“新工科”背景下基于PDCA的電子技術實驗課程教學改革與實踐

傅隆生 黃玉祥

摘? 要：電子技術實驗課程是高校工科學生專業(yè)培養(yǎng)計劃中的一門基礎實踐課程，也是“新工科”設立的多學科交融新專業(yè)的必修課程之一。在電子技術實驗課程改革中，傳統(tǒng)的實驗教學理念以及教學模式存在一定的問題。為滿足“新工科”背景下人才培養(yǎng)需要，高校可將PDCA運用于電子技術實驗課程教學改革中，構建切實可行的實驗課程教學評價體系。實踐證明，PDCA循環(huán)的引入有助于規(guī)范高校實驗課程教學流程，提高學生動手實踐與理論創(chuàng)新能力。

關鍵詞：PDCA;電子技術實驗;教學改革;質(zhì)量管理

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）39-0104-03

隨著科學技術的更新，國家及社會對于新型創(chuàng)新人才的需求也在不斷加大，必須改變固有的工程體系，人才的培養(yǎng)理念以及模式也必須不斷更新[1]。當今世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術、新應用、新業(yè)態(tài)方興未艾[2]，為滿足我國新時代下的新發(fā)展與新要求，高等院校必須肩負起工程創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重擔。“新工科”正是為服務國家重大戰(zhàn)略以及滿足區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的需要所提出的。“新工科”強調(diào)產(chǎn)學合作協(xié)同育人，培養(yǎng)具有強創(chuàng)新能力、高綜合素質(zhì)、寬知識學科的新型人才。在工科學生的培養(yǎng)中應強調(diào)理論與實踐相結合，實驗課程正是在校學生首次接觸工程實踐的主要方式。實驗課程教學以培養(yǎng)學生解決復雜工程實際問題為目標，在當前新技術、新產(chǎn)業(yè)、新學科為主要導向的“新工科”背景下，高校應當抓住專業(yè)重點，基于學生核心素養(yǎng)對課程進行重建[3]。

電子技術實驗課程是電子技術課程的配套實驗教學課程，旨在提高學生的實踐操作與理論創(chuàng)新能力，是“新工科”背景下電子學科理論教學與專業(yè)實踐相連接的重要一環(huán)。為規(guī)范電子技術實驗課程流程，加強應用型人才培養(yǎng)，增強學生的動手實踐能力與工程創(chuàng)新意識，進行實驗課程教學改革并形成切實可行的教學體系是十分必要的[4]。PDCA是一門科學的現(xiàn)代質(zhì)量管理體系，目前已應用于教育質(zhì)量改革和工作流程優(yōu)化等眾多方面。

一、電子技術實驗課程現(xiàn)狀

電子技術實驗課程是工科大平臺下的一門專業(yè)基礎實驗課程，面向?qū)I(yè)涵蓋機器人、集成電路、人工智能、智能科學與技術等眾多“新工科”專業(yè)，是目前多學科交融背景下的電子產(chǎn)業(yè)領域在校學生實踐學習的途徑之一。電子技術實驗課程作為一門基礎實驗課程，內(nèi)容涵蓋電路技術、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、電力電子技術等眾多理論課程知識，是極具專業(yè)知識的動手實踐性課程，具有鮮明的工程特點[5]。受傳統(tǒng)教學理念影響，同理論課程相比，高校學生對實驗課程的精力投入明顯不足。學生對待實驗課程不夠認真，輕視實驗教學內(nèi)容，一直以來都是高校實驗課程教學改革中的重點與難點。目前高校學生在電子技術實驗課程學習中存在的突出問題主要有以下幾點：

實驗目標不明確。實驗目標的確立是進行實驗操作的首要事項，也是實驗課程學習的重中之重。目前大部分高校在進行實驗教學時，往往是教師給定模式化的實驗步驟，學生照本宣科地根據(jù)實驗步驟完成實驗。在這種實驗流程下，存在學生已經(jīng)完成實驗步驟并且得到實驗結果，但仍不明白進行實驗的意義何在，同時也忽略了對實驗器材的挑選以及進行性能測試的能力培養(yǎng)的情況。這種為了做實驗而做實驗的教學模式嚴重影響了學生實驗的積極性，也扼殺了他們的創(chuàng)造性。

實驗態(tài)度不認真。認真且嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度是實驗成功的基礎，也是確保實驗過程中生命以及財產(chǎn)安全的重要保障。電子技術實驗課程所使用的實驗器材多數(shù)為封裝好的實驗箱體以及各種組合元器件，部分學生因為實驗態(tài)度不端正，上課沒有認真聽實驗指導老師的講解，以至于根本不認識基本的電子元器件。在這種情況下進行實驗就很有可能造成實驗器材損壞，嚴重時甚至有可能造成人身傷害。

實驗故障難排查。實驗結果是體現(xiàn)實驗成功與否的標志，電子技術實驗是一門實用性突出的實驗課程，成功的實驗結果一定程度上會提升學生的學習興趣。在實際的電子技術實驗課程中，實驗器材的原理雖然同課本內(nèi)容相一致，但外觀往往與原理圖具有較大的出入。在實驗過程中因為接線錯誤造成實驗數(shù)據(jù)出入是常見的實驗故障，此時若沒有系統(tǒng)性的實驗流程以及嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度，學生就無法排查實驗故障，最終導致實驗失敗。

實驗報告無內(nèi)容。實驗報告是實驗課程考核的主要方式之一，也是歸納總結實驗流程與方法的重要手段。但是由于對實驗課程的重視程度不夠，部分學生實驗課堂上沒有認真進行實驗操作導致課后忘記實驗流程，更有甚者根本沒有進行實驗操作，導致同一班級的實驗報告往往只有寥寥幾個實驗報告版本，甚至出現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)造假的情況。

二、PDCA解讀

PDCA是一種高效且全面的循環(huán)性質(zhì)量管理方法，是現(xiàn)代質(zhì)量管理體系的重要組成部分。PDCA循環(huán)由計劃（Plan）、執(zhí)行（Do）、檢查（Check）、處理（Act）四個環(huán)節(jié)組成（如圖1所示），其中，計劃是指根據(jù)最終的目標以及要求確定的組織方針;執(zhí)行是指實施計劃的過程以及使用的手段;檢查是指根據(jù)組織方針對結果以及執(zhí)行過程進行檢視，并匯報結果;處理是指采用必要手段以改進過程管理并回收整理經(jīng)驗。由于PDCA循環(huán)結構簡單易于理解，同時具有較強的可實施性，目前已經(jīng)被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)管理、醫(yī)療衛(wèi)生管理、教育教學管理等眾多領域[6-8]。

PDCA循環(huán)作為一種質(zhì)量管理方法，其核心優(yōu)勢是持續(xù)的優(yōu)化能力。運用PDCA循環(huán)進行教學質(zhì)量改進不是一蹴而就的，需要多環(huán)節(jié)聯(lián)結嵌套持續(xù)提升[9]。在一個循環(huán)周期里，計劃、執(zhí)行、檢查、處理四個階段被依次執(zhí)行，當前周期內(nèi)處理階段（Act）解決的問題被消化吸收成為下一循環(huán)的經(jīng)驗。如果本循環(huán)內(nèi)存在沒有解決的問題，問題將被轉(zhuǎn)移至下一周期的計劃階段（Plan）進行新的循環(huán)。如圖2所示，經(jīng)過多循環(huán)連續(xù)檢測與評估，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的階梯式上升與連續(xù)性優(yōu)化。

三、PDCA在電子技術實驗課程的實踐

（一）計劃階段（P）

計劃階段是基于PDCA循環(huán)的電子技術實驗課程的第一步，也是實現(xiàn)電子技術實驗課程教學目標的首要環(huán)節(jié)。在計劃階段應當以培養(yǎng)學生自主實驗以及故障排查能力來組織實驗教學。首先，明確實驗目標。明確實驗目標也就是要明確做什么，因此在進行實驗操作前教師必須明確實驗目標，確定實驗過程所得以及最終輸出。電子技術實驗課程的主要目的是借助實驗手段，使學生不浮于理論知識，能夠?qū)⒗碚撝R轉(zhuǎn)化為實踐產(chǎn)物。在實驗過程中以實際電路搭建鞏固所學應用，鍛煉學生的動手實踐能力以及分析解決實際問題的能力。其次，分析實驗原理。由于電子技術實驗課程是一門對專業(yè)性要求較高的綜合課程，實驗內(nèi)容涉及電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術等多門專業(yè)課程，因此，在實驗計劃階段就必須認真分析實驗原理，讓課程實驗成為理論知識通向工程實踐的橋梁，加深對理論知識的應用。最后，制定實驗計劃。實驗計劃是整個實驗過程中的行動指南，是在已知實驗目的基礎上為確保試驗順利進行的指導性文件。在制定實驗計劃時，教師應當利用所學理論知識預測各環(huán)節(jié)實驗現(xiàn)象與結果，綜合考慮實驗過程中可能會出現(xiàn)的問題，預備相應的解決方案，確保實驗能夠順利進行。

（二）執(zhí)行階段（D）

電子技術實驗課程的重要特點之一就是它所具備的實踐性。為保證電子技術實驗的順利進行，實驗操作符合實驗計劃階段所提出的目標要求，執(zhí)行階段需要進行的實驗步驟包括：第一，實驗裝置選擇與檢查。“工欲善其事，必先利其器”，合理的實驗裝置是實驗能否正常進行的根本保障之一。由于電子技術實驗裝置多為各種電子元器件，對于電壓等級以及電流等級一般都有嚴格的要求。因此在選擇實驗裝置時必須嚴格認真，因為這不僅事關實驗的成功與否，嚴重時還會對生命以及財產(chǎn)安全造成威脅。第二，實驗節(jié)點挑選與原則。在實驗執(zhí)行階段，學生應當根據(jù)計劃階段所制定的實驗流程認真有序進行實驗操作，設定一定數(shù)量實驗關鍵輸出節(jié)點用于驗證階段性實驗結果。實驗關鍵節(jié)點應當是易于驗證分析、推進實驗正常進行的重要環(huán)節(jié)。

（三）檢查階段（C）

針對上述階段所確定系統(tǒng)性實驗流程方案，教師需要確定實驗流程是否合規(guī)，實驗步驟是否按照計劃進行，因此需要對各節(jié)點的數(shù)據(jù)進行檢查。首先，節(jié)點數(shù)據(jù)采集與分析。在實驗過程中，檢查節(jié)點輸出是否符合預期結果，以此類推實驗步驟是否按照計劃進行，實驗操作是否正確無誤，從而實現(xiàn)“整體—部分—輸出”的聯(lián)合驗證，確保實驗正確進行。其次，實驗結果審核與記錄。在實驗過程中，需要各節(jié)點實驗輸出加以記錄，留存實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結果。順序記錄對比各節(jié)點實際輸出與理論計算結果差異，對于出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)進行記錄，逐步排查解決。

（四）處理階段（A）

在PDCA循環(huán)中，處理階段匯總本次循環(huán)內(nèi)容，用于下一循環(huán)改進。第一，實驗經(jīng)驗總結。對實驗經(jīng)驗進行總結，記錄實驗過程中出現(xiàn)的問題以及所采用的處理方法，是提高實驗水平的好方法，能夠加深學生對于實踐驗證理論的印象。對于因操作失誤而無法完成實驗的學生，教師應鼓勵其總結錯誤經(jīng)驗，分析失誤原因，編制注意事項于實驗報告之中。第二，實驗流程優(yōu)化。教師應積極鼓勵學生對實驗步驟進行分析，對實驗流程進行優(yōu)化，培養(yǎng)學生自主設計實驗的能力，確認實驗流程是否出現(xiàn)問題、本次實驗是否改進。若已經(jīng)改進，教師可分析其優(yōu)化效果，將其納入新的實驗計劃;若未進行改進，則在下一個PDCA實驗循環(huán)中加以驗證，實現(xiàn)持續(xù)的質(zhì)量改進以及流程優(yōu)化。

四、結語

電子技術課程是“新工科”背景下多學科交融的一門基礎實驗課程，傳統(tǒng)授課模式與實驗流程無法滿足當前培養(yǎng)計劃的要求，應當加以改革。PDCA循環(huán)在電子技術實驗課程的應用，能夠幫助學生明確實驗目標、端正實驗態(tài)度，將學生從實驗課程中的受體轉(zhuǎn)化為參與制定實驗流程的主體。PDCA是一種持續(xù)性優(yōu)化的質(zhì)量監(jiān)管方法，將其應用于電子技術實驗課程的改革時應充分體現(xiàn)學生的核心地位，適應實驗課程教學改革的要求。

參考文獻：

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（責任編輯：淳潔）