多措并舉融合課程思政的模擬電子技術教學改革

李忠文 蘇士美 于坤杰 劉文君 霍本巖

基金項目：鄭州大學2023年度課程思政教育教學改革示范課程“模擬電子技術”（2023ZZUKCSZ025）；鄭州大學2023年度課程思政教育教學改革示范課程“數(shù)字電子技術”（2023ZZUKCSZ027）；河南省優(yōu)秀青年科學基金項目“高度電力電子化新型電力系統(tǒng)多時空尺度頻率穩(wěn)定控制方法研究”（232300421094）

第一作者簡介：李忠文（1989-），男，漢族，河南鄭州人，博士，教授，博士研究生導師。研究方向為電力系統(tǒng)控制及優(yōu)化。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.009

摘? 要：為解決模擬電子技術教學手段簡單和缺乏課程思政元素的問題，該文提出多措并舉的教學改革方案。首先，通過以學生為中心的改革，激發(fā)學生的學習興趣和參與度；其次，采用項目驅動策略，培養(yǎng)學生解決電子工程挑戰(zhàn)的能力；同時，利用計算機仿真工具加深學生對知識點的理解與掌握；此外，多環(huán)節(jié)引入課程思政元素，提高學生的思想政治覺悟、社會責任感。最后，建立過程性評價方法，鼓勵學生不斷改進并提升成績與綜合素質。

關鍵詞：模擬電子技術；計算機仿真；課程思政；項目驅動；過程性評價

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）19-0033-05

Abstract： To address the issues of simplicity in teaching methods and the lack of ideological and political elements in the "Analog Electronic Technology" curriculum， this paper proposes a multifaceted educational reform plan. Firstly， it stimulates students' learning interest and participation through a student-centered approach. Secondly， it employs a project-driven strategy to cultivate students' abilities to tackle challenges in electronic engineering. Additionally， it utilizes computer simulation tools to deepen students' understanding and mastery of key concepts. Furthermore， it introduces ideological and political elements across various aspects of the curriculum to enhance students' political awareness and social responsibility. Lastly， it establishes a formative assessment method， encouraging students to continuously improve and enhance both their academic performance and overall quality.

Keywords： Analog Electronic Technology; computer simulation; curriculum with ideological and political education elements; project-driven; process evaluation

2020年5月，教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確了高校課程思政建設的戰(zhàn)略舉措，將其視為全面實施立德樹人根本任務的關鍵措施[1]。模擬電子技術課程是自動化、電氣工程及其自動化、生物醫(yī)學電子和計算機等電氣信息類專業(yè)的一門主要技術基礎課程[2]。該課程相關知識涵蓋了電子電路設計、信號處理、儀器測量和控制系統(tǒng)等重要主題，并已滲透到通信、醫(yī)療、汽車和航空等各行各業(yè)，為工程領域的學生提供了必要的基礎[3]。

在當前的政策背景下，引入課程思政到模擬電子技術課程，對培養(yǎng)具有愛國情懷和科學家精神的優(yōu)秀工科人才具有重要意義。例如，融入課程思政元素的模擬電子技術課程不僅使學生掌握相關技術知識，還促進學生理解他們的技術應用對社會和國家的影響，引導學生增強社會責任感，為可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新貢獻力量。然而，引入課程思政也伴隨著一些挑戰(zhàn)。課程思政教師不僅需要具備技術知識，同時還應了解思想政治教育的理念和方法。另外，課程思政需要精細整合課程內容，確保思政教育與技術內容有機結合，而不是簡單添加政治元素。同時，學生可能對這一改變感到抵觸，因此需要采用互動教學、案例分析等方式來引導他們積極參與。為了解決這些挑戰(zhàn)，本文提出了以學生為中心多措并舉融合課程思政的模擬電子技術教學模式改革與實踐。

一? 模擬電子技術課程特點及現(xiàn)狀

近年來國內外高校開展了模擬電子技術相關課程的教學改革，并取得了一定的成果。王蕾等[4]在模擬電子技術教學中選取融合式教學模式，改進以教師講授為主的單一教學形式，將網絡教學與面對面的課堂教學相結合，將教學活動在空間和時間上進行拓展與延伸。并通過教學實踐，來分析和討論融合式教學應用于模擬電子技術教學的可行性和成效性。顏閩秀等[5]闡述了“雙一流”建設背景下信息工程學院模擬電子技術課程現(xiàn)狀，證明了融合式教學帶來了學法、教法、能力培養(yǎng)等多方面的變革，實現(xiàn)了以學生為主體，有效提高了學生的科學素養(yǎng)、實踐能力、創(chuàng)新能力，實現(xiàn)了個性化的教育，同時建立了一種全新的師生溝通交流方式。呂宗旺等[6]為提高學生的綜合素質和培養(yǎng)質量，采用線上線下混合教學模式，同時引入科研訓練實踐環(huán)節(jié)，創(chuàng)新地提出了設計、仿真、制作、數(shù)據(jù)分析、項目報告和學生互教的科研訓練教學法。郭建敏[7]利用雨課堂作為融合式教學的重要輔助環(huán)節(jié)，合理穿插在教師教學與學生的學習過程中，學生的學習自主性增強，學習效果得到改善，受到教師與學生的青睞。J. Garcia-Zubia等[8]基于VISIR遠程實驗室在模擬電子教學中提高了學生的學習熱情，并對學習效果起到了積極的促進作用。

針對模擬電子技術課程，雖然近年來國內外學者提出了一系列新穎的教學改革措施，然而，大多數(shù)改進都是基于某一種新的教學模式，或利用某一種新的教學工具，而沒有進行基于現(xiàn)代豐富教學工具、多仿真手段、項目驅動課程實訓和過程性考核評價等以學生為中心的多措并舉融合式教學模式創(chuàng)新改革，并且教學過程中鮮有對課程思政元素的融入。

二? 多措并舉融合式教學模式改革

本節(jié)將探討模擬電子技術課程通過多措并舉的改革方式融入課程思政元素，包括以學生為中心的教學改革、項目驅動策略、計算機仿真以及多措并舉多環(huán)節(jié)引入課程思政案例，以深入分析如何在模擬電子技術課程中實現(xiàn)綜合素質教育的目標。這些要素將有助于培養(yǎng)學生的思想政治覺悟、實際應用能力以及創(chuàng)新精神，為未來應對電子工程領域的挑戰(zhàn)做好準備。

（一）? 以學生為中心的教學改革

以學生為中心的模擬電子技術課程改革具有重要性和眾多優(yōu)點[9-10]。這一改革的目標是更好地滿足學生的需求和興趣，培養(yǎng)他們的自主學習能力和實際應用技能，鼓勵他們成為知識的積極探索者，而不再是被動的知識接收者[11]。

為了實現(xiàn)這一目標，可以采用一系列手段。問題驅動學習是核心手段之一，通過引入實際問題或項目，鼓勵學生自主提出問題、尋找解決方案，并進行深入研究。這培養(yǎng)了他們的批判性思維和問題解決能力。另一個關鍵元素是小組合作項目，通過安排小組合作項目，鼓勵學生在團隊中分享知識、分工合作，培養(yǎng)溝通和團隊協(xié)作技能。實驗和實際操作是模擬電子技術課程的重要組成部分，學生通過實際操作電子設備和電路，將理論知識付諸實踐，從而加深對電子技術的理解并提高應用能力。

提供自主學習資源讓學生能夠自主學習和深入研究感興趣的領域，包括在線教程、模擬軟件、實驗室設備等。反饋和評估機制是確保改革有效的關鍵因素，通過定期的反饋，了解學生的進展，及時調整課程，以滿足他們的需求。多樣化的評估方法可以更全面地評估學生的綜合素質，包括知識掌握、問題解決和溝通能力。教師的角色也發(fā)生了變化，他們不再是單一的知識傳授者，而是學習的指導者和激發(fā)興趣的導師，鼓勵學生主動參與，提供支持和指導，幫助他們充分發(fā)揮潛力。

（二）? 項目驅動策略在模擬電子技術教學中的作用

在模擬電子技術課程中，讓學生參與相關項目具有多方面的優(yōu)點[12]。項目參與能夠提升學生的實際應用能力，使他們能夠將課堂理論知識轉化為實際電子電路設計和制作的能力。通過讓學生參與相關項目，模擬電子技術課程可以提高教育質量，培養(yǎng)學生的綜合素質和職業(yè)競爭力[13]。因此，本文提出基于項目驅動的以學生為中心的教學方法，融入模擬電子技術課程授課環(huán)節(jié)。本文以項目“鐵路和公路交叉口的交通控制器”為例，介紹項目驅動策略在模擬電子技術教學中的作用。該項目要求設計一個鐵路和公路交叉路口的交通控制器。該交叉路口的平面位置示意圖如圖1所示。

A和B代表兩個欄桿，它們位于一個交叉路口。在該路口的P1和P2位置設置了兩個壓敏傳感器，用于檢測火車是否通過。這兩個傳感器相距較遠，確保一列火車不會同時壓在兩個傳感器上。當火車通過路口時，欄桿會下降，禁止其他車輛和行人通行。一旦火車完全通過交叉路口，欄桿會抬起，允許路口恢復通行狀態(tài)。

該課題項目為學生提供了一個實踐機會，要求他們將之前學到的數(shù)字電子技術、模擬電子技術和電子技術實驗的知識付諸實際，為今后參與更為復雜的綜合型電子系統(tǒng)的設計和調試奠定了堅實基礎。

（三）? 計算機仿真在模擬電子技術教學中的作用

在模擬電子技術課程的教學過程中，計算機仿真工具，如Matlab和Multisim等軟件，可以發(fā)揮重要作用。本文以“固定偏置共射極放大電路靜態(tài)工作點對放大性能的影響”為例，介紹Multisim軟件仿真在模擬電子技術課程教學中的作用。圖2為由NPN型BJT三極管構成的共射極固定偏置放大電路原理圖。在該電路中，輸入信號vS為幅值為5 mV、頻率為500 Hz的交流小信號，基極電阻Rb=750 k？贅，Vcc=12 V，Rc=3 k？贅，RL=6 k？贅，電容C1、C2的容值為２０ ？滋F。圖3展示了圖2所示電路飽和失真過程分析及基于Multisim的仿真波形。在該仿真電路中，修改基極電阻為Rb=200 kΩ，其他參數(shù)保持不變。在新的參數(shù)下，靜態(tài)工作點Q的位置偏高，此時集電極與發(fā)射極之間的電壓VCEQ=1.163 V，輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。圖4展示了圖2所示電路截止失真過程分析及基于Multisim的仿真波形。在該仿真電路中，修改基極電阻為Rb=5 M？贅，輸入信號vs的幅值改為50 mV，其他參數(shù)保持不變。在新的參數(shù)下，靜態(tài)工作點Q的位置偏低，此時VCEQ=10.116 V，輸出波形出現(xiàn)了截止失真。

圖2? 共射極固定偏置放大電路原理圖

通過上述原理分析及基于Multisim的仿真分析，可以使學生清晰地掌握共射極放大電路產生失真的原因，及避免失真所需采取的手段。另外，作為課后拓展，可以使同學們自行分析PNP型BJT三極管產生失真的波形是否一樣。在模擬電子技術課程授課過程中，還可以采用Matlab或Multisim等仿真工具對微分電路、積分電路、反向加法電路、反向比例電路、RC正弦振蕩電路和遲滯比較電路等知識點進行仿真分析，加深對相關知識點的理解和掌握。并且，通過仿真分析還可以提高同學們學習興趣和解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力。

（四）? 多措并舉多環(huán)節(jié)引入課程思政案例

模擬電子技術課程融入課程思政對培養(yǎng)具有家國情懷的高素質本科生具有重要意義[3]。授課過程中可以采用多措并舉的方法，結合現(xiàn)代教學工具和多仿真工具，以及線上線下教育模式，來融入課程思政。首先，融入教學大綱中的課程思政元素是重要的。在模擬電子技術課程的大綱中，明確要求引入思政教育內容，確保每章節(jié)內容相關知識點都融入課程思政要素。表1展示了模擬電子技術課程相關章節(jié)內容融入的課程思政元素映射點。

為了融入課程思政元素，模擬電子技術課程還應設計多樣化的思政案例，覆蓋國家政策、法律法規(guī)、倫理道德等不同方面，以確保思政教育內容的多樣性。這些案例可以融入課堂討論，通過小組討論、角色扮演、辯論等互動式學習方法，引導學生參與思政教育的討論和分析。實際項目也是融入思政的有效手段。學生可以參與與模擬電子技術相關的實際項目，將思政案例與實際問題相結合，培養(yǎng)社會責任感和實際應用能力。

綜合而言，融入課程思政的多措并舉方法可以培養(yǎng)學生的思想政治覺悟、社會責任感和創(chuàng)新能力，提高其綜合素質。通過結合現(xiàn)代教育工具和多種教學方法，可以實現(xiàn)這一目標，讓模擬電子技術課程成為具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的金課，培養(yǎng)未來社會的積極參與者和領導者。

三? 建立過程性評價體系

建立模擬電子技術課程的過程性評價方法是提高教育質量、促進學生全面發(fā)展的關鍵。過程性評價強調連續(xù)性監(jiān)測和反饋，有助于教師更好地理解學生的學習需求，幫助學生改進學習策略，提高學業(yè)成績和綜合素質。鄭州大學模擬電子技術課程于2020年獲首批國家級一流課程（線上線下混合式）認定，并于2022年獲批建設河南省教育廳線上一流本科課程模擬電子技術基礎。我們積累了豐富的線上線下課程資源，這些資源不僅可以拓展學生的學習資源，還方便建立多維度的過程性考核。過程考核內容包括學習通對應課程章節(jié)任務點的完成情況、章節(jié)測驗、作業(yè)提交與互評、不定時不定次隨堂測驗、簽到、主題討論和課堂積分等。期末考試采用閉卷考試，考試時間120分鐘，成績采用百分制，主要考核學生對本課程學習的整體掌握程度，基本分析計算能力，綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、計算分析題、設計題和綜合題等。

通過建立過程性評價方法，模擬電子技術課程可以更好地滿足學生的學習需求，提高他們的學術表現(xiàn)和綜合素質。這種評估方法強調學習過程的動態(tài)性，有助于幫助學生不斷改進和發(fā)展，培養(yǎng)他們的批判性思維和問題解決能力。

四? 結論

為了綜合解決模擬電子技術課程教學中的問題，并將思政元素多維度融入，本課程采用多種措施，包括現(xiàn)代教學工具（如學習通和雨課堂）、仿真工具（Matlab和Multisim）、以學生為中心、項目驅動與過程性考核等。這些措施的綜合運用旨在實現(xiàn)“厚基礎、強實踐、嚴過程、重創(chuàng)新”的教學特色。通過多方面的教學手段和多維度的課程思政融入，我們可以培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新潛力，提高他們的綜合素質和問題解決能力。本文介紹的相關改革方案具有很好的可推廣性，有助于使相關高校的模擬電子技術課程打造為具備高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課。

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