基于“三維協(xié)同”的電子電路課程教學(xué)改革與創(chuàng)新實踐

［摘 要］隨著電子信息領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外高校紛紛對電子電路課程進行教學(xué)改革，以滿足新時代高素質(zhì)工程人才的需求。文章針對當前電子電路課程中存在的課程體系割裂、內(nèi)容滯后、教學(xué)方法單一及評價機制局限等教學(xué)“痛點”，提出了教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法創(chuàng)新、評價機制完善等“三維協(xié)同”的教學(xué)改革方案，包括引入自頂向下的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計理念、強化學(xué)科交叉深度融合、采用案例教學(xué)法與類比教學(xué)法、建立以全過程學(xué)業(yè)評價為核心的多維評價體系等策略。通過實施電子電路課程教學(xué)改革，高校可以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和實踐能力的高端人才，以滿足社會對復(fù)合型人才的需求。

［關(guān)鍵詞］電子電路課程；教學(xué)改革；案例教學(xué)；類比教學(xué)；多維評價體系

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）15-0051-05

黨的二十大報告指出，必須堅持科技是第一生產(chǎn)力，人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動力。新質(zhì)生產(chǎn)力是貫徹黨的二十大精神的重要動力之一，其特點是創(chuàng)新，核心是質(zhì)優(yōu)，本質(zhì)是先進生產(chǎn)力[1]。新質(zhì)生產(chǎn)力的引入將推動高等教育教學(xué)理念、內(nèi)容、方式、評價等方面的全方位創(chuàng)新性變革，為教學(xué)質(zhì)量的全面提升提供強大動力?。新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展離不開高素質(zhì)新型勞動者的培養(yǎng)。作為人才培養(yǎng)的主要途徑和關(guān)鍵陣地，課程與教學(xué)如何更好地滿足新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的需求？這需要通過課程與教學(xué)改革，優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)，整合升級課程資源，以合適的方法切實推動人才培養(yǎng)高質(zhì)量發(fā)展[2]。

電子電路課程主要包括模擬電子線路（以下簡稱模擬電路）和數(shù)字電路與邏輯設(shè)計（以下簡稱數(shù)字電路）兩門子課程，是高校電子信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為集成電路、5G通信技術(shù)、人工智能、機器人等領(lǐng)域高端科技人才的培養(yǎng)奠定堅實的硬件基礎(chǔ)。本文將分析電子電路課程存在的教學(xué)“痛點”，提出符合工程教育OBE理念的課程內(nèi)容、教學(xué)方法、評價方式“三維協(xié)同”的教學(xué)改革方案，為培養(yǎng)具備新時代創(chuàng)新能力和實踐能力的高素質(zhì)工程人才提供有力支撐。

一、“挑戰(zhàn)”——電子電路課程教學(xué)改革的國內(nèi)外研究進展

在電子信息領(lǐng)域，國內(nèi)外高校紛紛進行了課程更新和改革，以適應(yīng)快速發(fā)展的技術(shù)趨勢和學(xué)生的需求。國外高校如斯坦福大學(xué)對課程設(shè)置進行了改革，強調(diào)系統(tǒng)級概念而非孤立的器件設(shè)計，強化軟硬件聯(lián)系，更注重實踐應(yīng)用[3]。針對模擬電路課程，側(cè)重電子線路模型教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生用簡單模型分析復(fù)雜系統(tǒng)，同時以系統(tǒng)的觀點整合概念模型并分析系統(tǒng)設(shè)計。針對數(shù)字電路課程，以計算機系統(tǒng)為案例，貫穿課程始終，介紹數(shù)字硬軟件的設(shè)計和構(gòu)成，從晶體管設(shè)計門電路到只讀存儲器（ROM），進一步過渡到Verilog語言和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的使用，最終要求學(xué)生基于微序列器和外部存儲器設(shè)計一個整數(shù)運算器。麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機科學(xué)系則對模擬電路和數(shù)字電路兩門課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式進行了改革[4-5]。改革后的兩門課程完全采用實驗案例式教學(xué)模式，即從實踐到理論再到實踐的模式，引導(dǎo)學(xué)生通過實驗案例歸納模型、強化概念認知，并以此鼓勵學(xué)生探索創(chuàng)新。

與國外知名院校的課程體系改革相比，國內(nèi)清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校對電子信息類基礎(chǔ)平臺課程進行了重新整合和優(yōu)化，并提出了許多具有建設(shè)性的改革思路和意見[6]。這些高校借助智慧平臺、仿真平臺及學(xué)科競賽活動的開展，強化了“模數(shù)綜合型、復(fù)雜設(shè)計型、工程問題型、案例項目型”的教學(xué)改革。尤其是一些“雙一流”高校，借助“項目式”管理方式培養(yǎng)學(xué)生形成良好的研究意識和研究習(xí)慣，為他們今后從事科學(xué)研究奠定了堅實基礎(chǔ)，這是非常值得借鑒的方法。

二、“痛點”——電子電路課程存在的教學(xué)問題

當前，集成電路已進入后摩爾時代，器件尺寸逼近物理極限，電路性能觸及瓶頸，集成電路產(chǎn)業(yè)需突破極限開展技術(shù)革新。同時，人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、量子通信等一系列新概念、新技術(shù)蓬勃發(fā)展，為電子信息領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。新時代背景下，國家亟須培養(yǎng)具備復(fù)雜工程設(shè)計能力、真實問題解決能力、仿真工具開發(fā)能力和學(xué)科交叉融合能力的電子信息領(lǐng)域高端人才。為滿足這一需求，各高校需不斷調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，不斷革新教學(xué)模式。然而，電子電路課程在對這些能力進行培養(yǎng)時仍存在以下不足。

（一）傳統(tǒng)的電子電路課程內(nèi)容與教學(xué)模式缺乏系統(tǒng)性、實踐性

模擬電路和數(shù)字電路課程仍然保持相對封閉獨立的知識體系，部分教師仍按照傳統(tǒng)的基本電路分析到模擬電路再到數(shù)字電路的內(nèi)容順序進行講解，各個部分內(nèi)容之間的銜接和聯(lián)系不夠緊密。傳統(tǒng)的電子電路課程內(nèi)容偏重分析而忽視設(shè)計，強調(diào)單一模塊卻缺乏系統(tǒng)性；傳統(tǒng)的電子電路課程教學(xué)模式注重理論而輕視實踐，又囿于學(xué)科本域，未能實現(xiàn)交叉融合。這些問題使得學(xué)生復(fù)雜工程設(shè)計、真實問題解決、跨學(xué)科應(yīng)用等能力培養(yǎng)受到限制，且部分教師對固有教學(xué)模式較為依賴，教學(xué)改革難以有效推進[7-9]。

（二）引進的科研項目與其他學(xué)科融合的力度不強

高校倡導(dǎo)科教融合，但部分高校引進的科研項目內(nèi)容相對簡單，與其他學(xué)科融合的力度不強，學(xué)科與學(xué)科之間界限分明，與前沿科技結(jié)合不夠緊密[10]。

（三）課程考核忽略過程評價與學(xué)習(xí)成果評估

部分高校的課程考核方式仍以閉卷考試為主，評價方式更傾向于考查結(jié)果而忽略過程，未能關(guān)注在教師主導(dǎo)下以學(xué)生為主體的研究性學(xué)習(xí)過程，直接導(dǎo)致學(xué)生只注重理論應(yīng)試，而忽視研究性學(xué)習(xí)成果的評估，從而脫離了理論與實踐的結(jié)合[11]。

三、“三維協(xié)同”的電子電路課程教學(xué)改革

為了改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，電子電路課程的教學(xué)改革需從教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法創(chuàng)新和評價機制完善上“三維協(xié)同”，破除教學(xué)“痛點”，提升教學(xué)質(zhì)量。電子電路課程教學(xué)改革依托貝爾英才學(xué)院進行。該學(xué)院自2010年成立以來，始終致力于推動教育教學(xué)改革，被譽為教學(xué)與管理改革特區(qū)。作為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的榮譽學(xué)院，貝爾英才學(xué)院實施了選拔制、導(dǎo)師制、滾動制以及小班化、個性化、國際化的“三制三化”人才培養(yǎng)模式，為學(xué)生提供了更為精細化和個性化的教育。同時，依托小班化的研究性教學(xué)，貝爾英才學(xué)院積極開展了電子電路課程教學(xué)改革，進一步提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的創(chuàng)新能力。面向國家急需電子信息領(lǐng)域高端人才的現(xiàn)狀，課程團隊重點圍繞提升學(xué)生復(fù)雜工程設(shè)計能力、真實問題解決能力、仿真工具開發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)判能力、學(xué)科交叉融合能力及培養(yǎng)學(xué)生科技報國情懷實施電子電路課程教學(xué)改革，探索建立與教學(xué)內(nèi)容深度契合的課程思政案例庫，以期為國家培養(yǎng)電子信息類高端科技人才。

（一）“重組”——注重前沿、學(xué)科交叉，實施電子電路課程內(nèi)容改革

首先，將電子電路課程內(nèi)容從“以電路分析為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙韵到y(tǒng)設(shè)計為主”，推行自頂向下的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計理念，打破經(jīng)驗式設(shè)計傳統(tǒng)，對接行業(yè)應(yīng)用，為學(xué)生播下系統(tǒng)設(shè)計的種子。例如，在數(shù)字電路課程中引入自頂向下設(shè)計方法，即按照系統(tǒng)級→子系統(tǒng)級→部件級→元件級進行分層級設(shè)計。在整個設(shè)計過程中，應(yīng)盡量運用概念化（即抽象）方法對設(shè)計對象進行描述和分析，不急于考慮具體電路、元器件和工藝的實現(xiàn)，以抓住主要矛盾，避免糾纏于具體細節(jié)。該方法打破了傳統(tǒng)的按照元件級→部件級→子系統(tǒng)級→系統(tǒng)級進行層次設(shè)計的試湊法，可實現(xiàn)系統(tǒng)化、清晰易懂、可靠性高且可維護性好的設(shè)計。

其次，電子電路課程內(nèi)容更加注重前沿性，需引入Science、Nature等前沿期刊的最新進展和研究成果，如類腦計算、FPGA、憶阻器、深度學(xué)習(xí)等，并建立文獻閱讀庫。

再次，從行業(yè)前端、科研項目、學(xué)科競賽中挖掘知識點和案例，拓展電子電路課程內(nèi)容的廣度和深度，構(gòu)建全新的知識圖譜，尤其要對復(fù)雜工程設(shè)計、真實問題解決和仿真工具開發(fā)方面加以強化。此外，注重理論與實踐的有機融合，使學(xué)生在深入理解理論的同時提高解決實際問題的能力。

從次，電子電路課程內(nèi)容注重與交叉學(xué)科的融合，并與現(xiàn)代前沿科技接軌，如無線電通信、信息安全、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的前沿科技，為學(xué)生提供一個多維度、系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)體系。

最后，電子電路課程內(nèi)容注重與科研的融合。建立多學(xué)科項目—導(dǎo)師制科研團隊，利用科研反哺教學(xué)，將科研成果凝練成腦機接口、醫(yī)療診斷、能源優(yōu)化等電子電路課程教學(xué)案例，以提升學(xué)生的交叉融合能力。科教融合將使學(xué)生在職業(yè)生涯中更具競爭力，能夠勝任不同領(lǐng)域的工作。

（二）“內(nèi)化”——激發(fā)熱情、自主學(xué)習(xí)，實施電子電路課程教學(xué)方法改革

課程教師在課堂實施中側(cè)重問題導(dǎo)入、多維思考、團隊合作、問題升華，以期真正喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神，提升學(xué)生的產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)判能力。在教學(xué)方法上，以案例教學(xué)和類比教學(xué)為核心，激發(fā)學(xué)生的熱情，鼓勵學(xué)生主動探究。

案例教學(xué)是電子電路課程教學(xué)中一種非常重要的方法，但必須建立有深度、有交叉、有應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)案例庫。教師可從案例庫中選取合適的案例應(yīng)用在課堂教學(xué)中，引發(fā)學(xué)生深度思考、產(chǎn)生持續(xù)學(xué)習(xí)的欲望，最終幫助學(xué)生成為自主學(xué)習(xí)者。以電子密碼鎖的設(shè)計為例，教師引導(dǎo)學(xué)生通過自頂向下的設(shè)計方法，設(shè)計并運行一個具備設(shè)置密碼、退位操作、萬能密碼等功能的電子密碼鎖系統(tǒng)，具體設(shè)計要求包括密碼輸入、顯示、比較和輸出電平控制等模塊。學(xué)生將通過邏輯設(shè)計和硬件實現(xiàn)，掌握從算法流程圖到控制器、電路設(shè)計的完整流程。這樣的教學(xué)不僅強化了學(xué)生的數(shù)字邏輯設(shè)計技能，還培養(yǎng)了他們的系統(tǒng)設(shè)計思維和問題解決能力。

類比教學(xué)法是電子電路課程教學(xué)中另一種非常重要的方法。電子電路課程教學(xué)涉及大量的微觀世界知識，如原子中的電子——空穴的運動及其物理特性、PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成等，內(nèi)容抽象難懂。同時，其應(yīng)用場景如無線通信、信息加密等概念也較為深奧難懂。教師可以通過類比案例，讓知識點變得形象生動，將看不見摸不著的微觀知識精妙地講解清楚，讓學(xué)生更容易掌握課程的難點。例如，m序列信號發(fā)生器的應(yīng)用背景為碼分多址（CDMA）技術(shù)，為了清楚解釋這項技術(shù)，教師先把蜂窩內(nèi)基站和多個手機之間的通信類比成教室內(nèi)教師和多個學(xué)生的交流，生動形象地解釋了信號混疊現(xiàn)象。再用時間、房間和語言區(qū)分學(xué)生，分別類比時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和CDMA技術(shù)，用一種語言類比一個正交碼，清楚地解釋了CDMA技術(shù)的低功耗、大容量特點。

（三）“測維”——全面衡量、多維雷達，實施電子電路課程教學(xué)評價改革

為了滿足社會對多維綜合型人才的需求，課程團隊提出了全面改革電子電路課程教學(xué)評價的方案。該方案以全過程學(xué)業(yè)評價為核心，結(jié)合教學(xué)大綱制訂研究性教學(xué)實施方案，建立了科學(xué)規(guī)范的成績評定機制；加強過程性評價，通過全面衡量、多維雷達構(gòu)建以問題解決能力和學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)為核心的多維評價體系。

1.全面衡量：多維能力評價體系的構(gòu)建

構(gòu)建多維能力評價體系，需從復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計、問題總結(jié)凝練、硬件故障解決以及團隊協(xié)作等多個方面對學(xué)生進行全面考查。具體包括：（1）復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計能力。引導(dǎo)學(xué)生從理論學(xué)習(xí)走向?qū)嵺`，培養(yǎng)其在解決復(fù)雜技術(shù)問題中的創(chuàng)造性思維。（2）問題總結(jié)與凝練能力。在課程中加入前沿論文閱讀、小組討論、讀書報告、設(shè)計報告等環(huán)節(jié)，啟發(fā)學(xué)生提出創(chuàng)新解決方案。（3）硬件故障解決能力。設(shè)置針對實際硬件問題的解決任務(wù)，考查學(xué)生分析和解決問題的實踐能力。（4）團隊協(xié)作能力。通過團隊項目和團隊作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同工作、溝通合作及實現(xiàn)團隊目標的能力。

2.結(jié)合教學(xué)大綱：設(shè)計研究性教學(xué)評價方案

為確保教學(xué)改革目標的實現(xiàn)，課程團隊以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，整體設(shè)計了電子電路課程的研究性教學(xué)評價方案。具體如下：（1）課程目標導(dǎo)向。圍繞科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標，設(shè)計評價體系指標。（2）有序教學(xué)導(dǎo)向。依據(jù)不少于四項的具體教學(xué)環(huán)節(jié)及各環(huán)節(jié)的時間安排，確定評分權(quán)重、考核方式及階段性評價標準，確保過程性評價有序開展。（3）課程思政導(dǎo)向。考查教師是否在至少一個教學(xué)環(huán)節(jié)融入課程思政，實現(xiàn)課程思政教育和專業(yè)教學(xué)的深度融合。（4）鼓勵創(chuàng)新導(dǎo)向。考查教師是否能根據(jù)課程特點設(shè)計創(chuàng)新性、個性化的教學(xué)環(huán)節(jié)，避免過于依賴考勤、課堂提問等傳統(tǒng)評價方式。

3.科學(xué)規(guī)范：合理評定學(xué)生學(xué)習(xí)成績

電子電路課程過程評價的成績占總評成績的40%至60%。任課教師根據(jù)各環(huán)節(jié)的評價標準，采用動態(tài)評定方式對學(xué)生進行科學(xué)、合理的成績評定。具體包括：（1）項目過程評價。教師分別給出團隊成績和個人成績，以平衡小組合作與個人表現(xiàn)的關(guān)系。（2）動態(tài)評定機制。任課教師根據(jù)教學(xué)進度及各環(huán)節(jié)學(xué)生的表現(xiàn)動態(tài)評定平時成績，并及時向?qū)W生公布考核標準，以增強評價的透明度與指導(dǎo)性。（3）結(jié)合學(xué)科競賽與實踐激勵創(chuàng)新。學(xué)科競賽作為檢驗學(xué)生實踐能力的重要活動，被納入課程評價體系。同時，學(xué)校對在此項活動中表現(xiàn)突出的學(xué)生給予獎勵，并鼓勵學(xué)生將在競賽中遇到的問題反饋給教師，以便教師進一步強化教學(xué)內(nèi)容與學(xué)術(shù)前沿的結(jié)合。

四、結(jié)語

電子電路課程圍繞教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法創(chuàng)新和評價機制完善展開教學(xué)改革，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中內(nèi)容單一、方法固化、考核片面等“痛點”問題。通過在課程中引入前沿科技成果和復(fù)雜工程項目，實現(xiàn)學(xué)科交叉融合，“重組”教學(xué)內(nèi)容，強化理論與實踐的深度結(jié)合。在教學(xué)過程中采用案例教學(xué)法和類比教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，“內(nèi)化”教學(xué)方法，提升學(xué)生的問題解決能力和團隊協(xié)作意識。評價機制融入多維考核方式，以全過程學(xué)業(yè)評價為核心，建立起多維能力導(dǎo)向的評價體系，實現(xiàn)全面衡量。“三維協(xié)同”的電子電路課程教學(xué)改革，全面提升了課程的系統(tǒng)性、前沿性與實用性，增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，為新工科發(fā)展提供了有力支撐。

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［責任編輯：鐘 嵐］