基于工程教育認證的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計改革與實踐

馬月輝，劉香玲，劉寧寧

（石家莊鐵道大學電氣與電子工程學院，河北石家莊 050043）

1 緒論

在工程教育認證倡導的三個基本理念引導下，各高校針對本專業(yè)的具體情況，制定了人才培養(yǎng)的具體舉措，特別是針對課程與工程教育認證的契合，如何打造“雙萬計劃”下的優(yōu)質(zhì)課程，是各學校思考的重要問題之一[1-2]。

模擬電子技術(shù)作為我校電氣專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學目標及畢業(yè)達成要求為：培養(yǎng)學生的設(shè)計與開發(fā)能力，能夠設(shè)計針對軌道交通電氣工程行業(yè)工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的電路單元，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；培養(yǎng)學生掌握相關(guān)現(xiàn)代工具的使用能力，能夠使用計算機輔助設(shè)計軟件，對研究電路的仿真、模擬；能夠查閱相關(guān)技術(shù)文獻，了解與課設(shè)內(nèi)容相關(guān)技術(shù)；培養(yǎng)學生的個人與團隊能力，能夠在團隊中承擔任務(wù)和責任，培養(yǎng)學生的團隊合作意識與精神；培養(yǎng)學生的溝通與交流能力，具有良好的口頭和書面表達能力，掌握設(shè)計報告文稿的撰寫技能。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計是理論課程應(yīng)用與實踐的環(huán)節(jié)，在設(shè)計題目、實施方法及成績的評定等方面的改革對人才培養(yǎng)具有重要意義。

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計將晦澀的理論內(nèi)容與有趣的實際應(yīng)用有效結(jié)合，能夠使學生真正掌握課程內(nèi)容，各高校也積極探索該課程設(shè)計的教育模式改革。劉路等[3]針對其學生為農(nóng)業(yè)的專業(yè)背景，將設(shè)計題目設(shè)計成符合專業(yè)應(yīng)用背景的開放式課題，有針對性地培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣。趙冬梅等[4]從教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)與設(shè)計到特色與創(chuàng)新等五個方面對模擬電子技術(shù)的課程設(shè)計進行了探討。中國地質(zhì)大學自動化學院提出了新工科背景下，“產(chǎn)－教－訓－賽”四位一體的教學模式[5]。張俊杰[6]探討了以目標為導向的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的實施方案，即“情境創(chuàng)設(shè)—任務(wù)提出—設(shè)計思路—設(shè)計實現(xiàn)—設(shè)計驗收”的教學模式。韓芝俠等[7]對課程設(shè)計進行總結(jié)，既分享經(jīng)驗，又指出不足之處及改進措施。曾思明等[8]提出了基于OBE理念的階梯式實驗改革，用于培養(yǎng)學生的工程意識以及研究型思維。

本課題組基于工程教育認證“以學生為中心，產(chǎn)出為向?qū)А钡脑瓌t，提出了學生參與課設(shè)題目設(shè)定、設(shè)計過程管理、結(jié)果驗收及成績評定全過程的課程設(shè)計實施方案。

2 課程設(shè)計實施方案組織及形式

根據(jù)課程設(shè)計的教學目標和畢業(yè)要求，圍繞以學生為中心的理念，將設(shè)計過程分解為幾個階段，在不同側(cè)重面上培養(yǎng)學生的素質(zhì)與能力，如圖1所示。

圖1 課程設(shè)計實施方案

2.1 課設(shè)題目設(shè)定及任務(wù)制定

2.1.1 征集題目

圖2是本課程設(shè)計題目的征集過程。題目為開放性課題，以本專業(yè)所涉及范圍為限，在模擬電子技術(shù)理論課程講授的第一次課，向本專業(yè)學生征集課程設(shè)計題目。以學生為主體，教師輔導，學生通過超星學習通平臺發(fā)布課設(shè)題目及設(shè)計目標。題目設(shè)計目標要明確，設(shè)計功能需清晰。指導教師對征集的題目進行批閱并返回學生修改，最后確定課程設(shè)計的題目及難度系數(shù)并發(fā)布。這個階段鍛煉學生對本領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容的了解，訓練學生對相關(guān)技術(shù)的資料查閱能力，培養(yǎng)學生借助現(xiàn)代技術(shù)方式，快速、準確地檢索相關(guān)信息。

圖2 課程設(shè)計題目征集過程

2.1.2選擇題目

學生以自由組合方式成立課程小組，并推舉組長，以小組為單位，填寫申請所確定的課設(shè)題目。組長對各成員分工明確、合理，對成員的工作進行量化估計，形成組長負責制的團隊式課程設(shè)計過程。各小組選題原則上不重復，即一組一題，以達到各組對其他組課設(shè)內(nèi)容的相互觀摩與相互借鑒的目的。選題規(guī)則為：首輪選題滿足一題一組的，確定該組承擔該題目；一題多組地進行第二輪選題，第二輪選中的規(guī)則是以難度系數(shù)調(diào)整最低為優(yōu)先，并以此類推至，直至各組選題完成。這個階段培養(yǎng)學生團隊意識與合作精神，培養(yǎng)學生間的溝通與交流能力，訓練學生理解工程中的招、投標理念。

2.2 設(shè)計過程管理及結(jié)果驗收

2.2.1 課設(shè)階段

各組確定題目后，明確任務(wù)書要求，遵循課程設(shè)計的基本步驟——設(shè)計、仿真、制作、調(diào)試和測試。在該過程中，突出以學生為中心，指導老師引導與輔助的特點，各小組在組長的協(xié)調(diào)下，分工協(xié)作。各成員圍繞如下關(guān)鍵步驟進行：

1)掌握電路的理論分析和計算方法，能夠查閱元件資料及數(shù)據(jù)手冊，正確選用電子元器件；

2)熟練使用Protel、Multisim等EDA工具軟件，完成對所設(shè)計的電路的模擬與仿真；

3)根據(jù)電路原理圖及實際器件，正確安裝、焊接、調(diào)試電路，具備電路故障和器件損壞的診斷能力；

4)根據(jù)測試項目要求合理選擇儀器儀表，設(shè)計合理科學的測試方案，獲取正確的測試數(shù)據(jù)。具備常用儀器的正確操作能力和數(shù)據(jù)分析能力。

這個階段主要目的是培養(yǎng)學生的設(shè)計與開發(fā)能力，熟練使用仿真軟件和實驗設(shè)備的能力，以及工程問題的解決意識。

2.2.2 撰寫報告

課程設(shè)計報告的撰寫是整個設(shè)計過程的總結(jié)。報告應(yīng)包含：設(shè)計電路的技術(shù)指標、整體方案設(shè)計、電路設(shè)計圖、電路的計算機仿真、元件清單、電路的焊接和調(diào)試過程、電路的測試方法、測試數(shù)據(jù)記錄、測試數(shù)據(jù)分析、成員工作量占整個工作量的比例等內(nèi)容。

該環(huán)節(jié)使整個設(shè)計過程形成閉環(huán)，即評價產(chǎn)出結(jié)果是否到了設(shè)計目的。該階段培養(yǎng)學生的溝通能力，訓練學生的書面表達能力，使其能夠條理清晰地進行陳述，具備良好的課程設(shè)計文稿的撰寫技能。

2.3 成績評定

課程設(shè)計成績分為小組成績和學生個人成績。小組成績由小組互評成績及教師給定成績綜合而成，學生個人成績則依據(jù)成員在小組中的貢獻大小評定，從而形成以學生為中心的兩級、兩維成績評定體系。

1）小組成績

在小組成績中，組-組互評成績占綜合成績的40%，教師給定成績占綜合成績的60%。

組-組互評，即各組將完成的課程設(shè)計報告、測試過程視頻等課設(shè)的相關(guān)佐證資料上傳到網(wǎng)絡(luò)互評平臺，供其他組成員參考。學生依據(jù)各組上傳的資料，根據(jù)課程報告的完整性、課程設(shè)計方案的合理性、課程設(shè)計完成情況、設(shè)計結(jié)果的測試等內(nèi)容，以組為單位，提交互評成績。同時，結(jié)合本組的課程設(shè)計情況，也提交本組的自評成績。本組成績按組-組互評成績的平均值計算。

教師評價則是各組課設(shè)過程中的階段評價總和，關(guān)鍵評價點包括：課設(shè)任務(wù)的理解、小組成員的分工及協(xié)調(diào)工作能力、資料的查閱能力、計算機輔助設(shè)計及仿真軟件使用能力、電子器件的選擇及電路的焊接與調(diào)試能力、電路的測試方法及設(shè)備使用能力及報告的撰寫能力等。

2）學生個人成績

在學生個人成績中，引入成員貢獻率。小組成員依據(jù)在組中承擔的工作難度、工作量、相互間協(xié)調(diào)與溝通、工作完成情況等因素，通過討論確定各成員的貢獻率。學生個體的成績由貢獻率及小組成績決定，從而體現(xiàn)出對每個學生的綜合評價。

3 教學效果

本次課程設(shè)計的改革模式已經(jīng)進行了兩輪教學實施。2019年秋季學期，在電18卓越班及電18茅以升班兩個班開始進行課程設(shè)計試點，并與其他教師任課的傳統(tǒng)教學模式班級進行了對比，從實施效果看，課程設(shè)計題目難度、質(zhì)量、成績均有很大提高。

2020年秋季學期，在電19卓越班，電19茅以升班及電1906-5班同步進行了第二輪試點，相比2019年第一年，教學過程更加順暢，積極性更加高漲。學生普遍認為，提高了對知識的理解和實踐動手能力。

4 結(jié)論

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計是電氣類人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是訓練和提升學生專業(yè)技能、工程實踐能力和綜合素質(zhì)的重要手段。本文基于以工程教育認證的“學生為中心”和“產(chǎn)出導向”理念，提出了模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的改革路線，研究了題目征集與確定、小組成立與成員協(xié)助、基本技能要求與訓練、成績評定等方面內(nèi)容，實現(xiàn)了從“教師為主體”到“學生為主體、教師為主導”的教學理念轉(zhuǎn)變，提高了學生的工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力。