課賽結合的“電子線路課程設計”教學改革與實踐

摘 要：“電子線路課程設計”是山東大學集成電路學院開設的一門承上啟下的專業必修課程，該課程綜合運用已學的理論知識完成一個獨立的設計，為后面的畢業設計打下基礎。本文針對課程的特點和目標，探討課賽結合模式在“電子線路課程設計”中的改革與實踐，從教學內容、教學方法和考核方式三個方面進行了教學改革，實踐證明，課賽結合模式不僅可以提高學生的實踐能力和增強創新意識，使更多的學生在比賽中獲得好成績，還為“電子線路課程設計”的教學提供了新的方向和方法，提高了整體的教學效果。

關鍵詞：電子線路課程設計；課賽結合；教學改革；實踐能力

隨著新工科建設［1］的推進和“六卓越一拔尖”計劃20［2］的實施，高校工程教育需要更加緊密地與產業發展相結合，培養能夠對接新產業、服務新經濟的新型工程科技人才。“電子線路課程設計”作為信息類、電類專業的核心課程，其教學改革勢在必行［34］。“電子線路課程設計”是山東大學集成電路學院的專業必修課，旨在通過公司化的項目管理模式，指導學生設計完成一個電子產品，幫助學生更快地適應將來從學校到公司的角色轉換。學生在該門課程之前的學習中已經進行了“電路基礎”“數字電路”“模擬電路和高頻電子線路”等理論課程的學習，通過課程對前述課程知識的綜合運用，可以鞏固和強化之前學過所有的理論。

隨著電子信息技術的飛速發展，社會對電子工程專業人才的需求日益增加，特別是具備扎實理論基礎、較強實踐能力和創新能力的高素質人才。然而，傳統電子線路課程設計教學往往存在理論與實踐脫節、學生學習興趣不高等問題。因此，探索一種既能激發學生學習興趣，又能有效提升其實踐能力和創新能力的教學模式顯得尤為重要。創新型比賽作為提升學生創新實踐的重要方式，正逐漸進入課堂，成為教學的有利方式［58］。本文提出了課賽結合的教學改革方案，旨在通過引入本學院專業相關的競賽題目，將課堂教學與實際應用緊密聯系，以課程為比賽的預練習，既可以提高學生的綜合能力，又可以提升思維能力和積累比賽經驗。

一、課程特點和教學目標

“電子線路課程設計”是集成電路設計與集成系統專業和微電子科學與工程專業的必修課，支持本科生自己選擇設計主題，自主完成設計的全過程，包括需求分析、產品說明、設計流程、技術報告、成品展示等。通過設計完成的過程，要求學生掌握設計電路、測試電路的基本方法，理解電路系統的性能指標和分析方法，能夠利用已學的理論知識分析和解決電子系統設計中的復雜工程問題，為后續畢業設計打下扎實的基礎。

課程內容既包括電子線路的理論基礎，如電路分析與設計原理，又強調實際應用，通過實驗和項目設計讓學生將理論知識應用于實際問題中。課程內容涉及多種電子元件和電路類型，要求學生掌握廣泛的知識，包括模擬電路、數字電路和混合信號電路等。學生在設計過程中常常需要展示創新思維，解決復雜問題時要運用創造力，設計具有獨特功能或優化性能的電路。這些特點使得“電子線路課程設計”不僅能幫助學生扎實掌握電子工程的基礎知識，還能培養他們的實際工程能力和創新能力。

“電子線路課程設計”旨在讓學生從設計目標到電路設計的完成，可以掌握根據電子電路設計目標，創新性地選取適當的器件、結構和設計流程，并能確定電路的實現方案。使學生能夠基于電子信息工程領域的基本原理，通過資料研究和不同方案比較，調研和分析各類電子線路的解決方案，并最終形成合適的方案。在電路的設計和完成過程中，培養學生的法律與環保意識，使學生能夠遵守工程職業道德和規范，并能理解集成電路工程師的職業性質和社會責任。通過項目合作、作品展示等，使學生能夠就電路設計完成中遇到的復雜問題進行有效溝通，并培養學生撰寫設計報告、陳述報告、語言表達的能力。電子設計競賽作為一種能夠有效激發學生創新能力和實踐能力的活動，不僅能讓學生在理論上得到扎實的基礎，還能在應用中提高自己的實踐能力，其已經成為課程改革的重要方向之一。

二、教學改革措施

（一）在教學內容上

首先，優化課堂內容，使課程內容與比賽要求對接。根據大學生電子設計競賽、大學生集成電路創新大賽等專業相關比賽的最新要求和行業發展趨勢，明確比賽對技能、知識、創新能力等方面的具體要求，調整課程內容，使課程內容直接服務于這些要求。將課程內容重新編排，優先教授與比賽緊密相關的核心知識點，同時保持知識體系的完整性，確保課堂內容的時效性和先進性。適當降低理論難度，增加實踐應用環節，針對比賽中的常見技能點（如電路設計、PCB布局布線、焊接調試等），在課堂上進行強化訓練，使課程內容更加貼近實際工程需求。

其次，強化實踐教學與競賽結合，直接在課堂上引入實際的競賽項目和案例。選取近三年的經典競賽題目作為課堂的項目和案例，模擬比賽環境，通過案例分析、討論和模擬操作等方式，讓學生在實踐中學習，將理論知識轉化為實際操作能力。將競賽項目分解為若干個小任務或子項目，每個任務都對應課程中的一個或多個知識點。通過引導學生逐步完成這些小任務，幫助他們掌握相關的知識和技能。根據比賽要求和學生的基本情況設置分層目標和基礎、進階、高級目標，確保不同水平的學生都能找到適合自己的挑戰點。

最后，模塊化課程內容，每個模塊圍繞一個明確的教學目標展開，促進學生分階段、有重點地學習。根據電子線路的不同應用領域，設置放大電路、濾波電路、數字電路等專業模塊，模塊化教學教材。每個模塊專注于特定的概念或技能，幫助學生建立扎實的電子基礎知識，培養基本的電路分析和設計能力，使學生能夠將基礎知識應用于實際的電路設計中，解決實際問題。通過這種分階段的學習方式，學生能夠更加深入地理解每個知識點，并在后續的模塊中將這些知識應用于更具挑戰性的任務和項目中，提升學生的綜合應用能力和創新能力。

（二）在教學方法上

首先，以學生自主學習為主，教師指導為輔。為了提高學生的主觀能動性，鼓勵學生自主提出創新方案，并完成設計與測試。要求學生在課前通過視頻講解、在線資料或閱讀教材等來學習理論知識，自主確定課程設計題目。在明確課程內容后，自行查閱資料確定開題報告，包括設計內容和設計的可行性分析，確保提前定好設計目標和學習計劃，有明確的自主學習任務單。課堂時間主要用于討論、解決問題和進行實際設計練習，通過實時討論、問題解答和小組活動等完成設計，提升課堂的互動性和參與感。教師更專注于指導實操、討論交流和解答疑惑，引導學生有序地進行自主學習，能夠充分利用課堂時間，提高教學效率。

其次，項目主導課程進程，以學生為中心，以競賽題目為項目內容，驅動學習過程。課程以小組為單位進行，模擬實際項目流程，通過共同完成項目，培養學生的團隊合作精神。通過分析案例中的設計思路、技術難點和解決方案等，幫助學生理解和掌握相關知識。在項目進行過程中遇到問題解決問題，激發學習興趣，提高實踐能力和解決問題的能力，同時總結經驗指導后續設計順利進行。項目實施過程中，教師提供必要的技術指導和經驗支持，引導學生進行有序的電路設計和電路測試，確保項目順利完成。在項目結束后，對整個設計完成情況和問題解決情況進行總結歸納，提煉出電路設計中的共性和規律，更有利于后續課程的學習和畢業設計的完成。

最后，開放實驗室提供充分的實驗條件供學生自主學習。開放模擬電路和數字電路實驗室，提供數字示波器、信號發生器、電源和萬用表等相關儀器，供學生設計、搭建和測試電路，學生能夠更深入地理解電子線路的原理和實際應用，更好地掌握電子線路的設計方法和技巧，圖1為開放實驗室的實景圖。開放實驗室為學生提供靈活、自主的學習環境，學生可以根據自己的課表和時間自由支配課程實踐的時間，學生有更多的時間和機會進行電路設計和調試。學生能在開放實驗室中應用知識和反饋及時，能迅速調整學習策略，從而可以更加細致和全面地完成課程設計任務，這有助于提高課程設計的整體質量和水平。

圖1 開放實驗室實景圖

（三）在考核方式上

首先，增加階段性考核內容，利用雨課堂分次反饋項目進展，使學生及時了解項目的進程和存在的問題，幫助他們認識到自己的優點和不足，有助于學生及時調整設計方案，糾正設計偏差，確保設計朝著預計的方向前進。同時老師可以及時了解每個設計的完成程度，關注學生的學習態度、學習習慣和創新能力等，及時給出反饋，可以根據考核結果調整課程內容、優化課程流程，以提高課程的效率和課程效果，使其更好地服務于學生的成長和發展。

其次，多元化考核方式，除了過程考核和項目成績，增加組長考核制度，即組長根據在項目進行中每個人的表現給出一個成績，綜合老師的成績和組長的成績給出最終的成績。注重對學生學習過程的評價，包括課堂表現、實驗完成情況、團隊協作情況等，以小組為單位進行項目可以增強學生之間的合作協調能力，組長比老師更了解每個人對項目的貢獻，組長責任制能更全面地評價課程進行中的表現，使考核更完善。

最后，結果導向式評價，參考比賽的考核機制，以項目結果為導向，評價學生的實踐能力和創新能力。通過學生在實際競賽中的成績作為課程評價的一個重要標準，了解學生的學習情況、實際需求和課程的教學成果，反饋課程效果，從而調整教學策略，提高教學質量。

三、改革成效

（一）課程反饋

采用以上改革措施完成了2021級—2022級的“電子線路課程設計”課程，取得了較好的結果，學生對教學評價更為積極，評教成績有所上升。學生的實踐創新能力和電路設計能力都有了一定的提升。2021級的學生已經基于課上的內容有了大學生電子設計競賽的獎項和國家大學生創新創業訓練計劃的獎項，2022級也在課上完成了一些往年競賽的題目，也有的自擬題目用于繼續參加比賽，表1為課上完成的一些比賽項目。

根據學生的反饋，95%以上的學生認為課賽結合，選用往年大賽的題目做課程題目，可以有效提升電路設計和測試能力，對個人發展十分有利；90%以上的學生認為課賽結合的教學模式可以為比賽做鋪墊，利用課程內容繼續服務比賽有效節省時間，提高課程效率；90%以上的學生認為開放實驗不僅利于課程的學習，對個人創新實踐能力和自主學習能力都有很大的幫助；90%以上的學生表示愿意采用這種課賽結合的方式完成“電子線路課程設計”這門課。

（二）課程總結

一是課程繼續服務后續比賽，學生可以利用課上的設計和電路繼續優化完善用于比賽，實驗室也對參加比賽的學生開放，提供足夠的設計環境，爭取更多的學生可以在比賽中獲得好成績。二是整理課程資料，將課上涉及比較頻繁的電路和設計納入明年的教學內容中，根據學生的反饋重新安排課程內容，課上完成比較好的設計作為明年的教學案例，擴大課程案例庫。三是課程總結，對今年的所有項目的開題、中期、結題、技術報告、軟硬件工程進行全面的梳理和總結，歸類存檔，反思教學環節存在的問題，思考解決對策，修改和完成教學內容和教學方法，今后會進一步完善這一模式，以期為學生提供更優質的學習體驗，并為其他學科的教學改革提供有益的借鑒。

結語

課賽結合的教學模式通過將“電子線路課程設計”的理論教學與實踐競賽有機結合，充分發揮了競賽的激勵作用和實踐性，顯著提升了學生的工程能力和創新意識，從而加深對“電子線路設計”課程的理解與掌握。實踐證明，該模式不僅能有效彌補傳統教學中的不足，還能促進學生綜合能力的全面提升，也為教師提供了新的教學思路和方法，使教學過程更加生動和有趣。隨著教學改革的深入和科技的發展，還需要進一步優化和完善課賽結合模式，為電子工程教育的發展提供有力支持。

參考文獻：

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作者簡介：亓海鳳（1992— ），女，漢族，山東濟南人，碩士研究生，實驗師，研究方向為集成電路設計、人工智能。