基于能力培養的數字電子技術課堂教學改革實踐與探究

王玉輝　邱田會

摘? 要：培養大學生的科研、創新、實踐等綜合能力必須改革傳統的課堂授課模式。為高效提升課堂教學的質量，該文擬從高校的專業基礎課數字電子技術課程入手展開研究，從課程地位、教學現狀、課堂教學改革措施、創新特色和教學效果等多方面進行分析和論述，并提出后續改進方案和教學設想。一系列的改革方法為課堂教學開辟一種全新思維和途徑，可以為其他高校的課堂改革提供借鑒和參考。

關鍵詞：數字電子技術；課堂教學改革；高校；能力培養；教學質量

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）04-0139-04

Abstract： The traditional classroom teaching mode must be reformed for cultivate the students' comprehensive abilities of scientific research， innovation and practice. In order to effectively improve the quality of classroom teaching， this paper intends to start with the Digital Electronic Technology course， a professional basic course in colleges and universities， analyzes and discusses the course status， teaching status， classroom teaching reform measures， innovative features， teaching effects and other aspects， and puts forward the subsequent improvement plan and teaching ideas. A series of reform methods have opened up a brand-new thinking and way for classroom teaching， which can provide reference for other universities' classroom reform.

Keywords： Digital Electronic Technology; classroom teaching reform; college; ability training; teaching quality

生活中，隨處可見手機、電腦、電視和數碼相機等，其在時刻提醒我們已經進入一個數字化的發展時代，而這個數字化時代的基礎就是數字電子技術。數字電子技術是自動控制、電子信息、通信工程和應用物理學等眾多專業本科生必修的主干課程。隨著技術進步和時代發展，該課程在整個課程體系中的地位和作用也越來越重要。在當今現實世界中，數字技術已經將曾經互不相連的知識領域融為一體，并且還將以強大的內驅力繼續整合整個工業體系。

一? 課程教學目標

青島理工大學是理工結合的應用研究型大學，其應用物理學專業是山東省第一批一流建設專業。該專業要培養能夠將物理學應用于現代高新技術和社會各領域的復合應用型人才。基于這樣的培養目標，作為本專業的必修主干課，數字電子技術課程的教學目標如下。

知識目標：掌握數字電子技術的基本理論、基本原理、學習分析并設計數字系統的基本方法、基本操作和實驗技能，并奠定進一步學習電子技術及其專業課的基礎。

能力目標：能夠完成數字電路的設計與制作；能夠進行數字電路的調試；能夠進行數字電路的綜合應用。

素質目標：培養學生規范操作的職業道德和素養；培養良好的溝通和協作能力；培養扎實肯干、獨立學習的良好習慣；培養勇敢擔當、勇承重載的使命和責任感。

本課程的先修課程為電路原理、模擬電子技術基礎，后續課程為EDA技術、電路設計與仿真、數據采集與處理等。

二? 教學現狀及存在問題

在教學設計中，我們考慮到，當今，課程與課堂教學改革亟待解決的重點問題：比如，教學方法單一，多媒體授課“滿堂灌”；再者，死守課本，照本宣科，課堂氣氛沉悶；以及課程成績評定“一刀切”“一張卷子定生死”等。無疑，這種傳統的講授和教學模式是枯燥乏味的，學生慢慢就會失去學習的欲望和動力。而機械的考核方式也會讓學生感到麻木和反感。

針對這樣的問題，數字電子技術的課程團隊改革了課堂教學模式。基本思路就是將傳統課堂授課模式下的理論先行、理論為主、以教師為中心轉變到能力提升、以學生為中心、教師引導的軌道上來。

三? 教學改革措施

近年來，課程團隊基于OBE教學理念，根據專業和課程目標確定教學內容和方法。構建“課堂活起來，學生忙起來，教學嚴起來”的生機勃勃的優質、高效課堂。

（一）? 從高校專業特點出發，打造符合理科學生的課程講授新思路、新高度

數字電子技術課程是理工科學生的一門重要專業基礎課，人工智能、電子信息、自動化和通信工程等高校專業均開設此課。目前，國家大力支持微電子、集成電路行業，有很多的應用物理學專業本科生選擇攻讀微電子、集成電路設計等專業研究生。因此，在課堂講授的過程中潛移默化滲透微電子的相關知識點，為學生深造奠定堅實的專業基礎。在講授時，適當加入半導體物理器件、集成電路工藝、集成電路設計等相關內容。高校其他專業也可以結合自身特點進行合理的內容插接和革新。

（二）? 授課過程中靈活采用多種教學方法

靈活采用啟發式、案例式、討論式、探究式、做中學和做中悟等多種教學方法，引導學生在觀察、討論、研究中多方面、多層次學習并理解書本知識、解決實際問題。啟發并引導學生在學習中注重觀察現象、發現問題，并透過表面，追溯其根本，從而調動學生的主觀能動性，培養并提高學生的探索能力和創新意識。例如，在學習異步時序邏輯電路的設計方法時，針對具體設計過程，學生們展開了激烈爭論，一番面紅耳赤的唇槍舌戰后，留下的是對知識無盡的探索和對學習興趣的提高。學生從一開始的你推我讓到后面的你爭我辯，以及茅塞頓開后的將士般“握手言和”，課堂氣氛活躍了，教學效果也就此提高。學生對于這種新型的“活躍”教學模式，從一開始的排斥、膽怯、接受、喜歡到狂熱，必有一個過程，教師要堅持，不能輕易放棄。

（三）? 用項目驅動法代替傳統的填鴨式教學方法

數字電子技術的課程特點是理論性和實踐性均比較強，學習過程中，有部分內容難免感到枯燥，如果能在理論學習中結合實戰演練，學習成效必將事半功倍[1]。因此，在教學過程中，結合教學進度，設計了多個實際項目，難度上也是力爭“跳一跳，才能夠得著”。同時還需要兼顧項目訓練中的系統性和完整性。

課堂中選取三人表決器、四路搶答器、秒表和彩燈控制電路等四個項目作為核心實踐項目（表1），是源于這四個實踐項目在生活中隨處可見，實用性強，又能夠將數字電子技術課程的書本內容巧妙穿插，在難度上實現逐層遞進，相得益彰[2]（表1）。

以項目做驅動，提升了學生的動手能力和創新能力。圖1為學生在學過門電路、組合電路和觸發器部分的課堂內容后，自行設計的四人搶答器模塊電路圖。

（四）? 引入思政教育元素

通過在數字電子技術課堂授課教學中引入思想政治教育，主動促進專業教育與思政教育的有機融合[3]。例如，在講授半導體存儲器時，介紹科學家的先進事跡，引導學生潛心鉆研，刻苦求學，為祖國科技發展建功立業；穿插眾所周知的中興和華為事件，感受自主創新的重要性。在講述數字信號基礎內容時，引入5G時代新模式的開啟與智能手機的發展。在講述基本邏輯門電路時，通過二極管的雪崩擊穿現象，可以讓學生懂得量變引起質變的道理，在學習生活中也要厚積薄發，尊重和利用事物的客觀發展規律[4]。

（五）? 利用現代信息技術為教學服務

學生上課可以帶筆記本電腦，教師根據課程安排，增加隨堂實踐內容，利用計算機仿真工具MULTISIM軟件完成電路搭建與仿真，實時觀察電路動作特點及動態過程，實現“做中學、學中做”，教師要善于引導學生通過實踐觀察和思考。同時也能將書本知識與生活實踐緊密相連，做到活學活用。圖2為學生在課堂中完成的秒表項目。（六）? 教材革新

為適應新形勢下高校教學發展態勢，課程團隊果斷放棄了傳統的單純文字教材[5]，轉而選擇新形態教材作為授課使用的主要教材，由張民教授主編、中國石油大學出版社出版的《數字電子技術》課本，利用文本與視頻相結合的形式，讓學生感到耳目一新的同時，也提升了學習興趣。

（七）? 科學改進學業評價方式

試推全過程、多層次的學業評價，構建面向能力考核的過程性評價體系。放棄期末“一卷定生死”的呆板考核方式，推行新式全過程學業評價，從而能夠更加科學合理地評測學生的學習效果[6]。

推行“非標準答案”考核方式。大多數高校里類似數字電子技術這樣的專業基礎課程，考核方法都采用平時成績加學期末閉卷考試的傳統形式。而平時成績就由作業、考勤等環節組成，學生間的區分度很小。

基于此，必須改變“一張卷子定生死”的考核現狀。推行多形式、多階段的考核方式。

打破傳統“一考定成績”的考試方式勢在必行。進行學業評價方式的改革和完善，基于形成性評價理念，注重過程考核，將能力考核作為重點。數字電子技術課程，包含期末考試、實驗、線上教學、設計、討論、項目和作業等考核環節。嚴把各環節教學質量，且具有足夠的區分度，不要流于形式，停于表面。課程的過程考核建議次數不少于4次，期末考試成績權重占比50%，期末考試成績最低分在50分及以上為及格（表2）。

依據課程內容和教學的切實需要，采取靈活的考核方式。標準答案與非標準答案可以相互結合。通過創新小論文、項目設計、階段考核、完成態度、案例分析和隨堂測驗等方式，尋求開放性答案、創新式考試的這種非標準答案的考核方式，把考察的重點放在學生能否綜合運用所學理論知識，靈活分析并逐步解決實際問題的能力，引導學生自主學習，突破傳統的高分卻低能現象。

四? 創新特色

首先，革新課程內容，適當滲透微電子技術、集成電路設計等學科元素。為應用物理學專業等理科學生學習該課程探索一條新的思路和方法。

其次，在課堂教學中將討論法、探究法、提問法等多種教學方法結合。有計劃、有針對性地對某些重要知識點提出了深入地討論和探究。

再次，采用項目驅動法服務教學。真正將“學以致考”切換為“學以致用”。另外，科學改進評價體系。改掉傳統期末考試“一刀切”現象。

最后，將思政教育元素融入專業課程的教育體系。培養良好的職業素養，育人與育才相結合，真正實現“為黨育人、為國育才”。

五? 教學效果

在知識、能力、素質方面，培養并提高了學生的實踐創新能力。學生的思維和創新意識得到激發，同時職業素養得以提升。目前，改革成果已初步顯現：從幾個學期的成績分布統計可見，成績有所提高。另外，越來越多的學生有熱情、有興趣積極參與到各種學科競賽中，并獲得多種獎項。同時，部分優秀同學主動加入到教師科研課題組，在導師的引領下，科研思維和科研意識逐步提高，他們正拾級而上，穩步走上科研之路。

教師能力發展方面，師生共同進步。近年來，科研、教學團隊工作積極，科研、教研能力均有所提升。同時，用科研、教研成果反哺教學，將科研優勢與學術資源轉變為教學優勢。二者相互促進，共同提高，形成良性的科、教共同體，最終，受益于學生。圖3為部分師生成果。

六? 總結及教學反思

1）課堂改革是一項持之以恒的系統工程，教師要積極轉變傳統思想觀念，跟隨時代的發展腳步。由于教學方法、教學手段以及教學觀念都不會一成不變，而是在不斷更新，因此，全體教師和學生都需要將層出不窮的新知識與書本固有知識緊密結合[7]。停滯不前就等于退步。應該積極利用網絡技術和資源，做到線下、線上混合式教學。將信息技術與課堂講授深度融合，從而擺脫課堂授課的時間和地域限制，精益求精打造金課。

2）進一步科學完善系統化、多元化評價體系，使之更合理。比如可以針對完成的項目進行學生間自評、互評，將成績客觀地納入總成績因子中。

3）探索學科競賽及項目訓練的“傳幫帶”模式，指導教師精力有限，可以充分調動學生間互幫互助，培養學生的責任感、成就感和團隊協作精神。

總之，課堂是高校教師的第一主戰場，其既是教師傳道、授業、解惑的主要載體，也是師生之間傳遞信息、交往互動、完善自我的空間場合。有效的課堂組織、高效的課堂活動是課堂成功與否的關鍵所在。只有充分挖掘和發揮這一重要堡壘，才能培養高質量人才，培養有能力的國之人才。當然，對數字電子技術課程的全方位改革還在進行中，一系列的教改方法也適用于其他高校同類課程中，具有可復制性。

參考文獻：

[1] 龔鵬劍.新工科產教融合研究性課堂教學改革的路徑探討[J].教育教學論壇，2022（3）：1-4.

[2] 張曉波.淺談項目驅動法在數字電路課程中的應用[J].價值工程，2018（7）：233-235.

[3] 金光，段占強，張寶迪.高校本科《功能材料》課程課堂教學改革實踐探索[J].科教論壇，2021（6）：70-72.

[4] 梁香青.思政教育融入經濟學原理教學框架探索[J].大學教育，2022（5）：138-141.

[5] 陸德光，鄧海峰.基于能力本位的“機械制造工藝”課堂教學模式改革探索[J].農業化綜合研究，2022（7）：166-168.

[6] 于萬霞，劉獻民，楊旭，等.《EDA技術》課程教學改革探討[J].教育教學論壇，2020（2）：32-233.

[7] 楊帆，安晶晶.“以本為本，回歸課堂”——高校教師教學質量提升策略研究[J].大學教育，2022（4）：215-218.

基金項目：教育部2018年第二批產學合作協同育人項目“青島理工大學嵌入式技術實踐條件和實踐基地建設”（201802243013，主持人為王玉輝）；教育部2019年第二批產學合作協同育人項目“基于FPGA的教學內容和課程體系改革”（201902069007，主持人為王玉輝）；2021年山東省本科教學改革研究項目“‘以學定教、以研促學、以思育人’——應用物理學一流專業建設與實踐”（M2021050，主持人為王玉輝）；2022年山東省本科教學改革研究項目“多維協同、知行并重、高階開放，基礎學科應用創新人才培養模式的改革與實踐”（Z2022003，主持人為邱田會）；2022年青島理工大學研究生教育教學改革研究項目“立德樹人視域下普通高校研究生思政教育的探索與實踐”（Y032022-023，主持人為邱田會）；2022年青島理工大學本科教學改革與研究項目“依托高校科研實驗室的創新人才培養模式的探索與實踐”（F2022-065，主持人為邱田會）

第一作者簡介：王玉輝（1973-），女，漢族，河北樂亭人，博士，副教授。研究方向為嵌入式技術及其相關領域研究與應用。