賽事引導的信號與電路實驗教學探索與實踐

摘要：信號與電路實驗是增強學生工程思維、創新能力和實踐能力的重要支撐。為進一步滿足新工科及產學研創一體化人才培養模式需要，以賽事引導為核心，以小組合作、學科競賽、跨學科交叉實踐為主要手段，開展了教學改革探索及實踐。圍繞內容設計、考核體系，對課程在教學內容、思政引導、評價方法等方面的具體改革舉措進行闡述。實踐表明，教學改革取得了顯著效果，有效促進了學生在多學科和多課程知識交叉融合中的實踐創新能力。

關鍵詞：信號與電路實驗；教學改革；混合教學；賽事驅動；課程思政

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）09-0143-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

信號與電路實驗是我國高等院校電子信息類專業的基礎課程，具有鮮明的理論驗證、應用導向和技術實踐特點[1]。就整個教學體系而言，信號與電路實驗課程是電路分析、模擬電路、數字電路、信號與系統、電工電子技術等重要前置課程的相關理論驗證應用以及學科知識體系構造的重要支撐。同時，該課程還起著引導和支撐微機電系統、高頻電子線路、數字信號處理、傳感器技術等后續課程的重要作用[2]，是培養學生科學思維、實踐與創新能力的關鍵手段。

信號與電路實驗課程要求學生在給定任務下進行問題分析、任務分解、文獻查閱、電路設計、仿真驗證和實測等工作。學生需在實驗過程中對異常現象進行再調研和再設計，最終以規范的課程設計報告形式總結展示成果[3]。因此，課程引導、內容和考核形式在實驗課程中對學生科學思維和能力的培養起著決定性作用，直接影響學生的思考方式和實踐反饋。

然而，在面向未來科技和產業變革的新工科背景下，尤其是產學研人才教育新階段，現有信號與電路實驗課程教學中在知識銜接、課程有效性及思政引導方面仍存在不足[4]。因此，開展信號與電路實驗教學改革研究及實踐對滿足新時期人才培養需求意義重大。

針對以上問題，課程組在原有前期理論課程教學及要求背景下，以智能車、電子設計、計算機軟件編程等多個教育部重點賽事為主要載體，圍繞“課堂拓展”“賽事驅動”核心指導，立足于蘇州大學未來科學與工程學院“本科科研”及“跨學科”大環境，對信號與電路實驗進行了針對性的復合式課程改革研究及實踐工作（框架如圖1所示） ，在進一步提高學生在教學過程主體參與及創造作用的同時充分發揮賽事及產業聯動效應，起到了良好教學效果。

1 教學過程存在的問題

當前信號與電路基礎實驗承接電路分析、模擬電路和信號與系統等先導性基礎課程，并引入數字信號處理和高頻電子線路等進階專業課程，對集成電路設計、機械電子工程和電子信息工程等專業學生的知識體系構建和能力培養具有重要作用[5]。然而，當前信號與電路實驗課程存在實踐性減弱和內容陳舊等問題，嚴重影響課程教學和學生培養效果，主要體現在以下幾個方面。

1） 課程前置課程銜接問題。信號與電路實驗旨在通過理論仿真和電路設計分析驗證前置課程的理論知識，并通過合理的實驗設計實現多個課程間的知識交匯，從而支撐知識體系的構建。但電工技術基礎、信號與系統等前置課程存在缺位、延后等問題，使得學生缺乏必要的理論基礎與實操能力。

2） 課程內容有效性低問題。多數高校的信號與電路實驗仍采用傳統的驗證性實驗，分別對穩態電路和線性系統進行教學。然而，這些驗證性實驗間前后關聯性不強，相互間也沒有圍繞恰當統一的學習目標，導致學生無法做到多課程理論知識與實踐操作的融會貫通，在繁雜的課程內容中迷失方向，不利于問題發現、思考、解決能力的培養。

3） 課程思政引導問題。在小康社會全面建成后，我國已全面進軍第二個百年目標宏偉藍圖。值此百年未有之大變局，我國面臨著復雜的國際形勢，先后遭遇以美國為首的西方利益群里的技術封鎖、經濟打壓、輿論戰爭及軍事威脅等挑戰。這就尤其需要各級教育機構，尤其高等院校，全面堅守立德樹人根本任務，加強學生思政引導及教育。

2 賽事驅動教學導入及引領

根據相關專業培養目標和畢業要求，信號與電路實驗課程的目標主要圍繞基本理論知識、實驗測試技術和科研思維習慣三個方面[6-7]，對電路和信號系統中涉及的基本理論及其實驗驗證相關部件、環節進行模擬分析及實驗驗證，并能夠運用現代仿真軟件與專業測試儀器完成調試測試，同時培養良好的問題發掘→ 假設→驗證→反饋→解決的嚴肅認真科學思維，達到轉變學生問題思維及培養科學解決問題能力目的。

除基本教學活動中的知識傳授外，課程目標的達成還需尤其注意與馬克思主義、辯證唯物主義思想的結合。可將信號與電路實驗中所蘊含的課程思政元素與賽事驅動下的課程目標深入有機融合，同步實現知識傳播、思政引導及產學教育目的。具體而言，可以充分挖掘最新的時政事件（如俄烏沖突、加沙戰爭等） 或科技發展時事（如華為通信設備、比亞迪新能源車技術等） 中的信號和控制技術水平。通過具體的無人機群體作戰、彈/炮導航、5G通信和芯片等熱點問題，引導學生思考課程內容與技術發展，了解當今復雜國際環境背景下的我國面臨的壓力與機遇，知道只有不斷發展才能保護家園、守護革命成果，鼓勵學生發奮學習、刻苦鉆研，以扎實的專業技術回報社會、回報祖國。

課程目標是具體教學工作的達成標準，具有明確性、抽象性、概括性和可評估性等特點。因此，課程目標一方面要符合學生培養方案要求，同時也要與時俱進，不斷融合創新，符合新工科背景下的人才培養需要[8-9]。另一方面，也要服務于具體引導出對于課程中相關信號調制、放大、傳輸及控制等內容，同時結合相關學科賽事，重點聯系信號電路基礎實驗課程內容，對不同功能單元進行模塊化、層次化介紹講解，引導學生進行問題選擇、任務分解、團隊合作等，提高學生開展自主學習。具體體現為：

1） 實踐動手能力目標。掌握信號與電路實驗涉及直流電源、信號源、示波器、頻譜分析儀等設備使用，會使用相關儀器進行電路系統的焊接及功率、幅頻、相頻及動態特性等參數測試測量。學會芯片電路等數據手冊閱讀，掌握電路板原理圖閱讀、繪制，能夠完成簡單印制電路板設計工作。

2） 知識能力目標。掌握電路和信號系統基本理論及其驗證方法，了解相關技術發展歷史及其在工程應用領域的主要作用與發展前景。掌握電路系統功能分解與模塊化設計的基本步驟，并能夠通過仿真與實測相互印證，對理論知識進行歸納。了解理想電路模型在實際應用中的限制，掌握耦合干擾、寄生電阻/ 容/感對電路性能影響的定性分析。

3） 素質及思政目標。引導學生對相關理論技術歷史及現狀展開思考，了解我國在技術領域遭受的艱難場景，引發學生辯證看待技術問題，培養其深度分析、不畏艱難、勇于攀登的科學家及工程師精神，建立嚴謹務實的思維素養，強化學生家國情懷與技術興國使命感。

3 賽事驅動教學方法改革

在賽事引導與多課程交叉的背景下，課程開展初期，學生尚未建立系統性思考和應用的習慣，對相關課程內容的理解和感悟不足，難以快速融入較大實踐課程內容。因此，在賽事引導課程交叉實踐教學過程中，更要注重教師的主導作用，否則將導致學生激情與興趣快速消退，產生厭學情緒，使得教學效果嚴重下降。

相較于傳統教學模式，大量相似課程及部分產業化相關內容的加入，使得賽事引導課程交叉實踐教學具有信息量更大、呈現方式更多種多樣的特點。這在一方面可提高課程教學的靈活性，給予授課教師更大的施展空間，但同時也給授課技能帶來了更大的考驗和要求。

以某電子設計大賽中的經典揚聲器初選賽題為例，其基本要求是通過仿真和調試等手段，設計并實現人類可聽頻段的線性放大系統，涉及線性系統評估、信號失真分析和功率放大電路等內容。可首先引入信號與系統，回顧線性系統定義及線性響應分析方法，實現對模擬電路等關鍵前置課程，重點引入線性系統、濾波器等內容，實現溫度信息采集，回顧自然信息到電信號轉換、奈奎斯特采樣、電路幅頻響應等概念或原理，開展“體溫采集-防疫防護”等結合實際生活工作，增強學生參與感；然后建立數據緩存與存儲，講解存儲器基本原理，探究不同類型存儲優缺點，回顧金屬氧化物場效應管基本原理并介紹其變形與應用，并科普SLC、MLC、TLC等固態硬盤存儲原理；以“攢機避坑小能手”為主題激發學生對專業及課程興趣；最后進行PCB設計制作，回顧放大電路、電壓轉換、動態反饋等電路知識，并開展個性化課堂比賽，激發學生成就感與榮譽感。如此以具體項目開展邏輯為主線，圍繞課程教學目標與計劃，結合多課程知識融合，著力具體生活現象或場景，充分調動學生積極性，極大提升教學效果。

課題組鼓勵并積極參與學生參與TI杯電子設計競賽、集成電路創新創業大賽、藍橋杯等各種學科競賽。近三年，課題組累計指導學科競賽超30人次，獲得電子設計大賽省級二等獎、集成電路創新創業大賽全國二等獎、機器人奧林匹克大賽全國三等獎，以及藍橋杯省級獎項十余次、國家級獎項4次，極大提升學生綜合能力。

4 賽事引領課程考核方式改革

課程考核是提升教學效果的重要手段，貫穿整個教學過程。以2023年春季學習為例，按照培養計劃要求，結合教學目標及內容，改變了傳統簡單實驗報告方式，轉而開展了半開放、全開放自擬題目綜合課程設計考核。課程教學開展過程中，更多地利用學生自我探索、教師干預矯正、學生團隊合作的方式，以信號與電路實驗基本課程內容為核心，探索電子設計競賽等學科競賽中綜合性研究及技術問題。最終以驗證性實驗報告、綜合設計實驗、期末團隊匯報為主體，以團隊成績與個人貢獻為標準綜合決定學生分數，全面開展合作模式下的多維度考評研究與實踐。

5 結束語

賽事引導的信號與電路實驗教學方法探索與實踐立足于產學研結合與多學科交叉，利用學科競賽作為學生學習的驅動力和實踐課程的指導，同時積極融入思政教學元素，建立合作模式下的多維度考核方式。這些措施切實提高了信號電路實踐教學的效率，增強了學生的學習主動性和效果，為學院和學校的實踐教學模式改革提供了經驗和借鑒，有效支撐了課程和學科建設。教學組進行了信號與電路基礎及數字信號處理課程的教學改革實驗。實踐表明，這一改革有效促進了課程教學過程，顯著提高了學生的上課積極性、知識掌握和動手能力。