以中國芯為主線的電路分析課程思政教學(xué)探索

0 引言

2016年習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，高校立身之本在于立德樹人。要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1。2020年5月28日教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，落實立德樹人根本任務(wù)，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂。全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，就是要寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀[2]。

電路分析作為集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程思政建設(shè)尤為重要。多年來，由于美國的技術(shù)封鎖，中國芯片產(chǎn)業(yè)受到了極大挑戰(zhàn)，發(fā)展“中國芯”成為必然趨勢。集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生肩負(fù)著建設(shè)“中國芯”的重任，如何激發(fā)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)“中國芯”技術(shù)難題，助力芯片強(qiáng)國建設(shè)的使命感和愛國情懷成為電路分析課程思政的一個重要方向。本次課程思政教學(xué)改革采用以理論教學(xué)、實驗教學(xué)、實踐教學(xué)為載體，以“中國芯”為主線的模式，使學(xué)生在認(rèn)識“中國芯”、學(xué)習(xí)“中國芯”、應(yīng)用“中國芯”和設(shè)計“中國芯”的過程中實現(xiàn)知識、能力和價值引領(lǐng)的協(xié)同發(fā)展。

1電路分析課程教學(xué)目標(biāo)

電路分析是研究電路理論的入門課程，以高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)為基礎(chǔ)，著重講述電路的基本概念、基本理論和基本分析方法，這些有助于培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；同時，該課程在培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識等方面具有其他課程不能替代的重要作用。電路分析課程的教學(xué)目標(biāo)主要包括以下幾個方面。

1.1 知識目標(biāo)

1）應(yīng)用電磁學(xué)概念，幫助學(xué)生理解抽象的電磁問題，掌握建立工程問題的電路模型的一般方法，掌握直流電路的各種分析方法。2）應(yīng)用微積分和微分方程理論，幫助學(xué)生掌握暫態(tài)過程的時域分析方法，理解暫態(tài)過程的基本規(guī)律。3）應(yīng)用相量表達(dá)，幫助學(xué)生掌握正弦電路的分析方法，理解正弦穩(wěn)態(tài)電路的基本規(guī)律，理解非正弦周期信號的分析和耦合電感、變壓器的原理與分析方法。

1.2 能力目標(biāo)

具備電路分析計算能力、知識綜合運用能力、抽象思維和邏輯思維能力。

1.3 思政目標(biāo)

1）激發(fā)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)“中國芯”技術(shù)難題，助力芯片強(qiáng)國建設(shè)的使命感和愛國情懷。

2）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高他們的分析問題和解決問題的能力。

3）培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感和誠信敬業(yè)、精益求精、團(tuán)結(jié)協(xié)作、遵紀(jì)守法的職業(yè)素養(yǎng)。

2電路分析課程思政教學(xué)實施

電路分析課程思政教學(xué)采用以理論教學(xué)、實驗教學(xué)、實踐教學(xué)[3]為載體，以“中國芯”為主線的教學(xué)模式。下面從理論、實驗和實踐教學(xué)三個方面分別闡述電路分析課程思政教學(xué)的具體實施情況。

2.1 理論教學(xué)

在理論教學(xué)部分，課程思政教學(xué)主要通過案例法實施，通過課堂講授的方式引入以“中國芯”為主線的思政案例。案例法是理論教學(xué)部分最直觀的思政教學(xué)方式，通過分享集成電路發(fā)展過程中的一些典型事例，直接把思政元素傳遞給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生了解行業(yè)知識的同時樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。但課堂上如果引入過多的思政案例必然會影響教學(xué)進(jìn)度的正常進(jìn)行，為此，在以“中國芯”思政案例為主線的前提下，采用多種教學(xué)方法、手段相結(jié)合的方式，在保證正常教學(xué)進(jìn)度的前提下使思政教育能夠充分滲透到教學(xué)中。

2.1. 1 案例法

1）確定思政元素。結(jié)合課程思政目標(biāo)提出六點思政元素：科學(xué)思維、創(chuàng)新精神、愛國情懷、工匠精神、規(guī)則意識、團(tuán)隊精神，如圖1所示。

2）確定切入知識點及思政案例。思政元素確定后，尋找課程內(nèi)容中的切入點，這要求任課教師對課程中的每個知識點都非常熟悉并深入理解，能仔細(xì)分析知識點背后是否隱藏著和思政元素相關(guān)的內(nèi)容。例如，在學(xué)習(xí)基爾霍夫電流定律（KCL）時，根據(jù)定律內(nèi)容可知電路中任何一條支路的電流，不管這條支路上連接的是什么元件，都必須滿足KCL，由該定律內(nèi)容可以引申到我們在工作、學(xué)習(xí)或生活中必須遵守法律法規(guī)、各項規(guī)章制度等，從而和思政元素中的規(guī)則意識關(guān)聯(lián)起來。教師要能為每個思政元素設(shè)計思政案例，電路分析課程中的思政案例以“中國芯”為主線，列舉了集成電路行業(yè)發(fā)展中的典型事例。表1為電路分析課程思政教學(xué)設(shè)計。

2.1.2啟發(fā)式教學(xué)法

通過啟發(fā)式教學(xué)法把學(xué)生被動聽課的傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體、問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式。例如，在學(xué)習(xí)網(wǎng)孔電流法時，傳統(tǒng)授課方式是教師通過簡單的推導(dǎo)得出網(wǎng)孔電流法通式，這容易導(dǎo)致學(xué)生對公式理解不深刻，做題時容易出現(xiàn)錯誤。采用啟發(fā)式教學(xué)法后，主動權(quán)交給了學(xué)生，網(wǎng)孔電流法的本質(zhì)是基爾霍夫電壓定律，引導(dǎo)學(xué)生通過該定律一步步自己去推導(dǎo)，這個過程加深了學(xué)生對最終通式的理解。通過這種方式，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.1.3 演示法

演示法可以讓學(xué)生直觀地看到結(jié)果，與啟發(fā)式教學(xué)法相結(jié)合，可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，把數(shù)學(xué)關(guān)系與電路規(guī)律聯(lián)系起來，學(xué)習(xí)用數(shù)學(xué)思想分析電路，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。例如，學(xué)習(xí)基爾霍夫電流定律時，引入仿真實驗，利用Multisim仿真軟件進(jìn)行演示[4]，如圖2所示。以電路中的一個結(jié)點 a 為例進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果顯示的與結(jié)點 a 相連的各支路電流值總結(jié)規(guī)律，然后改變電流探針方向繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生分析，逐步引導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)出基爾霍夫電流定律的具體內(nèi)容。

圖1電路分析課程思政目標(biāo)與思政元素

表1電路分析課程思政教學(xué)設(shè)計

圖2基爾霍夫電流定律仿真演示

2.1.4 小組討論法

電路分析這門課程的重點內(nèi)容之一就是電路分析方法，而電路分析方法種類繁多。以電阻電路為例，分析方法有支路電流法、回路電流法、結(jié)點電壓法、等效變換法等，同一個電路可以采用多種分析方法。通過小組討論的形式，同組同學(xué)可以給出不同的解題方法，形成不同思路的碰撞，從而培養(yǎng)學(xué)生從不同角度思考問題的科學(xué)思維。

2.2 實驗教學(xué)

實驗教學(xué)以課上講授的理論知識為基礎(chǔ)，輔以一定深度的擴(kuò)展知識，以Multisim仿真軟件為工具，將所學(xué)理論與實踐相結(jié)合。實驗教學(xué)以學(xué)生為主體，以小組的形式完成解析任務(wù)、制定方案、分工實施、撰寫報告。實驗任務(wù)基于芯片背景，探索芯片的基本組成單元晶體管的特性；了解運放芯片，應(yīng)用運放芯片設(shè)計電路。通過實驗項目，學(xué)生對芯片有了更多的認(rèn)識和理解，同時，完成實驗任務(wù)的過程培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，提高了他們分析問題、解決問題的能力。

實驗1探索受控源

晶體管（BJT、MOS管等）是構(gòu)成集成電路芯片的基本單元，一個很小的芯片內(nèi)部可能包含數(shù)以億計的晶體管。本實驗要求學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)了解BJT或MOS管的小信號模型和輸出特性，通過仿真軟件Multisim對其進(jìn)行仿真并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，找到晶體管小信號模型中的受控源。

實驗2一階濾波電路設(shè)計

利用RC或RL電路設(shè)計一階低通、高通濾波電路；選擇一種運放芯片，設(shè)計一種基于運放的一階低通、高通濾波電路，并對兩種電路的濾波效果進(jìn)行分析、比較。

2.3 實踐教學(xué)

2.3.1參加飛騰實驗室“中國芯”實訓(xùn)

飛騰實驗室是集成專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的培訓(xùn)基地，由飛騰信息技術(shù)有限公司的工程師和本專業(yè)教師共同開發(fā)培訓(xùn)項目。通過參與基于飛騰開發(fā)平臺的實訓(xùn)項目，學(xué)生的專業(yè)能力、自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問題的能力得到了極大提升。

2.3.2參加全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽

全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽是面向全國所有集成電路專業(yè)院校的賽事，旨在提升我國集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，比賽中學(xué)生可以接觸到集成電路行業(yè)最具價值的前沿技術(shù)。從開始報名到比賽結(jié)束，歷經(jīng)半年多的時間，在這個過程中，學(xué)生要組隊、了解賽題、學(xué)習(xí)相關(guān)知識、設(shè)計方案、分工合作、不斷調(diào)試優(yōu)化、撰寫報告等。通過參加比賽，學(xué)生的創(chuàng)新能力、分析解決問題的能力顯著提升，且在不斷優(yōu)化作品的過程中培養(yǎng)了精益求精的工匠精神，在團(tuán)隊一起努力奮戰(zhàn)的過程中培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作精神。

3電路分析課程思政教學(xué)效果

3.1學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力增強(qiáng)

學(xué)生由原來的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，內(nèi)驅(qū)力明顯增強(qiáng)。以2021級學(xué)生為例，學(xué)生的課堂參與度、積極性都非常高，期末成績優(yōu)秀，總評成績及格率達(dá) 92% ，優(yōu)秀率達(dá) 41% 。

3.2專業(yè)自豪感和責(zé)任感增強(qiáng)

學(xué)生創(chuàng)立了集智創(chuàng)芯協(xié)會，通過組織各類科創(chuàng)活動，激發(fā)團(tuán)結(jié)協(xié)作、銳意創(chuàng)新的精神。此外，學(xué)生還深入中小學(xué)校開展集成電路方向的科普活動，以此提升學(xué)生投身集成電路事業(yè)的自豪感和社會責(zé)任感。

3.3創(chuàng)新意識和團(tuán)隊精神增強(qiáng)

在飛騰實驗室的實訓(xùn)項目中，學(xué)生積極參與，努力探索，經(jīng)過不懈努力最終均獲得了工信部和飛騰信息技術(shù)有限公司頒發(fā)的證書。此外，有1/4的學(xué)生積極參加全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽等高水平學(xué)科競賽，均榮獲獎項。

4結(jié)束語

本文結(jié)合專業(yè)特色，對以“中國芯”為主線的電路分析課程思政教學(xué)進(jìn)行探索，引入科學(xué)思維、創(chuàng)新精神、愛國情懷、工匠精神、規(guī)則意識、團(tuán)隊精神等思政元素。從理論教學(xué)、實驗教學(xué)與實踐教學(xué)三個方面實施課程思政教學(xué)，取得了良好效果。

學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力增強(qiáng)，專業(yè)素養(yǎng)得到提高，助力芯片強(qiáng)國建設(shè)的使命感增強(qiáng)，為培養(yǎng)建設(shè)“中國芯”所需要的德才兼?zhèn)淙瞬诺於嘶A(chǔ)。

5 參考文獻(xiàn)

[1]習(xí)近平：把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程[EB/OL].（2016-12-08）[2024-07-26].http：//www.xinhuanet.com/politics/2016-12/08/c_1120082577.htm.

[2]教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的

通知[A/0L].（2020-06-05）[2024-07-26].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3]岳耀亮，楊穎，劉兆棟．三位一體“數(shù)字電子技術(shù)”課程思政教學(xué)探索［J].工業(yè)和信息化教育，2024（4）：68-72.

[4]趙全利，王霞，李會萍.Multisim電路設(shè)計與仿真：基于Multisiml4.O平臺[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：65.