新工科背景下數(shù)字電子課程的教學(xué)改革探索*

黃建平 白雪冰 張佳薇 李東宸

東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150040

0 引言

當(dāng)前，大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)加劇，為提高我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，主動(dòng)應(yīng)對(duì)科技和產(chǎn)業(yè)革命，適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展要求，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，并相繼出臺(tái)了“雙一流”建設(shè)、“雙萬(wàn)計(jì)劃”等相關(guān)政策，使我國(guó)高等教育邁入了內(nèi)涵發(fā)展、質(zhì)量提升、改革攻堅(jiān)的關(guān)鍵時(shí)期[1]。高等教育是人才培養(yǎng)的搖籃，是培育卓越工程師的主要渠道，在全面提高人才培養(yǎng)能力、建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵階段，不斷完善頂層設(shè)計(jì)的同時(shí)，作為政策實(shí)施落腳點(diǎn)的課程被日漸關(guān)注，課程質(zhì)量是教育的基石，是提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的最后一公里。

數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)多門電子類課程的基礎(chǔ)。伴隨著教育改革的推進(jìn)，原有的基礎(chǔ)理論傳授已不能滿足新工科、工程教育認(rèn)證等多種工程教育變革的需求，課程目標(biāo)需由單一知識(shí)傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合能力培養(yǎng)，課程焦點(diǎn)也需完成以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變。因此，有必要對(duì)電類工科專業(yè)基礎(chǔ)課程——數(shù)字電子技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的教學(xué)研究人員從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面開展了大量的改革和探索工作，如以成果導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)的課程教學(xué)改革[2-3]、“以學(xué)生為中心”的研討和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)[4]、PBL 教學(xué)法[5]，項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)教學(xué)[6-8]，線上+線下混合式教學(xué)實(shí)踐[9-12]，理論與實(shí)踐虛實(shí)結(jié)合的多元融合教學(xué)改革[13]，融合課程思政的教學(xué)改革[14-15]等。

本文以數(shù)字電子技術(shù)課程為例，從課程目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和考核評(píng)估等方面展開教學(xué)改革探討，將現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學(xué)深度融合，增強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，使學(xué)生能夠適應(yīng)新時(shí)代背景下的人才需求。

1 傳統(tǒng)教學(xué)分析

1.1 經(jīng)典理論與行業(yè)發(fā)展

伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步，集成電路進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)代，芯片種類繁多，更迭不斷。數(shù)字電子技術(shù)作為一門傳統(tǒng)的學(xué)科基礎(chǔ)課，幾十年來(lái)課程內(nèi)容多以邏輯代數(shù)、門電路、觸發(fā)器等內(nèi)容為主，雖然這些內(nèi)容是深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用電子技術(shù)相關(guān)課程的基礎(chǔ)，但在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇和企業(yè)人才培養(yǎng)成本高的雙重壓力下，企業(yè)需要高校能夠最大限度地縮短“學(xué)”與“用”之間的距離，因此，僅滿足知識(shí)獲取的課程目標(biāo)已不能滿足行業(yè)與用人單位的需求。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論的同時(shí)，具備相應(yīng)的工程實(shí)踐和開拓創(chuàng)新能力，是課程改革過(guò)程中的難點(diǎn)。

1.2 教師講授與學(xué)生自學(xué)

傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程主要以任課教師課堂講授為主，因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)課程出現(xiàn)之前，學(xué)生獲取教學(xué)資源的手段較為單一。隨著慕課、微課、云課堂等開放式網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)的興起，學(xué)生可多種渠道獲取優(yōu)秀的教育資源，教師的任務(wù)和身份也需隨之進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如何在合理利用網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)，避免教育的同質(zhì)化，提升學(xué)生信息整理和自我學(xué)習(xí)的能力是教學(xué)改革中亟待解決的重要問(wèn)題。

1.3 傳統(tǒng)筆試與項(xiàng)目考核

傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程多以期末的筆試考核為主，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程松懈、考前突擊的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程無(wú)法對(duì)新工科理念“培養(yǎng)卓越工程人才”和工程教育認(rèn)證“注重學(xué)生能力培養(yǎng)”的目標(biāo)進(jìn)行有效支撐。項(xiàng)目式的考核方式有助于增強(qiáng)學(xué)生的工程能力，但在分?jǐn)?shù)量化和評(píng)分客觀性方面較難掌控。如何在發(fā)揮傳統(tǒng)筆試客觀、高效優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和課程管理的科學(xué)性，是課程改革中的重點(diǎn)。

2 課程目標(biāo)修訂

數(shù)字電子技術(shù)原有理論教學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)是使學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，掌握數(shù)字電路的基本分析方法，具備一定的數(shù)字電路分析、設(shè)計(jì)能力。該課程目標(biāo)注重學(xué)生數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)和能力的培養(yǎng)，無(wú)法滿足新工科背景下學(xué)生實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)的高要求?；谝陨详U述，課程結(jié)合專業(yè)畢業(yè)要求，對(duì)課程目標(biāo)進(jìn)行了修訂，具體如下。

1）知識(shí)目標(biāo)：掌握邏輯代數(shù)的基本理論、常用數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)、工作原理；掌握基本數(shù)字電路的輸入輸出特性；理解數(shù)字電路的電氣參數(shù)指標(biāo)；掌握數(shù)字電路中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)和英文專業(yè)詞匯；掌握常用電子器件、集成芯片的原理及其應(yīng)用；掌握各種典型數(shù)字電路的功能、分析和設(shè)計(jì)方法。

2）能力目標(biāo)：能夠利用數(shù)字電路的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行抽象，設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路，初步具備一定的數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3）素質(zhì)目標(biāo)：能夠針對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)自覺(jué)開展預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和總結(jié)，具備良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。通過(guò)電子技術(shù)的發(fā)展、典型案例的分析和電路設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，使學(xué)生具備綠色、環(huán)保意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的生態(tài)文明觀念。

3 教學(xué)方式轉(zhuǎn)變

信息時(shí)代，技術(shù)更新壓力日益顯著，自我學(xué)習(xí)能力是保持學(xué)生未來(lái)在從業(yè)崗位保持競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素。因此，在課程教學(xué)過(guò)程中要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生具備知識(shí)更新的能力。網(wǎng)絡(luò)資源是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑，并且可為課程在有限課時(shí)進(jìn)行工程化教學(xué)提供必要的補(bǔ)充。同時(shí)，在疫情防控常態(tài)化的環(huán)境下，實(shí)施線上+線下混合的教學(xué)模式、實(shí)現(xiàn)線上+線下的無(wú)縫銜接是對(duì)課程的基本要求。因此，本課程采用學(xué)習(xí)通、雨課堂、騰訊會(huì)議、QQ 群等多平臺(tái)相結(jié)合的課程教學(xué)方式。

1）以學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)超星學(xué)習(xí)通為依托，建設(shè)數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)資源，為學(xué)生提供包括學(xué)習(xí)課件、課程微視頻、課程學(xué)習(xí)計(jì)劃等各類教學(xué)資源，并且作為平時(shí)作業(yè)、階段測(cè)驗(yàn)、討論交流和意見反饋平臺(tái)。同時(shí)以國(guó)家級(jí)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教育在線、中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)等作為課程的拓展補(bǔ)充。

2）在線教學(xué)采用雨課堂+騰訊會(huì)議結(jié)合的教學(xué)模式，充分發(fā)揮各平臺(tái)的實(shí)時(shí)、交流和互動(dòng)等作用，提高在線教學(xué)效果。

3）采用QQ 群作為即時(shí)溝通平臺(tái)，完成通知發(fā)布、答疑交流等功能。

多樣化的教學(xué)手段可為課程學(xué)習(xí)的全過(guò)程管理提供幫助。課程在開課前，通過(guò)學(xué)習(xí)通和QQ 平臺(tái)發(fā)布課程資料包括課程目標(biāo)、課程章節(jié)安排及學(xué)時(shí)分配等，使學(xué)生對(duì)整個(gè)課程有總體認(rèn)識(shí)和了解。課程開展過(guò)程中，定期對(duì)本周的教學(xué)任務(wù)進(jìn)行總結(jié)，明確下周的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容和要求。學(xué)生可根據(jù)周學(xué)習(xí)計(jì)劃，利用超星學(xué)習(xí)通的課程資源進(jìn)行預(yù)習(xí)或進(jìn)行課后的復(fù)習(xí)鞏固。課程結(jié)束時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)和滿意度評(píng)價(jià)調(diào)查問(wèn)卷，分析課程目標(biāo)達(dá)成情況和存在的問(wèn)題，為下一步改進(jìn)提供依據(jù)。

4 課程改革內(nèi)容

4.1 增強(qiáng)實(shí)踐能力

為了滿足就業(yè)單位的需求，授課過(guò)程中要求學(xué)生掌握經(jīng)典理論的同時(shí)，有意識(shí)地融入工程理念，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。具體措施如下：

1）采用啟發(fā)式教學(xué)模式，注重工程能力的培養(yǎng)，在課堂教學(xué)中不斷引入實(shí)際工程案例，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，幫助學(xué)生提高分析和解決實(shí)際數(shù)字電路問(wèn)題的能力；

2）教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，注重從系統(tǒng)的視角去認(rèn)識(shí)數(shù)字電子技術(shù)。通過(guò)對(duì)典型數(shù)字系統(tǒng)的分析和討論，幫助學(xué)生從知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用角度建立起知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。

4.2 融入課程思政

課程思政是高校立德樹人的根本任務(wù)，是教師育人的基本職責(zé)，樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀是工程技術(shù)人才的基本要求。根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)課程的特點(diǎn)及現(xiàn)狀，探索課程思政改革，開展課程思政建設(shè)。具體措施如下：

1）提高教師個(gè)人的思政和業(yè)務(wù)能力，規(guī)范課堂舉止和行為，以知識(shí)傳授為載體，培養(yǎng)學(xué)生踏實(shí)認(rèn)真的處事作風(fēng)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度；

2）在教學(xué)活動(dòng)中，結(jié)合電子技術(shù)發(fā)展歷程，突出我國(guó)集成電路和大國(guó)工程的成就，同時(shí)圍繞課程特點(diǎn)，以實(shí)事新聞、熱點(diǎn)話題為突破口，強(qiáng)化學(xué)生自主科技創(chuàng)新意識(shí)，弘揚(yáng)新時(shí)代奉獻(xiàn)精神和大國(guó)工匠精神，樹立正確的生態(tài)文明觀念，實(shí)現(xiàn)思政育人目標(biāo)。

4.3 考核方案改進(jìn)

課程目標(biāo)的達(dá)成離不開完善的考核辦法，為全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，課程采用了多樣化的考核方式，同時(shí)加大學(xué)習(xí)過(guò)程考核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和查找問(wèn)題。課程考核由平時(shí)作業(yè)、隨堂測(cè)試、階段考核和期末考試等部分組成。平時(shí)作業(yè)以典型習(xí)題為主，作業(yè)體系可由基礎(chǔ)題、發(fā)散題和拓展題等構(gòu)成。隨堂測(cè)試以課上知識(shí)點(diǎn)為主，主要考查課上學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，用實(shí)時(shí)互動(dòng)來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂積極性。階段考核以考查學(xué)生的工程實(shí)踐能力為主，以工程項(xiàng)目命題，學(xué)生需從功能分析、系統(tǒng)構(gòu)建、電路設(shè)計(jì)、電路仿真、功能測(cè)試、結(jié)果討論等六個(gè)方面撰寫項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告，使學(xué)生構(gòu)建工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程。期末考試以經(jīng)典理論的閉卷筆試為主，客觀考核學(xué)生的知識(shí)掌握情況。

4.4 課程考核評(píng)價(jià)

隨著技術(shù)進(jìn)步，知識(shí)更迭，課程需根據(jù)反饋進(jìn)行有效的自我評(píng)估，保證課程目標(biāo)順利達(dá)成的同時(shí)，完成課程教學(xué)改革效果的分析和總結(jié)。課程的反饋渠道廣泛，以學(xué)生的課程成績(jī)?yōu)橹黧w，廣泛征求學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的意見，結(jié)合同行和督導(dǎo)的建議，構(gòu)建多方位、立體式的反饋監(jiān)督機(jī)制，完成課程的評(píng)估和持續(xù)改進(jìn)。為驗(yàn)證課程的改革舉措是否能夠?qū)崿F(xiàn)課程目標(biāo)，本課程設(shè)計(jì)了課程目標(biāo)達(dá)成的考核與評(píng)價(jià)方式，課程目標(biāo)與考核方式的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

表1 課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)方式

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以新工科和工程教育認(rèn)證理念為指引，以學(xué)生綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)，充分利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和考核評(píng)估等方面的改革探索，通過(guò)多樣化的考核方案增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課程的過(guò)程管理，并通過(guò)課程評(píng)估實(shí)現(xiàn)課程持續(xù)改進(jìn)的良性循環(huán)。通過(guò)學(xué)生課程考核成績(jī)和意見反饋渠道發(fā)現(xiàn)，課程改革效果良好，下一步將進(jìn)一步深化教學(xué)改革實(shí)踐，充分落實(shí)教—學(xué)—評(píng)完整閉環(huán)的教學(xué)新模式。