構(gòu)建理論·實(shí)踐·綜合三維立體式模電課程的研究

孫雪茹 彭偉堯

摘?要：在新工科理念和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的前提下，構(gòu)建理論教學(xué)、綜合性實(shí)驗(yàn)、綜合項(xiàng)目式考核融合的模擬電子課程的課堂，理論教學(xué)過程中結(jié)合視頻、生活中常見的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，同時(shí)將仿真實(shí)驗(yàn)引入課堂，不定期進(jìn)行思維導(dǎo)圖總結(jié)。增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在不同階段進(jìn)行線上—線下結(jié)合的不同層次的作業(yè)、試卷、平時(shí)測(cè)驗(yàn)等考核。引入項(xiàng)目式考核，從而構(gòu)建出適應(yīng)不同層次的模電課堂，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力

關(guān)鍵詞：新工科；應(yīng)用型人才；理論教學(xué)；綜合性實(shí)驗(yàn)；項(xiàng)目式考核

中圖分類號(hào)：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.12.084

0?引言

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)是電氣工程及其自動(dòng)化等工科電類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)核心課程，選修課有高等數(shù)學(xué)和電路原理等，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)等后續(xù)課程學(xué)習(xí)、自動(dòng)化領(lǐng)域項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)至關(guān)重要。課堂教學(xué)普遍不能夠照顧到全班每一個(gè)層次的學(xué)生，授課方式過于單一，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為模電課程難上加難，因此可以將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、視頻導(dǎo)入等與授課相結(jié)合，提高學(xué)生上課效率。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作、實(shí)踐應(yīng)用和解決復(fù)雜工程問題的能力。大多數(shù)傳統(tǒng)的模電課程的實(shí)驗(yàn)都是教師演示講解后，學(xué)生按部就班地完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完全不思考實(shí)驗(yàn)為什么要這樣完成，更不清楚完成實(shí)驗(yàn)的意義在哪里，實(shí)驗(yàn)基本毫無意義。多元考核已經(jīng)成為目前大多數(shù)課程的考核方式，但往往班級(jí)內(nèi)部學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，同樣的考核方式對(duì)部分學(xué)生適合，部分學(xué)生不適合，所以本文引入線上線下考核、不同層次的試題考核、項(xiàng)目式考核等對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的考核。

1?模電課程“痛點(diǎn)”問題

1.1?知識(shí)繁難、體系龐雜，難做到學(xué)而不厭

模擬電子技術(shù)是一門內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多、體系龐雜、較難理解的課程，授課過程當(dāng)中，學(xué)生畏難情緒極大。主要原因首先是學(xué)生未學(xué)先畏，學(xué)生普遍把模擬電子課程戲稱為“魔電”。其次，部分學(xué)生電學(xué)基礎(chǔ)偏弱，而模擬電子技術(shù)課程恰恰需要電學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)，導(dǎo)致部分學(xué)生遇到難懂的知識(shí)點(diǎn)就放棄學(xué)習(xí)。還有一部分學(xué)生，學(xué)習(xí)很努力，但學(xué)習(xí)方法上存在問題。最重要的原因是，模擬電子技術(shù)課程內(nèi)容過于繁重，需要一學(xué)期上完所有知識(shí)點(diǎn)，對(duì)此老師只好提高上課效率，但很大一部分學(xué)生無法迅速吸收，更是學(xué)了后面忘前面。課程體系如圖1所示，加上學(xué)生基礎(chǔ)較薄弱，很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大多數(shù)學(xué)生會(huì)產(chǎn)生厭學(xué)的情況，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高該課程的教學(xué)效率日益成為廣大教師所面臨的共同課題。

1.2?內(nèi)容枯燥，紙上談兵，難做到學(xué)以致用

本門課程基本都還采用傳統(tǒng)的授課方法，老師教，學(xué)生學(xué)。在講解分析中多以電路模型為基礎(chǔ)開展，更多強(qiáng)調(diào)抽象化的數(shù)學(xué)問題，用例題推導(dǎo)和圖形講解的方式理解原理，弱化了實(shí)際的應(yīng)用問題，導(dǎo)致學(xué)生難以把數(shù)學(xué)模型和實(shí)際系統(tǒng)聯(lián)系起來，強(qiáng)烈地觸發(fā)了學(xué)生的畏難情緒，本來學(xué)習(xí)興趣就不高，加上傳統(tǒng)授課方式，使得學(xué)生畏難情緒一觸即發(fā)。

1.3?基礎(chǔ)薄弱，知識(shí)獨(dú)立，難做到融會(huì)貫通

大多數(shù)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，所學(xué)知識(shí)并沒有工程背景作支撐，無法將所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系到一起去解決一些實(shí)際的問題。再加上課程內(nèi)容僅用一學(xué)期來完成，大多數(shù)老師疲于完成授課計(jì)劃，忽略了學(xué)生能否將所學(xué)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去。學(xué)生也一直處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，并不能真正地理解本門課程的真正的意義及用處，從而無法真正地做到融會(huì)貫通。

2?構(gòu)建理論·實(shí)踐·綜合——三維立體式模電課堂基本思路

所謂“三維教學(xué)法”，本是指一個(gè)完整的教學(xué)過程，是由課堂講授、學(xué)生自學(xué)（包括課堂討論、作業(yè)練習(xí)等）和社會(huì)實(shí)踐等三個(gè)相互聯(lián)系、相互制約、相互影響的環(huán)節(jié)或?qū)用鏄?gòu)成的一個(gè)有機(jī)整體，要求充分調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生兩方面的積極性，利用一切可以利用的教學(xué)設(shè)備、圖書資料等，將由教師在室內(nèi)講解教材的單一活動(dòng)讓位于形式多樣、內(nèi)容豐富的立體式教學(xué)活動(dòng)，將這三個(gè)層面緊密聯(lián)系在一起。為了貼合本門課程的實(shí)際特點(diǎn)，解決本門課程存在的痛點(diǎn)問題，提出了“三維立體式課堂”的理念。

一維課堂教學(xué)：通過視頻導(dǎo)入激起學(xué)生對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)興趣；傳統(tǒng)的授課由于教師過于專業(yè)化導(dǎo)致學(xué)生無法直接理解課堂內(nèi)容，因此通過從學(xué)生的角度出發(fā)啟用接地氣式教學(xué)，方便學(xué)生快速吸收課堂上的內(nèi)容；采思維導(dǎo)圖等方式進(jìn)行授課總結(jié)，將本來錯(cuò)綜復(fù)雜的課程內(nèi)容串聯(lián)在一起形成系統(tǒng)，方便學(xué)生系統(tǒng)化地去學(xué)習(xí)。通過一維課堂教學(xué)法讓學(xué)生做到學(xué)而不厭。

二維實(shí)驗(yàn)教學(xué)：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，可以添加綜合性實(shí)驗(yàn)，引入仿真實(shí)驗(yàn)，預(yù)留探究題，引導(dǎo)學(xué)生自主探索發(fā)現(xiàn)，解決實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過二維實(shí)驗(yàn)教學(xué)法讓學(xué)生做到學(xué)以致用。

三維多樣化考核教學(xué)：大多數(shù)課程考核以作業(yè)試卷為主，課前預(yù)習(xí)后及課堂結(jié)束后分別進(jìn)行線上考核，每節(jié)內(nèi)容結(jié)束后進(jìn)行階段化考核，課程接近尾聲后進(jìn)行項(xiàng)目式考核，綜合考量學(xué)生學(xué)習(xí)情況，鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)操能力。通過三維多樣化考核教學(xué)法讓學(xué)生做到融會(huì)貫通。整體三維立體式課堂模式如圖2所示。

3?理論·實(shí)踐·綜合——三維立體式模電課堂的構(gòu)建舉措

3.1?利用視頻導(dǎo)入，接地氣教學(xué)，思維導(dǎo)圖總結(jié)三步法教學(xué)

首先，學(xué)生層次的不同，教學(xué)方法也要做出相應(yīng)的變化。清華大學(xué)的教師甚至可以雙語授課，但是對(duì)于普通學(xué)生來說專業(yè)過強(qiáng)的課堂會(huì)讓他們頭暈?zāi)X漲，完全提不起興趣，甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)的想法。因此課程會(huì)根據(jù)課程難易程度的變化去引入生活中常見的有趣的樣例，例如在講解模擬電子晶體三極管放大電路時(shí)，純講解公式推導(dǎo)過程，雖然大部分學(xué)生可以接受并理解，但是存在一些學(xué)生他們基礎(chǔ)較差，對(duì)于理論性的推導(dǎo)有抵觸心理，此時(shí)可以引入生活中常見的三通來進(jìn)行講解，樣例如圖3所示。在沒有引入示例前為學(xué)生簡單講解如下：

引入生活中樣例后如圖4所示：

以上兩種講法，第一種雖然復(fù)雜，但講解后可以讓大部分學(xué)生懂得其中原理。第二種雖然簡單，學(xué)生并不能懂得其內(nèi)部原理，但可以讓一小部分學(xué)生迅速掌握推導(dǎo)出來的最終結(jié)果。所以可將兩種講授方法進(jìn)行結(jié)合，去適應(yīng)所有學(xué)生，這樣做更加有利于講解本堂課的內(nèi)容，在提高授課效率的同時(shí)，還能解決學(xué)生的畏難情緒。

其次，目前的課堂教學(xué)以及教材內(nèi)容安排都普遍存在“開篇直入理論，課堂導(dǎo)入不夠”的共同缺點(diǎn)，這些共同造成了教師難教、學(xué)生難學(xué)的局面。因此團(tuán)隊(duì)教師建立了模擬電子課程視頻庫，針對(duì)不同的授課內(nèi)容搜集課前、課中、科技、生活等不同階段不同層次的相關(guān)視頻融入課堂，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)潛移默化地達(dá)到思政育人的效果。例如在講授反饋放大電路時(shí)，引入導(dǎo)彈發(fā)射的視頻，如圖5所示，與此同時(shí)讓學(xué)生思考如此遠(yuǎn)的距離導(dǎo)彈是如何精準(zhǔn)擊中目標(biāo)的？看完視頻共同探討后給出其中一種答案，得出結(jié)論是因?yàn)樾l(wèi)星在進(jìn)行不斷的反饋，導(dǎo)彈根據(jù)反饋不斷的在調(diào)整方向。

最后，大多數(shù)學(xué)生上完課都有一個(gè)共同的感受：一團(tuán)亂麻，完全不知道本次學(xué)習(xí)內(nèi)容與之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容有什么關(guān)系，聯(lián)系不到一起，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)變成了獨(dú)立的，成不了系統(tǒng)，因此引入階段性思維導(dǎo)圖總結(jié)法，將學(xué)生所學(xué)習(xí)的內(nèi)容前后串聯(lián)在一起，形成系統(tǒng)化教學(xué)—系統(tǒng)化學(xué)習(xí)的“雙系統(tǒng)一體化”模式，可以在保證授課質(zhì)量的同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.2?添加綜合性實(shí)驗(yàn)，引入仿真實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主探索

本門課程開設(shè)的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，因此，可以利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開發(fā)具有綜合性、與實(shí)際項(xiàng)目相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生跳出僅學(xué)習(xí)理論知識(shí)的局限性，達(dá)到學(xué)以致用的效果。另一方面，還可以將學(xué)科競賽、工程案例與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合開展實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)操、團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。

目前學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件具有一定的局限性，一些綜合性、創(chuàng)新性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)還是無法完成，因此以雨課堂為平臺(tái)、以仿真軟件為基礎(chǔ)開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)線下互動(dòng)、隨堂練習(xí)、討論交流、分組匯報(bào)等環(huán)節(jié)，在完成仿真實(shí)驗(yàn)的過程中鼓勵(lì)學(xué)生在問題解決中學(xué)習(xí)和探索，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)他們對(duì)問題解決的深層理解。通過問題解決使學(xué)生建構(gòu)起對(duì)知識(shí)的理解，還能更好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以仿真軟件為基礎(chǔ)開展設(shè)計(jì)，既能鍛煉學(xué)生的軟件應(yīng)用能力，還能培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計(jì)能力。例如：在講授反饋放大電路時(shí)即可引入仿真實(shí)驗(yàn)，搭建的電路圖如圖6所示。

課前拋出預(yù)習(xí)問題，學(xué)生利用各種手段去搜集資料，形成自己對(duì)問題的理解，教師授課時(shí)針對(duì)預(yù)留的問題對(duì)本節(jié)課進(jìn)行詳細(xì)的講解，從而與學(xué)生的問題形成對(duì)比，課后學(xué)生再將答案進(jìn)行修改，最后進(jìn)行提交。探索與授課相結(jié)合的教學(xué)模式可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力與探索精神。兩種模式相結(jié)合能夠更好滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，保證課程教學(xué)質(zhì)量。如圖7和圖8所示。

3.3?課前課后同步考核，階段化考核，項(xiàng)目式考核結(jié)合的多方位考核

目前很多教師在授課前都有預(yù)習(xí)內(nèi)容，但缺乏自學(xué)后的測(cè)驗(yàn)，即使有測(cè)驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)生也會(huì)去搜索答案進(jìn)行作弊，達(dá)不到預(yù)習(xí)想要的成效，引入綜合性發(fā)散思維的測(cè)驗(yàn)題可以有效的避免作弊的情況出現(xiàn)。課后題要與課前預(yù)留的題同步進(jìn)行，同樣的題第二次再作答，就要結(jié)合課程內(nèi)容進(jìn)行，這樣既鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，又可以保證課堂的授課質(zhì)量。

課程體系過于龐大，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生學(xué)了后面的內(nèi)容忘了前面的內(nèi)容，為了引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中重視知識(shí)的積累和能力的培養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容分階段進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)題題型采取拉力賽式任務(wù)點(diǎn)管理，每位學(xué)生必須在規(guī)定時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)完成任務(wù)點(diǎn)。以在線測(cè)試為例，截止時(shí)間前提醒兩遍并通報(bào)未完成學(xué)生名單，督促學(xué)生準(zhǔn)時(shí)完成。且題型隨著授課內(nèi)容的增加難度也要逐級(jí)遞增，起到督促學(xué)生進(jìn)行階段性復(fù)習(xí)，梳理分散講述的知識(shí)點(diǎn)，形成一個(gè)完整的知識(shí)框架的目的。例如，如圖9所示為學(xué)生完成的思維導(dǎo)圖，在學(xué)習(xí)運(yùn)算放大器的內(nèi)容時(shí)，包含了加法、減法、積分、微分等不同類型的運(yùn)算放大器，需要進(jìn)行總結(jié)和歸納。

一學(xué)期下來，學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備已經(jīng)達(dá)到相對(duì)飽和的狀態(tài)，為了檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，以及鍛煉大家解決實(shí)際問題的能力，引入項(xiàng)目式考核，將項(xiàng)目要求下達(dá)給學(xué)生，學(xué)生分組進(jìn)行不同的項(xiàng)目，小組內(nèi)部做好分工，項(xiàng)目任務(wù)包括項(xiàng)目書的書寫、原理圖的設(shè)計(jì)、實(shí)物的制作、匯報(bào)等幾個(gè)方面。項(xiàng)目式考核的引入既能實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，又可以鼓勵(lì)學(xué)生在問題解決中學(xué)習(xí)和探索，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，參加學(xué)科競賽的積極性，為學(xué)生的進(jìn)階學(xué)習(xí)提供可能。

4?結(jié)語

基于“新工科”理念和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的前提下，構(gòu)建理論·實(shí)踐·綜合——三維立體式課堂，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，開發(fā)學(xué)生思維想象力，培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力，實(shí)操動(dòng)手能力，能夠利用所學(xué)的知識(shí)去解決一些生活當(dāng)中常見的問題。

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