“新工科”背景下面向實踐創新能力培養的數字電子技術基礎課程教學模式改革與實踐

郭金妹 張建榮 陳磊

摘 要 2017年年初，教育部在上海高等工程教育發展戰略研討會上達成了“‘新工科復旦共識”。隨后，教育部公布了關于新工科研究與實踐的通知，國內高等工程院校便掀起對“新工科”探索和實踐的熱潮。本文響應國家號召，在“新工科”背景下將工程教育改革落于實處，以“數字電子技術基礎”這一專業基礎課程為抓點，針對傳統教學過程，探索基于CDIO主動式任務驅動教學方法、實踐彈性教學過程、堅持以賽促改、引用信息化教學手段等促進高職學生實踐創新能力培養的教學模式改革有效舉措，推進“新工科”的建設與發展。

關鍵詞 新工科 實踐創新能力 數字電子技術基礎 教學模式

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.04.051

Abstract At the beginning of 2017， the Ministry of Education reached the "Fudan Consensus on New Sciences" at the Symposium on the Development Strategy of Higher Engineering Education in Shanghai. Subsequently， the Ministry of Education issued a circular on the research and practice of new science， and the domestic engineering colleges and universities set off a wave of exploration and practice of "new subject". In response to the call of the state， the reform of engineering education is put into practice under the background of "new subject". Taking the basic course of Digital Electronic Technology as the key point， and aiming at the traditional teaching process， this paper explores the active task-driven teaching method based on CDIO， the flexible teaching process of practice， the persistence of competition-driven reform， and the introduction of information-based teaching methods to promote the practical innovation ability of Higher Vocational students. Effective measures are taken to reform the teaching mode and promote the construction and development of "new subjects".

Keywords new subject; practical innovation ability; Foundation of Digital Electronics Technology; teaching mode

自2017年教育部提出“新工科”概念之后，國內專家學者陸續展開對“新工科”的內涵、特征、途徑方法等大方向的研究;隨后教育部公布了《新工科研究與實踐項目指南》，[1]全國各地高等院校紛紛加入了“新工科”教育理論研究和探索的行列。“新工科”的主要研究目的是培養出滿足未來新產業新技術需要的，具有實踐創新能力、動態適應能力、高技能高素質的交叉復合型科技人才。[2]目前，我國高等工程教育經過“2011計劃”、“創新創業改革”等重大改革舉措，取得了卓有成效的成績，形成了較為完備的工程教育教學體系。但同時我們也應當看到了我國高等工程教育在人才培養方面表現出一些不適應。

數字電子技術基礎作為電子信息、自動控制、檢測類工科的專業基礎學科，是一門集物理學、電子控制技術、計算機科學與技術、電源開關技術、儀器儀表技術等多學科、多領域于一體的基礎技術。數字電子技術在國內外經過一個多世紀的發展，目前涉及應用的領域涵蓋了生活、科技、工業等各行各業。然而，數字電子技術基礎作為電信類工科學生學習技術的專業基礎課程，在國內的工程教育中卻未有效促進工科學生的實踐創新能力培養，使得學校輸出的人才缺乏創新能力，這從近年來美國對中國芯片的制裁可見一斑。為保障國內“創新創業”、“科教興國”戰略的有效實施，我國工科技術人才隊伍的培養迫在眉睫。其中，特別重要的是對在校大學生實踐創新能力的培養，以更好的適應未來技術、產業發展的需求。

本文針對目前數字電子技術基礎課程在高職教育教學過程中存在的教學方法陳舊、理論與實踐脫節、缺乏創新能力培養等問題進行分析，結合相關專家學者對本課程的教學改革策略，與企業結合，研究課程教學模式，探索順應新工科建設需要的實踐創新能力培養的教學模式改革和實踐。

1 數字電子技術基礎課程的教育教學模式探索

近幾十年來，我國高等職業院校對數字電子技術基礎課程的教育教學方法模式進行了不斷的探索和改革。目前，該課程較為突出的教育教學方法有以下幾種模式：

（1）任務驅動教學法[3]：是指任課教師將某一教學內容設計為一個或多個具體的任務或項目，以生活中的實際案例為驅動，進而提出具體問題引發學生思考，使學生在學和做的過程中掌握教學內容，達到教學目標，從而可提高學生發現、分析和解決問題的能力。

（2）引導討論式教學法[4]：在教學過程中，先給出往屆學生在學習過程中或實踐活動中最常出現的一個問題，然后給出課程內容概念，將學生進行分組進行探討，引導學生主動去探索思考如何避免問題的出現或解決問題，經過主動的思考和探索，再進行課堂內容的講解，可有效提高學生的自主學習、溝通交流和團隊協作能力。

（3）交互式教學法：為了使學生主動參與到教學過程中來，可采用交互式翻轉課堂教學法。針對教學內容，設置一些合適的知識模塊，讓學生利用課后時間完成（如制作一分鐘趣味動畫、簡易PPT、上臺授課等）的任務，實現教與學角色的翻轉，讓學生有機會站在教師的角度思考教學內容和問題，可有效提高學生對課程內容的理解，實現被動學習轉變為主動學習。

（4）混合式教學法[5]：主要是針對傳統課堂的枯燥和新型碎片化教學MOOC的缺陷，將混合式教學方法引入課堂。整個教學過程中，以傳統教學和SPOC+翻轉課堂按照適當的教學進度交替進行，并引入Protuse軟件仿真技術加強實踐教學環節，多種教學方法融合，全方面提高學生的自主學習和實踐動手能力。

以上四種教學模式，主要是針對提高學生自主學習能力和實踐動手能力的教育教學方法探索。在新工科背景下，企業、社會對工科的人才培養提出了更高的要求，對于數字電子技術基礎課程的教學方法探索也應從如何讓學生主動學轉變到如何提高學生實踐創新能力的研究上來。

2 新工科背景下面向實踐創新能力培養的教育教學改革與實踐

實踐創新型人才是推動工程自動化行業制造能力轉變的根本動力，而應對“中國制造2015”、“工業4.0”等新工業革命對工程人才教育提出了全高的要求。[6]因此“新工科”概念的提出，有效解救了傳統教育教學模式的困境。在新工科背景下，針對數字電子技術基礎課程教學模式現狀，針對性探索國內高職工科教育在數字電子技術基礎課程教學方法，積極響應國家戰略需求，提出了新工科背景下高職學生實踐創新能力培養的教學模式研究與探索，對數字電子技術基礎課程進行教學改革（圖1）。

2.1 基于CDIO主動式任務驅動教學方法

根據以往的教學經驗及與同行之間的交流，發現數字電子技術基礎課程普遍存在教學方法陳舊、重理論輕實踐、采用教材老舊與主流技術脫節，還存在教師孤立傳授知識、不注重學生能力培養及課程授課無有效評價機制。而數字電子技術基礎在電子信息類專業人才培養中占著舉足輕重的位置，因此，采用基于CDIO主動式任務教學方法來對教學模式進行改革。CDIO教學模式是以學生為主體，對教學任務進行教學前構思（Conceive）;在構思基礎上對任務進行設計（Design）;對設計設計方案進行驗證并實施（Implement）;最后對任務進行運行（Operate）。[7]例如：給學生一個學習任務“如何利用數字集成電路CD4511來實現四路搶答器的控制”，學生對任務的實現可查閱相關資料、和同學探討，進行詳細的構思，在腦海有一個大概的設計思路;其次對任務進行初步的設計，并不斷驗證完善;然后將設計電路圖在仿真軟件中進行繪制和仿真驗證;仿真驗證能實現任務，便可開始著手電路板的安裝焊接和運行。采用基于CDIO主動式任務教學方法對學生主動學習探索的全過程進行控制，將常規的任務驅動變為以學生為主體的主動式任務驅動。在整個教學過程，弱化教師角色，強化學生主動創新學習。同時，在主動式任務驅動過程中加強監管，完善對教師教學和學生學習效果考核評定機制，實時反饋學生學習的效果。基于CDIO主動式任務教學法，可有效促進實踐能力與創新能力的培養，為學生今后走向工作崗位奠定基礎。

2.2 實施創新課程教學彈性學習過程

彈性教學過程不局限于課本知識、不拘泥于傳統課堂、不受限于傳統實踐活動，是對傳統教學模式的調整，可消除整齊劃一教學模式對工科學生的不利影響，促進學生實踐創新能力發展。在數字電子技術基礎教學過程中，更加注重教學與實踐有機結合、理論與實踐的互動融合，加大與數電技術創新有關的實踐環節比重，開展多樣化的實踐教學活動，引導學生赴企業見習或參與實踐生產，指導學生參加“互聯網+xx電子產品”創新創業比賽等，將學生參與與模電技術有關實踐活動進行考量，計入學生的專業成績和綜合素質測評中。實施彈性課堂教學模式，充分調動高職工科學生參與形式多樣的實踐創新能力培養的積極性和主動性。

2.3 建設基于數字電子技術優勢特色的創新實踐平臺

高職工科學生創新實踐教育內涵的發掘與提升，有賴于發揮基于工科優勢特色的創新實踐平臺的有力支撐。電子信息類傳統工科專業應加強數字電子技術基礎專業實訓室、虛擬仿真實訓室、STM焊接實訓室等完善和建設，開放實訓室，讓學生可隨時進行自主學習，為推動創新實踐與自主學習提供平臺。數字電子技術基礎課程對應的專業技術可服務于學校師生和社會企業。因此充分利用學校資源，積極倡導電子信息類學生組織“電子科技協會”的建設，可對全校師生定期進行家電維修服務;充分利用當地資源，建立校企合作平臺，使學生深入企業參與生產實踐鍛煉，參與企業電子創新技術攻堅。

2.4 以賽促學，以賽促教，以賽促訓，以賽促改

參加競賽可有效提高學生的實踐動手能力、現場應變能力、創新設計能力;指導競賽可使教師與前沿技術接軌，更新知識體系，調整教學方式方法;備賽過程，教師和學生接觸歷年競賽賽題和模擬賽題，可充實課程實訓內容;競賽的舉辦多為培養更具實踐動手能力、現場應變能力、創新設計能力和團隊協作能力的高素質綜合型技術人才，助力國家經濟社會發展，競賽內容也向國際發展方向靠攏，參與競賽可不斷促進學校的課程內容改革。因此，辦好校內科技競賽活動，鼓勵和引導學生積極參與科技創新活動;組織電子信息類學生參加全國大學生技能大賽等賽項;鼓勵學生參加江西大學生科技創新與技能大賽電子專題設計賽和電路仿真設計賽等相關賽項;積極舉辦與模電專業技術有關的講座、培訓和論壇。專任教師通過指導學生參與競賽，不斷調整課程內容;根據備賽效果，不斷對教學方式進行改革;學生通過備賽訓練，不斷提高實踐創新能力。

2.5 引入信息化教學手段，提高學生學習效果

針對高職學生特點及數字電子技術基礎課程特征，研究適合于高職學生學情的信息化教學模式。高職學生熱衷于用手機學習和交流，且自制力不強，因此可將較為難理解的知識點做成 “微課”或一分鐘小視頻，以動畫的形式深入淺出講授知識點，同時采用“雨課堂”手段，通過手機對學生進行學習監控、同步練習、效果考評。采用“微課+雨課堂”混合教學模式，可吸引學生興趣，提高學生學習效果。

3 結束語

探索順應新工科建設需要的實踐創新能力培養的教學模式改革和實踐，有利于提高學生主動學習能力和實踐創新能力，利用信息化手段進行教學，有利于提高教學質量。本文響應國家號召，在新工科背景下將工程教育改革落于實處，以數字電子技術基礎這一專業基礎課程為抓點，針對傳統教學過程，探索基于CDIO主動式項目驅動教學方法、實踐彈性教學過程、堅持以賽促改、引用信息化教學手段等促進高職學生實踐創新能力培養的教學模式改革有效舉措，推進“新工科”的建設與發展。

參考文獻

[1] 陸國棟，李拓宇.新工科建設和發展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017.3：20-26.

[2] 顧菊平，堵俊，華亮.新工科視域下綜合性大學電氣類創新型人才培養的路徑選擇[J].中國大學教育，2018.1：56-60.

[3] 周正，宋宇飛.采用“任務驅動”法進行數字電子技術基礎教學[J].課程教育研究，2017.50：232-233.

[4] 羅銘，朱天橋，趙建勛等.數字電子技術課程的問題導引式教學方法探析[J].教育教學論壇，2016.5（21）：204-205.

[5] 候勇嚴，陳蓓，李天利.基于混合式教學模式的《數字電子技術基礎》教學研究與實踐[J].教育教學論壇，2018.8（33）：172-173.

[6] 劉麗芳，楊紅等.地方高校機械類專業高素質應用性人才實踐創新能力培養的研究與實踐學科探索[J].2018.6：46-47，113.

[7] 于軍.基于CDIO模式下數字電子技術課程教學改革與實踐[J].教育與職業，2014.8：37-39.