蔣紅梅
(桂林信息科技學院)
高頻電子線路是電子信息類專業非常重要的一門專業基礎課程,是一門理論性、工程性和實踐性較強的課程,在專業人才培養體系中起著承上啟下的作用[1]。傳統教學模式中,理論教學采用多媒體課件或者板書授課,教學方法相對單一,基本單元電路跟不上大數據、人工智能、5G等智能時代的發展,運用理論知識分析設計復雜電路的能力不足,導致學生學習熱情不高[2]。實驗教學多是采用驗證性實驗,雖能幫助學生理解和加深所學理論知識和驗證基本單元電路功能,但操作調試較為簡單,無法鍛煉學生的動手能力和分析解決問題的能力[3];基于驗證性實驗教學的基礎上,學生在實訓過程中實際操作能力較差、電路分析設計的主觀能動性不強,教師對工程思維訓練與工程應用能力培養不夠重視。而且,理論、實驗和實訓相互獨立,缺乏系統性授課,造成理論和實踐創新培養層面上未很好地銜接[4]。專業基礎課程教育存在重智育輕德育、重理論輕實踐和重知識傳授輕能力培養的現象。針對這一現象,如何將專業教育、創新創業教育和課程思政教育相融合,建設高質量“金課”,是應用型本科高校亟待研究的問題。
應用型大學本科教育,應以學生能力發展為中心,以“加強基礎、提高素質”“發展個性、注重創新”為原則,培養具有扎實的專業基礎知識、較高的人文素質、較強的專業工程創新能力的新時代應用技能型人才。以此為人才培養目標,在教學設計、課堂教學、實踐三方面進行課程教學改革,采用基于“專創”教育理念的“三三一”模式來提高專業基礎課程的“金課”建設。
思政目標立足當代大學生思想道德及價值觀發展需求,通過“理論講授”“知行合一”和“實踐體悟”,踐行立德樹人的宗旨,深化“三全育人”改革,加強學科專業德育教育,引領專業成長,實現課程的價值引領,強化課程育人功能。
知識目標,掌握基本單元電路概念、工作原理和電路組成;掌握常用電子測量儀器的使用及測量方法,能夠對基本電路進行設計、安裝和調試,具備基本電路開發和工程設計能力。夯實學科專業基礎,以應用能力培養為導向優化教學內容體系,促進知識、創新、技能的一體化建設。
能力目標,針對理論教學實施過程中,課前預習、課后復習,都應具有自主學習能力和自我管理能力,勤于思考和善于學習;課堂上,通過教師的解惑,能深度思考和辯證,進行系統性學習、吸收、梳理和內化,從而創建高維度的思維框架去思考和解決問題;通過實踐教學,提高分析和解決問題能力,以及通過學科專業競賽來以賽促學、以賽促教,提升創新、實踐能力和團隊協作精神,增強就業競爭力。
基于“培養學生具有社會責任感、愛國情懷、專業基礎扎實、專業工程實踐應用能力強”專業課程培養目標,以及結合該課程實踐性強特點,明確了理論課堂教學、實踐教學和學科競賽三者相融合、相促進的“三維教學模式”。
1.理論課堂教學
為強化理論基礎,使理論與應用、行業需求緊密結合,對原有課程教學內容進行精選,以項目案例為依托,將孤立的知識點通過項目進行模塊化,進而構成一個完整的調幅、調頻通信系統。該課程將調幅、調頻收發系統設計的兩個項目劃分為調幅發射、調幅接收、調頻發射和調頻接收四個電路模塊,進而展開具體單元電路分析。為加深學生對具體單元電路的理解,引入虛擬仿真教學來優化教學內容。利用Multisim軟件仿真電路形象直觀、易調節參數等特點,對基本單元電路進行同步仿真,同時對電路參數進行調整,加深學生對電路原理及工作過程的了解。
課程采用線上線下混合式教學,結合超星網絡教學平臺,按照“一中心三階段”進行教學活動設計?!耙恢行摹笔且詫W生能力發展為中心,課程始終以學生為中心理念,培養學生的自主學習觀念和團隊協作能力,充分挖掘課程的思政育人隱性元素,把思想教育貫穿教學全過程,使學生樹立正確的“三觀”,實現知識傳授、專業技能和價值引領的有機統一。
“三階段”是將教學活動設計分為課前、課中和課后三階段,實現知識的傳授到鞏固再到應用。課前階段,為提升學生的自主學習能力,以超星學習通作為網絡教學平臺,教師在平臺上發布教學微課視頻、PPT、動畫等不同需求的教學資料,布置學習任務及在線作業、測驗,引導學生課前自主學習,掌握課程的基礎理論知識。學生可隨時隨地,并通過在線答疑以及討論,觀看微課視頻等方式完成課前預習。
課中階段以課堂教學活動為主,根據課前線上學習情況,了解學生所反饋的難點和對知識點的掌握程度,并結合教學內容的難點、重點,對重要知識點進行講述并及時答疑解惑,根據教學需要,可采用討論法、啟發式教學、項目案例、虛擬仿真等多元化方法因材施教,同時,將線上、課堂內容、電路串聯起來,幫助學生掌握電路的原理、分析方法、功能和技術指標,進而將這些分散電路進行“模塊化”重組,構建完整的調幅、調頻收發系統,并采用虛擬仿真軟件搭建基本單元電路和收發系統,加深學生對電路及系統的認知理解,并為后續的課程設計奠定基礎。全國大學生電子競賽的部分題目都與高頻內容密切相關,在講解電路理論知識的同時,加入與電路相關的電子競賽案例和設計方案,根據要求明確設計思路,培養學生的創新思維,調動學生參加學科競賽的積極性。
課后階段,章節測驗及作業發布,幫助學生鞏固所學知識,同時,通過超星學習平臺進行師生互動,及時掌握學生學習進度,根據學生學習情況,及時更改教學進度、方法,具有針對性地教學,實現線上線下的有效融合。同時,增設課程設計環節,如小功率的調頻發射機、調頻接收機等電路設計,給出具體的要求指標,組織學生進行方案分析、電路設計,鍛煉學生對理論知識的綜合與應用,提升課程的挑戰度。為了科學準確地對學生的學習效果進行評價,該課程改變傳統的側重于考試成績的考核方法,構建多元化考核評價體系,注重學生的學習過程,通過在線學習評價、課堂教學評價、課程設計評價和課程考核評價相結合方式,實現線上平臺和線下課堂全過程管理和對學生知識、能力全方位多角度的考察,使學生認識到課程具有挑戰度,強化學習效果。
2. 實踐教學
實踐教學以學生為中心,以創新能力培養為核心,構建“基礎驗證性實驗+綜合性實驗+設計創新性實訓+學科競賽”階梯遞進式教學體系,教學深度由易到難,由基礎驗證到設計創新再到競賽的階梯式遞進,激發學生對電路的探究性學習和敢于自主研究設計的主觀能動性,提升學生的創新能力,真正實現新時代應用技能型人才的培養。實驗教學采用“智能主控系統+實驗模塊化”實驗平臺,主控系統主要實現平臺的智能管理與人機交互功能,其內置高頻原理實驗、高頻系統實驗和高頻故障,高頻原理實驗包含7個模塊,該實驗平臺實現了實驗教學的工程化、實驗設備的網絡化、課堂教學的智能化。
實驗場景從以前的設置單調、簡單實驗連線,然后測量波形的模式轉變為理論預習——實驗交互——課堂測評模式。實驗準備階段,學生通過實驗交互式預習系統,完成對當前課時實驗理論的預習;實驗進行階段,在框圖界面通過觸摸屏調整實驗參數,如:輸入模擬信號幅度、頻率、波形、工作點等,完成實驗數據記錄和波形測試;實驗驗收階段,教師通過手機APP軟件配置或高頻故障修改實驗系統工作參數,加深學生對通信電子電路中:工作點、諧振回路、負載、增益、振蕩條件、信號失真、反饋等知識點理解,以及驗收實驗測試表格,提升學生掌握正確使用電子儀器基本測量方法和處理實驗數據并進行誤差分析的基本技能。
實驗教學結束后進行2周的設計創新性實訓,該實訓是在學習了相關課程知識后以系統設計為主進行電路設計與調試。根據學生理論知識掌握程度和實驗動手能力情況,設計不同難度的題目,分組選題并團隊合作完成設計、焊接和調試,要求學生掌握設計方法,熟悉常用電子元器件以及EDA工具的使用,能夠根據設計要求,選擇更優的設計方案,并進一步仿真分析、優化,在仿真驗證的設計方案基礎上加以組裝、調試、功能和指標測試。鼓勵學生加入創新創業基地,參加學科競賽,以競賽的形式激發學生的學習動力和對工匠精神的執著追求。通過理論和實踐教學相結合方式,培養學生在電子技術領域的動手實踐能力,激發學生的創新意識。
培養學生知識、能力的同時,重視學生專業素質的培養,探索課程融入思政隱性教育,幫助學生樹立科學的人生觀、價值觀和使命感,進一步提升道德認知水平,踐行能力和職業素養,是積極促進新時代大學生全面發展的重要教育手段。在知識、技能教學建設基礎上有機融入思政教育元素,并建立相應的課程標準和評價機制,實現專業基礎課“知識傳授與價值引領并重”的教學思政目標。
(1)加強專業課程群的師資保障。針對課程專業廣、授課教師多的現象,將理論、實驗、實訓和創新創業教育基地教師組建教學團隊,為加強師資隊伍的師德和內部協同建設,做到:1)思想上統一。通過“學習強國”、研討會和思政專題培訓等方式,樹立立德樹人的教育觀,堅定以德施教、以德立學的育人理念,明確社會責任和工作職責;師資隊伍內部加強溝通,分工合作、相互協調、梯次推進,充分發揮合力作用,以正確的價值觀引導和幫助學生把握人生前進的方向。2)知識技能扎實。信息時代的快速發展,不僅具有基本的專業知識和職業素養,也要與時俱進,掌握最新知識和教學發展動態,不斷充實、提升自己,加強自身知識儲備和教學技能,多方面給予學生幫助和指導,真正做好學生人生引路人。
(2)促進思政教育的有效融入。課程中蘊含了豐富思想政治資源,從教學大綱、教學實施和課程考核評價與反饋三方面進行思政教育的融入。教學大綱方面,修訂課程的理論、實驗實訓教學大綱,增加課程思政內容,完善課程標準。從課程知識點中提煉出所蘊含的愛國情懷、人生哲學、工匠和人文精神的德育資源,對通信系統的收發知識模塊重組,并與電子競賽案例相結合,將德育資源、方法和知識融合成“多維體”,進而明確思政育人目標。實驗實訓教學中,通過實驗和實訓項目將高頻電路理論知識緊密結合,使學生認識到知行合一、學以致用的科學精神,意識到基礎知識扎實的重要性,進而樹立正確的認知觀。細化教學流程,注重實驗實訓操作過程,重視學生的動手、團隊協作能力和創新思維的培養,注重工具、儀器的擺放和實驗實訓環境衛生、用電操作規范等細節表現,提升學生的職業素養。
教學實施方面,在線上線下混合式理論教學中,結合德育資源,合理設計教學內容和教學環節,并依托超星網絡教學平臺,在上傳PPT及教學資料的同時,及時推送思政教育資源,構建多維度、開放性的資源平臺,讓學生利用課余時間學習,提升學生的學習能力和自律精神。實驗教學中,先闡述操作注意事項和用電安全問題,之后,注重師生之間的互動,積極引導學生主動實驗和動手解決存在的問題,培養學生的“工匠精神”。通過調節電路參數觀察波形并分析原理,將實際和理論相聯系,以達到理論和實踐教學的統一。實訓教學中,開題時引入實訓項目的應用及發展歷史和理論知識點的關聯性,激發學生的學習興趣;學生根據個人能力和興趣愛好以小組形式自主選題,創建良好的和諧氛圍;引入工程教育模式,將工程技術能力培養融入到方案設計、電路安裝及調試環節中,提升學生就業競爭力。
課程考核評價與反饋方面。理論教學中,將多元化評價體系中的課堂教學評價與思政考核相融合。課堂教學評價綜合考慮學生的學習積極性、課堂學習效率和隨堂測驗成績,通過全面的學情分析和學習效果來保證學習效率,促進學生對課程學習的重視。
實驗教學中,注重過程性評價,考核方法為:結合每個實驗的平時成績,評定出綜合實驗成績。平時成績包括實驗報告和動手能力,實驗報告側重于數據的真實性、表達嚴謹性的考核,引領學生樹立求真務實、嚴謹的科研精神;動手能力側重于實驗箱、實驗平臺的整理擺放、電子儀器的使用和實驗數據的處理等考核,體現出學生是否具備靈活應用知識分析解決實際問題的知識目標考核評價,以及良好的行為習慣的情意目標考核評價。實訓教學中,將實驗室的環境衛生、用電操作規范、制作電路板的耗材等職業素養納入評價體系,細化評分規則,將焊接、布線、接線、安裝、儀器的校準及使用等進行細化考核,結合職業素養、電路制作工藝和電路實現功能進行綜合評價,從而將思政教育真正融入到課程中。
課程采用基于“專創”教育理念的“三三一”模式,注重高頻電子領域的理論知識到實踐能力再到綜合專業素質的培養,強化課程教學全過程育人功能。根據教學實施效果和參加學科競賽情況,以及通過教師自評,團隊互評、學生評價、督導評價等多方面對課程進行反饋,用以評促建設的方式來完善課程建設,以期達到“金課”建設目標。學生近兩年在競賽中取得了一定佳績:全國大學生相關學科競賽中,榮獲全國二等獎3項、三等獎2項,區級一等獎5項、二等獎8項、三等獎10項等,其中,第七屆中國國際互聯網+大學生創新創業大賽榮獲廣西區金獎1項。