新工科背景下數字電子技術課程教學改革實踐研究

徐琬婷　王蘋　陳蕊　賈冕茜

摘要：隨著信息技術的到來，對數字電子技術應用人才越來越緊缺，數字電子技術作為專業基礎課程，以培養學生的基礎知識、基本職業技能和基本素養為目標，反復訓練崗位基礎五大能力“數字電路設計、焊接、裝配、調試、檢修”。依據國際電子工業聯接協會IPC-A-610GCN《電子組件的可接受性》工藝標準，數字電子技術課程標準，融入新技術，新方法，勞動教育及有“芯”人的課程思政，重構教學內容。教學過程體現以“工作過程為導向、學生為主體”特點，構建“逐階遞進、雙師共導、理實一體、虛實結合”的教學模式，“ 三層多元化評價體系”不斷指導教學策略的調整，保證教學目標的有效達成。

關鍵詞： 數字電子技術；學生為主體；課程思政；教學策略；三層多元化評價體系

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）14-0173-04 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

作為信息時代的關鍵性支撐技術，數字電子技術在推動全球電子信息化起到了重要作用[1]。“十四五”規劃中，明確提出“加快數字化發展，建設數字中國，以數字化轉型整體驅動生產方式、生活方式和治理方式變革”。數字電子技術具有知識密集、技術密集、資金密集型的特點，需要大量的數字技術應用人才。數字電子技術基礎是應用電子技術專業基礎課程，具有實踐性強、邏輯性強等特點，主要培養學生的專業基礎知識、基礎職業技能（數字集成芯片識別、電路制作、電路焊接、調試與檢修等能力），為后續課程打下堅實的理論和實踐基礎[2]。

1 課程總體設計思路

對接應用電子專業應用型人才需求及“1+X”集成電路開發與測試職業技能等級標準，落實國家應用電子專業教學標準，根據后續專業崗位基礎五大能力“數字電路設計、焊接、裝配、調試、檢修”的要求，體現“工作過程為導向、學生為主體”特點，構建“四階遞進、雙師共導、理實一體、虛實結合”的項目化教學模式。依據國際電子工業聯接協會PC-A-610GCN《電子組件的可接受性》工藝標準，數字電子技術課程標準，融入課程思政、勞動教育，新技術、新方法開發了新型活頁式教材，保證內容具有前瞻性，實用性，并基于智慧學習環境開展全過程三層多元化精準教學評價，設計思路如圖1所示[3]。

2 多角度大數據學情分析

精準詳細的學情分析是開展教學的基礎，學情分析要做到利用多種途徑、多種手段、多個角度，從整體班級細化到個人分析。本次教學對象是應用電子專業學生。學情問卷及調查統計表如圖2所示。通過問卷、課前測試、平臺測試等手段，從知識基礎分析、能力水平分析、學生特點等方面入手多角度精準把握學生特點，進而預判教學難點，選擇合適的教學方法與教學手段促進教學目標的有效達成。通過學情分析可知，學生已經可以利用芯片測試機及Multisim仿真軟件，喜歡表象性思維，喜歡動手操作，傾向于理實一體化教學；學生對電子產品制作感興趣，但是信心易受挫折，安全規范意識弱；有效溝通及團隊協作還需加強。根據以上分析，數字電子技術采用了理實一體、虛實結合的翻轉課堂教學模式。

3 產教融合，課程思政有機融入，重構教學內容

以“培養高素質、高技能復合型人才培養”為主線，學院與美的制冷、朗訊科技、埃泰克電子簽訂聯合培養“六個協同”計劃（即協同制定人才培養方案、協同開發課程標準、協同編寫教材、協同制定教學計劃、協同實施教學、協同實施評價），全力打造企業所需的復合型人才。課程內容根據行業、企業、學校三方對本門課程科學分析，緊密結合“電子產品的輔助開發與設計”“集成電路裝調工”“版圖輔助設計”“電子產品裝調”等崗位要求以及“1+X”集成電路開發與測試職業技能等級標準要求，根據高水平、高技能、高素質復合型人才培養目標，通過對學生的職業能力（數字集成芯片的識別、功能表的讀解、數字電路的分析與設計能力）及社會能力的分析[4]。基于真實的工作項目，及產品的工藝流程對課程教學內容進行整合，確定課程的教學內容，并融入課程思政及“1+X”集成電路開發與測試的相關模塊內容，依據實用性、趣味性和可操作性原則，將課程教學單元內容任務化，形成五個單元任務，即通過“節能開關控制電路的制作與調試”“養老院智能呼叫電路的制作與調試”“國慶獻禮——霓虹燈電路的制作與調試”“用芯設計——數字鐘的制作與調試”及“垃圾分類電子廣告牌的制作與調試”這五個項目由簡單到復雜、由低階到高階，由單一到綜合，形成有機聯系的完整設計[5]，如圖3所示，并以立德樹人為根本，將課程內容所蘊含的道理深入挖掘，形成做五有“芯”人的課程思政，即有愛國心、責任心、恒心、進取心、工匠心。

4 以“學生為主體”，因材施教，制定教學策略

4.1“ 逐階遞進，雙師共導，理實一體，虛實融合”的項目化教學模式

本次課程有五個逐級遞進項目，如圖2所示。基礎項目主要側重學生對基本邏輯門、小規模集成芯片的認識與應用，初階項目主要是組合門電路及相關中規模集成芯片（譯碼器74LS138 芯片、數據選擇器74LS151芯片等）的應用，中階項目主要是時序邏輯電路及相關中規模集成芯片（移位寄存器74LS194 芯片，計數器74LS160芯片等）的應用電路的制作與調試[6]。高階項目主要是各種中規模芯片及數模混合芯片電路的設計、制作與排故，復雜程度逐級遞進，鍛煉學生的分析能力和實踐能力，校企“雙導師”共同指導學生開展“虛實結合、理實一體”的教學活動。

4.2 開展“ 任務驅動、四堂合一、三線融合”的混合式翻轉課堂教學

校企共同合作開發四種課堂。“理實課堂”從學生學習特點出發，將“教、學、做、拓”融為一體，學生“做中學、學中做、做中拓”。“虛擬課堂”利用虛擬實訓平臺培養學生實訓操作規范技能，同樣功能電路采用不同的設計方案，并實時驗證，有助于促進創新設計思維的形成。“線上課堂”利用開放的課程資源，注重教學活動設計，同時運用了云課堂，優化教學流程，學習平臺智能監控學生成長，滿足自主探究學習的需要。“企業課堂”融入新技術、新方法，通過企業導師的實踐案例，讓知識與實踐相結合，并通過校企合作平臺，開發“1+X”平臺，探索“1+X”證書課證融合的有效方式。四種課堂，各有特色又相互結合，提供多種學習形式，滿足個性化學習，將職業技能、創新意識、人文素質三條主線，融為一體[7]。

4.3 以立德樹人為根本，貫穿有“芯”人的思政教育模式

從做有“芯”人出發，引圖3 內容重構圖 入華為、中興事件，讓學生了解現狀，培養他們清晰強國使命的愛國心；從近年來自主研發芯片出發（如董明珠“造芯”、海思芯片等），讓學生具備恪盡職守，責任擔當的責任心；以國際焊接工藝標準要求學生精益求精，用“焊接第一人”高鳳林事跡鼓勵學生堅韌不拔、百折不撓的恒心；強化節約意識、不斷探索最佳設計的進取心；強化精益求精、不斷創新的工匠心。通過有“芯”人思政教育模式培養學生的社會主義核心價值觀，激發學生的家國情懷和民族自豪感。

5 立體化教學資源，打造線上實訓資源

為了更好地落實“以學生為主體”，課程利用多種信息化技術，實現翻轉課堂。在國家級應用電子專業教學資源庫的基礎上，利用Multisim虛擬仿真軟件、AR課堂、電子技能與實訓仿真教學系統、3D測試機仿真系統及“1+X”電子實訓平臺，多樣的資源不僅僅保證了學生線上實訓，還滿足了學生個性化學習的需要，采用了第三方評價機構的“1+X”集成電路開發與測試等級證書考核平臺，將課程內容與“1+X”證書的考點相結合，保證了“1+X”證書的落地[8]。如圖4 所示。

6“ 三層多元化”的閉環評價模式

本課程基于“項目-任務-子任務”的三層可評可測的閉環評價體系，優化整合教學步驟。

項目層將每個任務按比例匯總。項目層的總分采用任務得分+“1+X”課證融合點考核成績+標兵得到總分。任務層采用全過程評價方式，分為線上智能評價和線下人工評分兩部分。線上智能評價包含課前的自主學習評價、課中學生活動評價、課后的拓展評價。線下人工評價包含線下任務工單評價和小組匯報評價。子任務層將勞動素養、職業素養、專業能力和創新能力有機融入，合理設置配比，綜合評價學生。

評價體系中設立優秀學員和成長標兵，鼓勵學生不斷進步，設立了預警系統，及時提醒老師關注掉隊學生。

課后依據評價結果動態調整教學策略和針對性的個性化輔導，如圖5所示。

利用智能云平臺，及時匯總學生的作業、課堂參與情況，并給予學生學習建議，統計能力達成度，進行全員全過程性評價，大數據監控學生成長指標。

7 學生綜合素質有效提升，教學目標有效達成

7.1 職業能力、職業素養有效提升，教學目標達成度高

在國家級教學資源庫的基礎上，綜合利用了Mul?tisim仿真軟件、3D動畫、電子技能與實踐仿真系統、云平臺等，有序推進教學活動，提升職業能力，提高了課堂效率。經過三芯模塊三輪螺旋提升，學生的學習成績和崗位核心能力“電路設計、裝配、焊接、調試、檢修”五大能力明顯提高，如圖6所示。全班均通過了“1+X”的企業模塊考核認證，保證了課證融通的落地，綜合考核評價優良率達100%。從學生評價反饋來看，整體滿意度高，學生課堂參與率也比上一輪提高了5.7%。

7.2 學生學習興趣、創新能力被激發，第二課堂收獲滿滿

學生通過自主學習、小組合作，團隊協作能力大大加強，學習興趣和創新能力明顯提升。全班有近半數學生加入了“電氣201創客實訓室”和“競賽四促創客實訓室”繼續拓展學習，并和雙導師共同創新，其中有兩小組的發明專利進入實審階段，如下圖7所示，部分優秀成果得到了企業的肯定，作為一門專業基礎課程，培養了學生的基礎知識和基本技能，并鍛煉了知識遷移的能力，通過對數字電路各種模塊的學習，還能改進、搭建制作更多，功能也更豐富的電子產品，如：萬年歷、倒計時、風力擺、汽車儀表等。

7.3 評價體系科學合理，記錄學生成長數據，智能幫助學生進步

評價體系科學合理，自動記錄學生成長數據，幫助學生進步。利用智能云平臺可以匯總學生的作業、課堂參與情況，及時給予學生學習建議，統計能力達成度，進行全過程過程性評價，大數據監控學生成長指標，激勵學生不斷超越自我。如圖 8 所示。

7.4“六個協同”產教深度融合，學生教師共成長

聚焦產業，校企“六個協同”，產教深度融合，引入企業導師、企業課堂，在提供行業最新資源的同時，校企共同開發了3D測試機虛擬仿真平臺、“1+X”電子實訓云平臺等，將新技術、新方法有機融入，更新專業知識庫，做好課證融合，并不斷用平臺測試考核，規范學生的操作，提升學生實踐技能。同時，教師信息化水平、教科研水平也得到有效提升，依托省級技能大師工作室，著力進行教學模式改革、校企科研共創成果。

7.5 德技并修，用行動書寫最美有“芯”人的思政課

將思政、勞動精神、中華傳統美德融入課堂，影響深入，并用行動展現新時代大學生的風采。在“以勞樹德、以勞創新”活動月中， 學生開展了“7S 管理實踐行”“焊接制作我最行”“社區家電 我來修”等活動，創新制作“凈校園宣傳車”“垃圾分類宣傳牌”等。 在活動中學生提升了勞動素養、職業素養，鍛煉了職業技能，激發了創新能力，傳承了中華美德。

8 總結

在產教深度融合的情況下，校企雙方“六個協同”，對數字電子技術這門課程進行了改革，保證了人才培養的質量。依據國家《應用電子技術》人才培養方案，結合“1+X”集成開路開發及測試技能等級證書及電子工藝國際標準，將新技術、新工藝、新方法有機融入，對教學內容進行了重構，并開發活頁式教材，教學策略采用了“逐階遞進、雙師共導、虛實融合”的教學模式，開展“ 任務驅動、四堂合一、三線融合”的混合式翻轉課堂教學，全方位保證“以學生為主體”，全程貫穿“三層多元化”過程化的評價體系，及時監控學生的成長，保證了教學策略的有效性，圓滿地達到的教學目標。

參考文獻：

[1] 賈紹芝，楊杰.疫情防控期間多形式線上教學模式在“數字電子技術基礎”中的實踐探索[J].工業和信息化教育，2021（8）：82-87.

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[3] 蘇明敏，李棟.基于EDA技術的數字電子技術課程改革[J].產業與科技論壇，2021，20（16）：130-131.

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[6] 李建霞，閆朝陽.工程教育專業認證背景下數字電子技術實驗改革[J].實驗室研究與探索，2017，36（1）：156-159.

[7] 董玉冰，李明晶.新工科背景下混合式創新教學在數字電子課程中的應用探索[J].長春大學學報，2017，27（10）：117-120.

[8] 范平青.基于Multisim的數字電子技術應用分析[J].信息記錄材料，2021，22（3）：69-70.

【通聯編輯：王 力】

基金項目：安徽省中國特色學徒制項目《交通技術裝備群現代學徒制》（編號：2021xdxtz076） ；安徽省教育廳重點研究項目《產教融合視域下立體交通專業群崗課賽證”綜合育人培養模式創新研究》（編號：2022jyxm1777）；蕪湖職業技術學院質量工程徐琬婷技術技能工作室