物聯網工程專業電學類基礎課程教學改革

文章從課堂教學、實踐教學、線上與線下融合、教學課件的制作、建設習題資源庫、錄制教學視頻、改革課程考核方式等方面，建立一種立體式多層次全方位的教學模式。在改革中，引入課程思政內容，深入挖掘電學類基礎課程所蘊含的思政元素。在教學實踐中，將專業知識的講授與課程思政、教書育人緊密結合。最后，通過對比教學改革前后學生在學習態度、主動性與積極性、學習效果的變化可知，教學改革取得良好的效果，這也為其他專業課程的教學改革提供了重要參考。

物聯網工程專業是計算機大類下的相關專業。同計算機專業一樣，電學類基礎課程在物聯網工程專業的課程體系中也占據著重要地位。通過調研分析，電學類基礎課程由于課程性質、特點與教學時長、教學手段等方面的因素，使得電學類基礎課程的教學效果一直不佳。作為計算機相關專業的重要基礎課程，電學類課程既要適應物聯網工程專業的后續專業教學的需要，又要及時更新教學內容及教學方法手段。本文從物聯網工程專業電學類基礎課程的特點著手分析，深入剖析了電學類基礎課程教學效果不佳的主要因素。然后重點討論課程改革的具體措施，為進一步提升電學類基礎課程教學效果提供了一種切實可行的教學模式和方法。

1 電學類基礎課程的特點

本校物聯網專業中的電學類基礎課程包括電路與電子技術、數字電路與邏輯設計、電路與電子技術實踐、數字電路與邏輯設計實踐四門課程。本文所述電學類基礎課程均為上述四門課程。

首先，這四門課程是物聯網工程專業重要的專業基礎課程，是物聯網專業課程計算機組成原理與接口、嵌入式原理及應用等課程的重要基礎，在教學內容上具有重要的關聯性。例如，數字電路與邏輯設計課程中的編碼器、譯碼器、寄存器、計數器等知識在后續的專業課程中頻繁用到。其次，這些課程所講述的電路電子的基礎理論和基本設計方法，具有較強的邏輯性、設計性和工程實踐特性，學生需在實踐課程中熟悉基礎電路模塊、集成電路的設計方法、手冊使用、參數調整等基本方法，再去學習嵌入式系統原理中的大規模集成電路芯片的知識才會更加得心應手。

從上述分析可知，電學類基礎課程是物聯網工程專業的重要專業基礎課程，對于專業課程學習有很大影響。

2 課程教學存在的主要問題

在電學類基礎課程教學過程中，由于各種因素的疊加影響，使得該類課程的教學效果一直不甚理想。為進行課程教學改革，首先對影響教學效果的不利因素和教學過程中存在的問題進行分析。

2.1 教學時長嚴重不足

教學時長嚴重不足是影響電學類基礎課程教學效果的重要因素。下面分別以電路與電子技術與數字電路與邏輯設計兩門課程情況作為代表進行分析。

電路與電子技術的總教學時長為48課時，教學內容包括電路的基本定律與定理、電路分析方法、正弦交流電路、電路的暫態分析、半導體器件、基本放大電路、運算放大器、直流穩壓電源等；數字電路與邏輯設計的總教學時長為32課時，教學內容包括邏輯代數、基本門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、555定時器的使用、半導體存儲器、模數與數模轉換等。

由上述分析可知，電學類基礎課程的教學內容繁多，而且很多內容是抽象性和原理性的知識。在現有教學時長的條件下，教師如何進行高質量授課，學生如何高效學習對于教師和學生來說都是巨大的挑戰。

2.2 教學內容與現實問題脫節

電學類基礎課程是硬件類知識課程，專業性較強。教學內容與學生學習生活中遇到的實際問題聯系并不十分密切。因此學生在學習過程中，容易產生距離感和厭學情緒。究其原因，就是這些課程的教學內容與現實問題脫節。而任課教師的責任就是在專業知識與現實問題之間搭建起一座橋梁，將更多的對學生有吸引力的、有實際意義的、有趣的現實問題引入課堂，讓學生能真正體會到所學知識的價值。而如何真正架起這座橋梁，對于任課教師來說，是一個值得研究的問題。

2.3 傳統教學方法缺乏吸引力

電學類基礎課程的教學內容大多數為基礎性、原理性知識。例如，在電路分析方法部分的基爾霍夫電壓定律、電流定律，暫態分析中的換路定則等，內容非常抽象，學生學習難度較大。

傳統的教學方法以教師為中心，學生在學習中存在畏難情緒，導致課堂學習效率不高，致使部分學生逐漸跟不上課堂教學的節奏和進度，學習難度被進一步放大，更有極個別學生徹底放棄這些課程的學習，這些都給電學類基礎課程的教學改革提出了更高的要求。如何將教學內容以更加有吸引力的方式呈現給學生，充分調動所有學生的積極性和主動性，使絕大多數學生在課堂有限的學習時間內掌握課程知識，是任課教師需要面臨和解決的難題。

3 電學類基礎課程改革措施

本教學團隊根據物聯網工程專業電學類基礎課程的特點，對影響教學效果的不利因素及課程教學中存在的問題等方面認真研究，提出了一系列的改革措施和手段，從提高課堂教學效率、緊緊抓住實踐教學、線上與線下融合、制作動畫效果豐富的教學課件、建設習題資源庫、錄制教學視頻、改革考核方式等方面開展工作，形成了立體化多層次全方位的教學模式和教學方法手段，取得了顯著的成效。

3.1 提高課堂教學效率

課堂教學是教師傳授知識，學生學習的主要方式，是必須重點抓住的關鍵環節。教學要取得良好效果必須從提高課堂教學效率入手。為充分利用好課堂教學環節，主要采取如下措施：一是鼓勵學生獨立思考、勇于提出自己的想法、善于采用多種方式或方法解決已有問題或能夠發現新問題；二是實現教學主體對象的轉變，將學生變成學習的主體，而教師則成為教學的引導者和服務者；三是教師要善于抓住學生的興趣點，能夠實現從點到面的擴展。當然這種擴展并不是無目的、無意義的，而是仍然能夠保證學生的學習熱情，同時也能夠給學生深入思考帶來很大的啟發性。四是改變傳統填鴨式、滿堂灌的教學方式，采取教師與學生深入互動、共同配合的方式，使學生能夠從課堂中獲取知識與學習樂趣，教師也可以從教學中收獲寶貴經驗。

在教學中注意細分教學內容，根據知識點在專業課程中的重要程度和聯系緊密程度，對各知識點進行星級分類，一共分為A、B、C、D、E五種等級。對于不同等級的知識的要求并不完全相同，采用這種知識分級方式，可以有效緩解學時不足的難題。

3.2 緊緊抓住實踐教學

首先，在實踐課上充分利用教學資源，對課堂教學中的原理、方法等進行驗證；同時也要進行大量設計性實驗，以達到學以致用的目標。除此之外，教師要引導學生走出校門深入電子市場學習，加深對器件類型、性能參數的理解，能夠見識多樣化的電路元器件和電子產品，能夠提高學生的專業素質。

其次，還需將實踐教學與課堂教學緊密結合。在課堂教學中，講授到某個知識點時，采用電路仿真軟件對所授知識點進行仿真。學生可以實時了解到課堂所學內容的實際應用，會更加激發學生的學習興趣，對于學生深入理解知識點也更加有幫助，例如，圖1就是講授優先編碼器時，利用軟件所做的仿真實驗。

3.3 線上與線下融合

線上與線下融合是有效提升學生學習質量的重要手段。線上線下相融合的教學手段也是課程改革的重要舉措。首先，在課前為學生發布各種預習資料，這些資料包括本章節學習要點及預習練習題目，以檢查學生的預習效果。教師能夠及時了解這些關鍵信息，做到心中有數，在課堂教學時才更有針對性。對于學生的課后復習情況教師也要掌握準確信息，每個學生作業提交的時間、錯題數量及每題錯誤原因都要列出。對于錯誤較多、知識點掌握不牢的學生要給出預警信息，以便引起學生足夠的重視。

同時還要打通課堂和課余之間的界限。充分利用信息化技術手段，將學生在課堂上的表現數據化。學生可以從中了解到自己尚未掌握的知識點情況，教師也可以對學生在課堂或課余的學習狀況進行全面的掌控。對于學習動力不足或有困難的學生可以采取更有針對性的措施，確保學生的學習效果。

3.4 制作動畫效果豐富的教學課件

教學課件是課堂教學的重要載體。電學類基礎課程的主要教學內容是各種類型電路的工作原理和工作過程。而這些電路通常封裝在硬件內部，不便直觀地為學生展示。為此，將硬件電路的工作過程或工作原理制作成動畫效果豐富的教學課件非常必要。本教學團隊精心挑選有代表性的知識點進行動畫的設計和制作，通過動畫的方式，展現電路工作的內部細節，使學生對于原理性知識有更為直觀的認識。

3.5 建設習題資源庫

習題資源庫是學生進行知識點練習的重要抓手，所以習題資源庫的形成必須是精心設計的成果。總體建設要求是知識點全面覆蓋、重難點突出、難易適當、題型豐富。題源選擇要廣泛，且題目難度與本專業要求相契合，主要選自教育部推薦的試題庫和精選參考資料。題型設置多樣化，包括客觀題與主觀題。客觀題主要考查學生對于基本概念、基本知識的掌握程度與判斷能力，類型主要包括選擇題與填空題；主觀題主要考查學生分析問題和邏輯思維的能力，主要包括計算題、分析題、改錯題、畫圖題等。

習題資源庫也是教師積累教學資源或成果的重要方式。除了注意搜集整理各種典型習題之外，任課教師還需要以實際問題為基礎創造出適合本專業學生練習的習題。此類習題不僅起到深化理解知識點的作用，也可以作為學生了解相關知識點在實際問題中應用的窗口和橋梁，這對于學生深刻理解課程在專業體系中的重要作用是無可替代的。同時這也給任課教師提出更高的要求，任課教師不僅對于課程知識要深入理解，而且必須對實際問題有深刻認識，能夠發現它們之間的內在聯系，可以從中抽選出適合學生練習的題目來。

3.6 錄制教學視頻

本教學團隊將電學類基礎課程所涉及的知識點按模塊進行劃分，分別制作了每個知識點的課件，并精心錄制講解視頻。每個視頻的時長在十分鐘左右，是課堂教學環節的很好補充。此項舉措是課程教學改革的一大亮點。錄制視頻的知識點均為需要學生重點掌握的教學內容，除基本知識點外，還包括相關習題的講解。將視頻發布在相關信息教學平臺上，學生可以利用碎片化時間進行學習，這樣也將在一定程度上解決學時不足的問題。教師可以利用相關統計功能，了解每位學生的學習數據，能夠更加充分地利用課后時間，達到教學效果的最大化。

3.7 改革課程考核方式

課程考核方式改革是引領課程教學改革的重要一環。本教學團隊對于電學類基礎課程的考核建立了多樣化的考核形式。采用學習過程全流程考核機制，即課程成績不再是期末考試一考確定，而是把學生學習過程中全流程的表現全部納入考核范圍。加大平時成績的考核力度，并且確保平時成績的評定一定做到有據可依。例如，教學平臺在線學習時長、大作業完成情況、實踐電路的完成情況、教學視頻的回看時長等均作為評定依據。這樣就可以對學生的考核跨越整個學期的教學過程，促使學生重視課堂教學和實踐教學，避免學生突擊應付考試情況發生，促使學生學習更加主動和自覺。

4 電學類基礎課程改革與思政融合

電學類基礎課程的教學內容蘊涵豐富的思政教育資源，課程教學一定要與思政教育緊密結合。教師要深入挖掘課程內涵，發揮課程自身蘊涵的思想政治元素，將其有機地融入課堂教學中。教師不僅要講授專業知識，更要發揮育人功能，真正成為教書育人的“大先生”。

例如，在課程概述部分，以我國電子技術的發展以及應用為切入點，重點講述5G技術中核心芯片的情況，讓學生充分認識到自身掌握的技術可以為人類造福、服務社會，激發學生的自信心和學習興趣；在電路的基本定律與分析方法時，以基爾霍夫定律在電路中對于回路中的電壓或某節點電流有制約關系引申出不以規矩不能成方圓的道理；在基本放大電路中，以雙極型晶體管實現放大作用要具備內因和外因條件為切入點，融入工匠精神思政要素，讓學生明白成功是有條件的，內因起主要作用，機會是給有準備的人的。引導學生從改變自己、提升自己做起，奮發努力，弘揚工匠精神。

在授課過程中，教師將電學類基礎課程的專業知識中蘊涵的豐富思政內涵與專業知識緊密結合起來，使學生在專業知識積累的同時，也接受思想政治教育。將團隊協作精神、對待科學研究一絲不茍、嚴肅認真的品質、工匠精神、吃苦耐勞精神等融入課堂教學的全過程，讓學生在潛移默化中受到思政教育的熏陶。

5 課程教學改革的成效

電學類基礎課程教學改革實施以來，本教學團隊按照專業人才培養方案及課程質量標準的要求，確定教學內容，改變傳統教學方法與手段，采用線上線下相融合，專業知識與思政教育相融合的方式，取得了很好的教學效果。表1展示了電路與電子技術課程在改革前后的學生學習態度、不及格人數比例等方面的變化，證明課程改革的成效。

圖2展示了物聯網21-1班的“電路與電子技術”的成績情況，從圖上可以看到，成績呈現出正態分布特征，而且優秀人數所占比例有了較大幅度的提高。由此可知，課程教學改革取得了良好效果。

此外，作者以電路與電子技術課程中的“集成運算放大器的應用”為題參與學院青年教師講課比賽并獲得三等獎；以數字電路與邏輯設計課程中的“計數器”為題參與學院微課比賽并獲得二等獎。這些獎項榮譽的取得也進一步證明了課程改革的重要意義。

6 結語

電學類基礎課程在物聯網工程專業有著舉足輕重的地位，提升電學類基礎課程的教學效果迫在眉睫。本文從物聯網工程專業電學類基礎課程的特點著手分析，深入剖析了電學類基礎課程教學效果不佳的主要因素。然后重點討論課程改革的具體措施，為進一步提升電學類基礎課程教學效果提供了一種切實可行的教學模式和方法。

本文系中國礦業大學徐海學院專業建設與教學改革一般項目“物聯網工程專業電學類課程建設”資助，編號：YA2038；中國礦業大學徐海學院“課程思政”示范專業建設項目“物聯網工程專業‘課程思政’示范專業建設”資助，編號：YA2022。

（作者單位：中國礦業大學徐海學院）

通信作者：孫潘潘