xué)時(shí),包括16學(xué)時(shí)理論課和32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課。這樣,教師就可以在理論課上把實(shí)驗(yàn)課上用到的語法知識(shí)項(xiàng)目化地傳授給學(xué)生,學(xué)生再利用實(shí)驗(yàn)課,將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(包括調(diào)研分析、方案論證、軟件編程和下載調(diào)試等幾個(gè)過程)較高質(zhì)量地完成。這不僅能夠提高學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力,而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

    2021年,在我校教務(wù)處和學(xué)院的資助下,教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)標(biāo)工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),融入了思政元素,面向工程應(yīng)用,重構(gòu)了項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容,運(yùn)用了多種教學(xué)手段和方法,實(shí)施了線上線下混合式教學(xué)模式,構(gòu)建了多元化的考核評(píng)價(jià)體系,順利完成了項(xiàng)目化教學(xué)視頻的錄制,并將其放在智慧樹網(wǎng)站和超星平臺(tái)運(yùn)行實(shí)施。本課程除了讓學(xué)生理解并掌握 VHDL語言、FPGA芯片和QuartusⅡ軟件,利用EDA技術(shù)完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真,還對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育,使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)接受社會(huì)主義核心價(jià)值觀的引領(lǐng)。目前,教學(xué)團(tuán)隊(duì)已完成了4個(gè)學(xué)期的教學(xué)改革實(shí)踐,滿足了工程專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求,思政育人效果較好。

    二、基于項(xiàng)目的EDA課程教學(xué)設(shè)計(jì)

    (一)重構(gòu)項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容

    針對(duì)工程專業(yè)認(rèn)證對(duì)本科畢業(yè)生的要求, EDA課程以學(xué)生為中心,重新整合課程內(nèi)容,將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行項(xiàng)目化處理,并適當(dāng)融入思政元素,涵蓋 “智造強(qiáng)國”“工匠精神”“實(shí)事求是” 等思政理念, 有效促進(jìn)了專業(yè)知識(shí)傳授和思政教育的融合,大大提升了育人效果。重整之后,課程內(nèi)容由淺入深、由簡單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到工程應(yīng)用,有助于逐步鍛煉提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。理論知識(shí)主要由VHDL程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對(duì)象、文字規(guī)則、數(shù)據(jù)類型、順序語句和并行語句六大模塊構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要由基礎(chǔ)性的電路編程模塊和綜合性的工程實(shí)踐應(yīng)用模塊組成,每個(gè)模塊有六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。電路編程模塊主要鍛煉學(xué)生利用所學(xué)VHDL語法知識(shí)進(jìn)行電路編程的能力,工程實(shí)踐應(yīng)用模塊則考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)、軟件編譯仿真以及分析解決問題的能力。

    (二)運(yùn)用多種教學(xué)手段和方法

    在教學(xué)實(shí)施過程中,合理利用案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、比較分析法、小組討論法等多種教學(xué)方法,結(jié)合智慧樹網(wǎng)站和超星平臺(tái)的線上資源,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性,并利用超星學(xué)習(xí)通的互動(dòng)教學(xué)功能,實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及對(duì)該課程的教學(xué)反饋。此外,對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育和責(zé)任擔(dān)當(dāng)、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)等社會(huì)主義核心價(jià)值觀的引領(lǐng),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、實(shí)事求是的工程素質(zhì),并在潛移默化中實(shí)現(xiàn)專業(yè)教學(xué)和思政教育的同頻共振。

    (三)實(shí)施線上線下混合式教學(xué)模式

    線上線下混合式教學(xué)模式不僅可以應(yīng)用于理論教學(xué),而且可以應(yīng)用于部分實(shí)驗(yàn)教學(xué),并能取得良好的教學(xué)效果[6-7]。因此,線上線下混合式教學(xué)可以突破時(shí)空限制,方便學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí),從而推動(dòng)EDA課程對(duì)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在理論教學(xué)方面,教師通過線上平臺(tái)可以發(fā)布課程目標(biāo)、教學(xué)視頻、主題討論、章節(jié)測試、隨堂測試、課后作業(yè)和小組作業(yè)、思政素材等,還可借助網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行輔導(dǎo)、答疑,查看學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)和教學(xué)反饋。在線下課堂,教師可以利用智慧教室對(duì)教學(xué)重難點(diǎn)進(jìn)行講解,對(duì)線上測試進(jìn)行分析總結(jié),對(duì)學(xué)生的討論和作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng),使學(xué)生加深對(duì)基礎(chǔ)語法內(nèi)容的理解和掌握;教師還在教授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)弘揚(yáng)科學(xué)家精神,激勵(lì)學(xué)生勇?lián)萍紙?bào)國重任。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面,教師可通過線上平臺(tái)提前給學(xué)生布置線下實(shí)驗(yàn)任務(wù),學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)講義,了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容,運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)問題進(jìn)行分析,并查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。教師在這個(gè)過程中提供線上指導(dǎo),對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo),調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生通過QuartusⅡ軟件對(duì)編寫的VHDL程序進(jìn)行編譯和仿真。這種線上仿真將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合,可以大大提升學(xué)生預(yù)習(xí)的質(zhì)量和自主學(xué)習(xí)的能力。線下實(shí)驗(yàn)以小組為單位,2~3人一組,根據(jù)之前線上制訂的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行比較和評(píng)價(jià),選擇最優(yōu)的一種方案開展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求和內(nèi)容分工合作,完成軟件編程、硬件電路設(shè)計(jì)、引腳鎖定、下載測試、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫、PPT匯報(bào)等,從而提升EDA實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的高階性和挑戰(zhàn)度,只有這樣才能激發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的興趣,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的目的,并培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精、勇于創(chuàng)新的工程精神,從而實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)[8]。

    (四)構(gòu)建多元化考核評(píng)價(jià)體系

    EDA課程采用多元化的考核評(píng)價(jià)體系,包括過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)。過程性評(píng)價(jià)內(nèi)容包括線上平臺(tái)的課程視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測試、主題討論、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和仿真驗(yàn)證等,占比50%,教師可以根據(jù)課程平臺(tái)上的統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù),對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)線上督學(xué)、促學(xué)和答疑等,確保以學(xué)生為中心的教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)。終結(jié)性評(píng)價(jià)主要考核學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐和分析解決問題的能力,主要包括軟件編程、硬件電路設(shè)計(jì)、引腳鎖定、下載測試、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫和PPT匯報(bào)答辯等內(nèi)容,占比50%。通過項(xiàng)目實(shí)踐,學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力在不斷分析解決問題和積極主動(dòng)參與項(xiàng)目實(shí)施的過程中得到培養(yǎng)與提高[9]。線下實(shí)驗(yàn)過程不僅考查學(xué)生分析解決問題能力、實(shí)踐動(dòng)手能力,而且考查學(xué)生的工程習(xí)慣與職業(yè)素質(zhì)表現(xiàn)、代碼規(guī)范度與團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。最終,通過全方位、靈活多元的考核評(píng)價(jià)方式,學(xué)生既牢固掌握了EDA技術(shù),又具有良好的動(dòng)手實(shí)踐能力,同時(shí)具備高尚的道德情操和良好的品格。

    三、基于項(xiàng)目的EDA課程思政典型教學(xué)案例

    下面以一個(gè)具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)——加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)為例,來說明工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下如何在EDA課程教學(xué)中融入思政元素,以達(dá)到專業(yè)教育和思政教育的雙重目的。

    (一)任務(wù)發(fā)布和導(dǎo)入

    課前,教師通過課程平臺(tái)給學(xué)生發(fā)布任務(wù),讓學(xué)生查找相關(guān)資料并結(jié)合教學(xué)視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)。課中,教師在簡單復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容后以實(shí)物演示或者視頻、動(dòng)畫導(dǎo)入任務(wù),然后提出問題:在我們現(xiàn)實(shí)生活中,計(jì)數(shù)器都有哪些應(yīng)用?通過問題情景激發(fā)學(xué)生的探究興趣,并組織小組討論和交流,從而引出本次課的設(shè)計(jì)任務(wù)——基于VHDL語言設(shè)計(jì)一個(gè)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。

    (二)任務(wù)分析和設(shè)計(jì)

    教師重點(diǎn)講解本項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn):VHDL程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)類型和最常用的IF語句。通常,一個(gè)VHDL程序中不可或缺的兩個(gè)主要組成部分是實(shí)體和結(jié)構(gòu)體,實(shí)體主要描述電路的外部通信界面,結(jié)構(gòu)體主要描述電路的內(nèi)部邏輯功能。如何才能更好地理解二者的特點(diǎn)及其相互關(guān)系?可引入思政元素:實(shí)體就像人的外貌,結(jié)構(gòu)體就像人的內(nèi)在,心靈美才是真的美,所以要不斷充實(shí)自己的內(nèi)涵,提高自己的綜合素質(zhì)。教師接著提出一系列啟發(fā)問題:本任務(wù)的輸入輸出端口各有哪些?它們的邏輯關(guān)系是怎樣的?可用哪些語句描述電路的邏輯功能?學(xué)生找出輸入輸出端口的邏輯關(guān)系后,教師繼續(xù)循循善誘,組織學(xué)生進(jìn)行小組討論、交流,并列出整個(gè)程序的框架結(jié)構(gòu)。

    (三)任務(wù)仿真和實(shí)施

    計(jì)數(shù)器的頂層實(shí)體設(shè)計(jì)完成后,教師指導(dǎo)學(xué)生利用QuartusⅡ軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)器的編譯和功能仿真,得到如圖1所示的仿真波形圖和如圖2所示的RTL電路圖,根據(jù)波形引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析電路的計(jì)數(shù)功能。CLK作為計(jì)數(shù)脈沖,就像人生路上的每個(gè)機(jī)會(huì),教師借機(jī)教導(dǎo)學(xué)生要好好把握機(jī)會(huì),不斷提升自己。此外,計(jì)數(shù)功能的完成也受其他幾個(gè)條件的制約,只有同時(shí)滿足相關(guān)條件,計(jì)數(shù)器才能正常計(jì)數(shù)。借此教導(dǎo)學(xué)生:要想獲得成功,必須內(nèi)外兼修,提高自己的綜合素質(zhì),不要因?yàn)橐粋€(gè)失誤而導(dǎo)致滿盤皆輸。仿真成功后,教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行引腳鎖定,連接好下載電纜,把程序下載到EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的FPGA芯片中,并進(jìn)行計(jì)數(shù)器功能的測試。學(xué)生在進(jìn)行分組設(shè)計(jì)時(shí),教師要認(rèn)真對(duì)學(xué)生仿真時(shí)出現(xiàn)的困難給予幫助,引導(dǎo)學(xué)生遇到問題時(shí)要不急不躁,調(diào)試程序時(shí)要認(rèn)真對(duì)待,要善于總結(jié)歸納自己的問題,避免下次再犯,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工程習(xí)慣。

    (四)任務(wù)總結(jié)和反思

    整個(gè)項(xiàng)目完成后,學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告并進(jìn)行匯報(bào)答辯,教師對(duì)每個(gè)小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)的情況、測試中存在的問題以及項(xiàng)目匯報(bào)中的不足等進(jìn)行分析和總結(jié),加深學(xué)生對(duì)該項(xiàng)目所涉及知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握,使學(xué)生在以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)、改正不足,從而提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探究能力、對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。同時(shí),運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生層層分析討論,使學(xué)生在系統(tǒng)方案構(gòu)思、程序設(shè)計(jì)到項(xiàng)目完成的全過程中掌握EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法,更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力[10]。

    四、結(jié)論

    基于項(xiàng)目的EDA課程對(duì)標(biāo)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),落實(shí)立德樹人根本任務(wù),注重學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和思想品德的教育,主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)模式、考核評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行改革,將“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”理念貫穿課程思政教學(xué)改革全過程,并將思政元素融入課程教學(xué)過程,符合社會(huì)發(fā)展對(duì)人才素質(zhì)的要求,強(qiáng)化了工程教育理念,有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力以及道德品質(zhì),全面提升了課程教學(xué)質(zhì)量。

    [ 參 考 文 獻(xiàn) ]

    [1] 邱碩,施炎峰,柳亞男.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)評(píng)價(jià)體系與教學(xué)模式[J].學(xué)園,2023,16(19):66-68.

    [2] 梁義濤,劉宏月,李嵐.專業(yè)認(rèn)證理念下電子信息工程專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐[J].河南廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào),2019,32(2):81-85.

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    [責(zé)任編輯:鐘 嵐]

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