人工智能時代模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革研究

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.20.016

Research on Teaching Reform of Simulated Electronic Technology Course in the Era of Artificial Intelligence

WU Xiaopeng， ZHAO Chen， HUANG Chun

School ofElectricalandInformationEngineering，Zhengzhou UniversityofLight Industry，Zhengzhou，Henan450002）

AbstractThe era of artificial intelligence has imposed new demands on analog electronics technology courses， as traditional teaching modes lag in content， methods，practical training，and evaluation systems，failing to meet industry neds.This article explores teaching reform measures for Analog Electronics，focusing on four aspects： curriculum content restructuring，teaching method innovation，practical platform upgrading，and evaluation system reform.These initiatives aimtoshiftanalogelectronicseducationfromtraditionalcircuitanalysis tointellgentsystemdesign，cultivating newenginering talents withclassicaldesigcapabilities，AItoolproficiency，andinterdisciplinaryinovationsils.The proposed framework provides a practical paradigm for reforming electronic information-related curricula. Keywordsartificial intellgence; analog electronics technology; teaching reform; emerging engineering education

人工智能作為引領(lǐng)未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，正以前所未有的速度重塑著各行各業(yè)的面貌。作為電子工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，模擬電子技術(shù)不僅承載著電子學(xué)科的理論精髓，還成為連接傳統(tǒng)電子技術(shù)與現(xiàn)代智能化應(yīng)用的橋梁[。隨著人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容與方式面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)課程側(cè)重于電路分析、信號處理及電子元器件的基本理論與應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)知識的系統(tǒng)性和邏輯性[]。然而，在人工智能時代背景下，該領(lǐng)域不僅需要學(xué)生掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要求其具備運(yùn)用新興技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，如利用AI算法優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、通過機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測電路性能等[34]。這一轉(zhuǎn)變要求教學(xué)必須從傳統(tǒng)的知識灌輸向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求。當(dāng)前，模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)模式大多沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，理論與實(shí)踐脫節(jié)、教學(xué)方法單一、教學(xué)資源局限，以及評價體系僵化等問題日益凸顯，難以滿足新時代對人才培養(yǎng)的需求。

因此，探索并實(shí)施有效的課程教學(xué)改革，成為提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)符合人工智能時代要求的創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。

1模擬電子技術(shù)課程特點(diǎn)

模擬電子技術(shù)課程作為工科教育的基石，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐能力方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。課程具有以下幾個特點(diǎn)： ① 理論與實(shí)踐的高度結(jié)合。課程不僅深入剖析半導(dǎo)體器件的物理特性、電路的基本分析方法等理論知識，還強(qiáng)調(diào)將這些理論知識應(yīng)用于實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試中，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)和電路仿真，學(xué)生能夠親手搭建電路、觀測波形、分析數(shù)據(jù)，從而加深對模擬電子技術(shù)原理的理解。② 加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用的雙重要求。課程涉及大量的數(shù)學(xué)工具，如微積分、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)等，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具，學(xué)生能夠更加準(zhǔn)確地描述電路的行為，預(yù)測電路的性能；課程又緊密關(guān)聯(lián)工程應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)將理論知識轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際電路問題的能力，學(xué)生需要掌握模擬電路的設(shè)計(jì)方法，能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定、功能完善的電路系統(tǒng)。 ③ 典型的模塊化知識體系結(jié)構(gòu)。從電路角度來看，簡單的共射極放大電路是構(gòu)建多級放大電路、集成運(yùn)算放大器電路的基礎(chǔ)模塊，各個電路模塊如同鏈條上的環(huán)扣，緊密相連，任何一個環(huán)節(jié)的理解偏差都可能對后續(xù)知識的掌握產(chǎn)生連鎖負(fù)面影響。這種模塊化的知識體系結(jié)構(gòu)，既便于學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，又要求學(xué)生注重知識的系統(tǒng)性和連貫性，全面把握課程內(nèi)容。

2現(xiàn)有教學(xué)模式存在的主要問題

2.1教學(xué)內(nèi)容滯后

教材作為教學(xué)內(nèi)容的重要載體，其更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上知識的快速迭代。課程教材在編寫完成后，往往數(shù)年甚至十幾年都保持相對穩(wěn)定，未能及時將最新的研究成果、行業(yè)動態(tài)，以及社會發(fā)展中的新現(xiàn)象納入其中，這使得學(xué)生所學(xué)知識與現(xiàn)實(shí)世界存在一定程度的脫節(jié)。另外，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，AI已廣泛滲透到各個領(lǐng)域[5]。但在當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容中，AI相關(guān)的應(yīng)用案例嚴(yán)重匱乏。除了AI技術(shù)外，諸如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)也在深刻改變著社會經(jīng)濟(jì)形態(tài)。然而，現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容未能及時有效地將這些新興技術(shù)與傳統(tǒng)學(xué)科進(jìn)行有機(jī)融合，學(xué)生無法在學(xué)習(xí)過程中體會到新興技術(shù)與所學(xué)專業(yè)的交叉應(yīng)用。

2.2教學(xué)方法單一

大多數(shù)課堂仍以教師為中心，采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，缺乏主動參與，限制了他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性。信息技術(shù)工具在教學(xué)中的應(yīng)用并不普遍，許多教師未充分利用這些工具的優(yōu)勢，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)抽象概念和復(fù)雜實(shí)驗(yàn)時缺乏直觀體驗(yàn)，影響了學(xué)習(xí)效果。同時，現(xiàn)有教學(xué)模式未能考慮學(xué)生的個體差異，無法實(shí)現(xiàn)個性化教學(xué)，限制了學(xué)生潛力的發(fā)揮。

2.3實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱

在教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目常缺乏創(chuàng)新性和靈活性，導(dǎo)致學(xué)生缺少自主探索和創(chuàng)新的機(jī)會，這種固定化的實(shí)驗(yàn)無法培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際問題解決能力和創(chuàng)新精神，與實(shí)際工程和科研活動脫節(jié)。此外，學(xué)生很少有機(jī)會參與完整的創(chuàng)新過程，影響了他們的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的發(fā)展。許多學(xué)校的工程實(shí)踐平臺建設(shè)落后，設(shè)備和技術(shù)陳舊，無法滿足教學(xué)需求。同時，學(xué)校與企業(yè)合作不足，缺乏真實(shí)的工程實(shí)踐環(huán)境，限制了學(xué)生接觸新技術(shù)和新方法的機(jī)會，影響了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

2.4評價體系不完善

現(xiàn)行教育評價體系偏重理論考試，忽視實(shí)踐考核，難以全面評估學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，導(dǎo)致部分學(xué)生過分關(guān)注理論學(xué)習(xí)，忽略實(shí)踐能力的培養(yǎng)。同時，教學(xué)過程中對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、參與度等過程性因素評價不足，影響了評價的全面性和客觀性，不利于教學(xué)策略和學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)。此外，缺乏明確的創(chuàng)新能力評價標(biāo)準(zhǔn)，難以準(zhǔn)確衡量學(xué)生在創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新成果等方面的表現(xiàn)，不利于引導(dǎo)和激勵學(xué)生提升創(chuàng)新能力。

3主要改革措施

3.1重構(gòu)課程內(nèi)容體系

AI技術(shù)的迅猛發(fā)展正深刻改變著電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。將AI輔助電路設(shè)計(jì)案例融入課程內(nèi)容體系，能夠讓學(xué)生接觸到行業(yè)前沿的設(shè)計(jì)理念和方法。通過對相關(guān)案例的分析，學(xué)生不僅能加深對電路設(shè)計(jì)原理的理解，還能掌握如何利用AI技術(shù)提高設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。例如，在講解電路設(shè)計(jì)課程時，教師可引入利用AI算法自動優(yōu)化電路參數(shù)的案例，使學(xué)生明白AI在實(shí)際工程中的應(yīng)用價值，縮小理論知識與行業(yè)實(shí)踐的差距。

智能硬件作為新興技術(shù)的重要應(yīng)用載體，增設(shè)相關(guān)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目意義重大。學(xué)生在參與智能硬件綜合實(shí)驗(yàn)過程中，需要運(yùn)用電子電路、編程、傳感器等知識，從硬件搭建到軟件編程，完成一個完整的智能硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這不僅有助于學(xué)生鞏固所學(xué)知識，還能激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。模塊化數(shù)字教學(xué)資源能夠使教學(xué)內(nèi)容更加靈活、便捷地呈現(xiàn)給學(xué)生。教師可將課程內(nèi)容按照知識點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行模塊化劃分，制作成數(shù)字資源，如視頻教程、在線測試、虛擬實(shí)驗(yàn)等。學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求，有針對性地選擇相應(yīng)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，這種方式打破了傳統(tǒng)教學(xué)時間和空間的限制，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)習(xí)效率。

3.2創(chuàng)新教學(xué)方法

線上線下混合式教學(xué)模式融合了線上教學(xué)資源豐富、學(xué)習(xí)便捷和線下教學(xué)互動性強(qiáng)的優(yōu)勢。線上，學(xué)生可以通過觀看教學(xué)視頻、查閱資料等方式進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；線下，教師組織課堂討論、小組協(xié)作等活動，引導(dǎo)學(xué)生深入理解知識，解決學(xué)習(xí)中遇到的問題。比如，在講解復(fù)雜的理論知識時，學(xué)生先在線上預(yù)習(xí)相關(guān)視頻，課堂上教師針對學(xué)生的疑問進(jìn)行重點(diǎn)講解和互動，這種方式能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

虛擬仿真工具為學(xué)生提供了一個安全、便捷且成本較低的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠幫助學(xué)生在虛擬世界中模擬各種實(shí)驗(yàn)場景，加深對實(shí)驗(yàn)原理和操作流程的理解，而實(shí)物實(shí)驗(yàn)則能讓學(xué)生獲得真實(shí)的實(shí)踐體驗(yàn)，培養(yǎng)他們的動手能力。采用虛擬仿真 + 實(shí)物實(shí)驗(yàn)雙軌制，學(xué)生可以先通過虛擬仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和方案設(shè)計(jì)，再進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作，既能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和安全性，又能保證學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式以真實(shí)項(xiàng)目為驅(qū)動，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識。教師給定一個項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生分組進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、實(shí)施和評估。在這個過程中，學(xué)生需要自主查閱資料、解決問題，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力。

3.3升級實(shí)踐平臺

智能硬件創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了一個專門進(jìn)行智能硬件研發(fā)和創(chuàng)新的場所。實(shí)驗(yàn)室配備先進(jìn)的設(shè)備和工具，如3D打印機(jī)、智能傳感器、開源硬件平臺等，學(xué)生可以在這里開展各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)踐。同時，實(shí)驗(yàn)室還可以邀請企業(yè)專家進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐更貼近市場需求，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和就業(yè)競爭力。

云平臺整合人工智能和電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù)，為學(xué)生提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和分析工具。學(xué)生可以在云平臺上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等操作，無須在本地安裝復(fù)雜的軟件。此外，云平臺還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，方便學(xué)生與教師、同學(xué)之間的交流和合作，提升實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量和效率。

校企共建實(shí)踐基地能夠?yàn)閷W(xué)生提供真實(shí)的企業(yè)實(shí)踐環(huán)境。企業(yè)將實(shí)際項(xiàng)目引入實(shí)踐基地，學(xué)生在企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下參與項(xiàng)目開發(fā)和實(shí)施。通過這種方式，學(xué)生能夠了解企業(yè)的運(yùn)作流程和行業(yè)需求，掌握實(shí)際工作中的技術(shù)和方法，提高實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。同時，學(xué)校也可以根據(jù)企業(yè)反饋，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)方案，實(shí)現(xiàn)學(xué)校教育與企業(yè)需求的無縫對接。

3.4改革評價體系

多元化考核體系不再僅依賴?yán)碚摽荚嚦煽儯蔷C合考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等多個方面。除了傳統(tǒng)的考試，還增加了實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目成果展示、課堂表現(xiàn)、小組協(xié)作評價等考核方式。過程性評價機(jī)制注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的關(guān)注和評價。教師通過觀察學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、參與討論的積極性等，及時給予反饋和指導(dǎo)。同時，學(xué)生也可以通過自我評價和互評，了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展和不足之處，調(diào)整學(xué)習(xí)策略。這種評價機(jī)制能夠激勵學(xué)生持續(xù)努力，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量?？己梭w系中還應(yīng)建立創(chuàng)新能力評價指標(biāo)，明確對學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新成果的評價標(biāo)準(zhǔn)。例如，從創(chuàng)新思維的獨(dú)特性、創(chuàng)新性解決方案的可行性、創(chuàng)新成果的實(shí)用性等方面進(jìn)行評價。通過這種方式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展提供方向和動力。

4結(jié)語

人工智能時代的到來，為模擬電子技術(shù)課程教學(xué)帶來了深刻變革的契機(jī)。本文立足于電子工程教育的前沿需求，系統(tǒng)分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式在教學(xué)內(nèi)容、方法、實(shí)踐及評價體系上的局限性，并針對性地提出了一系列改革措施。通過重構(gòu)課程內(nèi)容體系，融入AI輔助電路設(shè)計(jì)、智能硬件實(shí)驗(yàn)等前沿元素，打破了學(xué)科壁壘，推動了理論與實(shí)踐的深度融合；創(chuàng)新教學(xué)方法，采用混合式教學(xué)、虛擬仿真與項(xiàng)目驅(qū)動模式，有效激發(fā)了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力；升級實(shí)踐平臺，構(gòu)建智能硬件實(shí)驗(yàn)室與云平臺，強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐能力與跨學(xué)科協(xié)作能力；改革評價體系，建立多元化考核機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生綜合素質(zhì)的全面評估。這些改革舉措不僅提升了教學(xué)效果，還為培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時代的創(chuàng)新型人才奠定了基礎(chǔ)。

未來，模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革將持續(xù)深化。一方面，改革成果應(yīng)在更多院校及相關(guān)專業(yè)中推廣應(yīng)用，形成示范效應(yīng)，帶動整個電子信息教育領(lǐng)域的發(fā)展。另一方面，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，課程內(nèi)容需持續(xù)更新，緊跟技術(shù)前沿。通過持續(xù)努力，為社會源源不斷地輸送具備創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的優(yōu)秀電子信息人才，助力行業(yè)在人工智能時代蓬勃發(fā)展。

★基金項(xiàng)目：2024年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（本科教育類）“理實(shí)貫穿、圖譜賦能，專業(yè)一企業(yè)一行業(yè)一體化人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新與實(shí)踐\"（2024SJGLX0128）。

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