課賽結(jié)合的“電子線路課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革與實(shí)踐

摘 要：“電子線路課程設(shè)計(jì)”是山東大學(xué)集成電路學(xué)院開設(shè)的一門承上啟下的專業(yè)必修課程，該課程綜合運(yùn)用已學(xué)的理論知識(shí)完成一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)，為后面的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本文針對(duì)課程的特點(diǎn)和目標(biāo)，探討課賽結(jié)合模式在“電子線路課程設(shè)計(jì)”中的改革與實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式三個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革，實(shí)踐證明，課賽結(jié)合模式不僅可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，使更多的學(xué)生在比賽中獲得好成績(jī)，還為“電子線路課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)提供了新的方向和方法，提高了整體的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電子線路課程設(shè)計(jì)；課賽結(jié)合；教學(xué)改革；實(shí)踐能力

隨著新工科建設(shè)［1］的推進(jìn)和“六卓越一拔尖”計(jì)劃20［2］的實(shí)施，高校工程教育需要更加緊密地與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合，培養(yǎng)能夠?qū)有庐a(chǎn)業(yè)、服務(wù)新經(jīng)濟(jì)的新型工程科技人才。“電子線路課程設(shè)計(jì)”作為信息類、電類專業(yè)的核心課程，其教學(xué)改革勢(shì)在必行［34］。“電子線路課程設(shè)計(jì)”是山東大學(xué)集成電路學(xué)院的專業(yè)必修課，旨在通過公司化的項(xiàng)目管理模式，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)完成一個(gè)電子產(chǎn)品，幫助學(xué)生更快地適應(yīng)將來從學(xué)校到公司的角色轉(zhuǎn)換。學(xué)生在該門課程之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)進(jìn)行了“電路基礎(chǔ)”“數(shù)字電路”“模擬電路和高頻電子線路”等理論課程的學(xué)習(xí)，通過課程對(duì)前述課程知識(shí)的綜合運(yùn)用，可以鞏固和強(qiáng)化之前學(xué)過所有的理論。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電子工程專業(yè)人才的需求日益增加，特別是具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。然而，傳統(tǒng)電子線路課程設(shè)計(jì)教學(xué)往往存在理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等問題。因此，探索一種既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又能有效提升其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式顯得尤為重要。創(chuàng)新型比賽作為提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的重要方式，正逐漸進(jìn)入課堂，成為教學(xué)的有利方式［58］。本文提出了課賽結(jié)合的教學(xué)改革方案，旨在通過引入本學(xué)院專業(yè)相關(guān)的競(jìng)賽題目，將課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用緊密聯(lián)系，以課程為比賽的預(yù)練習(xí)，既可以提高學(xué)生的綜合能力，又可以提升思維能力和積累比賽經(jīng)驗(yàn)。

一、課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)

“電子線路課程設(shè)計(jì)”是集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)和微電子科學(xué)與工程專業(yè)的必修課，支持本科生自己選擇設(shè)計(jì)主題，自主完成設(shè)計(jì)的全過程，包括需求分析、產(chǎn)品說明、設(shè)計(jì)流程、技術(shù)報(bào)告、成品展示等。通過設(shè)計(jì)完成的過程，要求學(xué)生掌握設(shè)計(jì)電路、測(cè)試電路的基本方法，理解電路系統(tǒng)的性能指標(biāo)和分析方法，能夠利用已學(xué)的理論知識(shí)分析和解決電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜工程問題，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

課程內(nèi)容既包括電子線路的理論基礎(chǔ)，如電路分析與設(shè)計(jì)原理，又強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)讓學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題中。課程內(nèi)容涉及多種電子元件和電路類型，要求學(xué)生掌握廣泛的知識(shí)，包括模擬電路、數(shù)字電路和混合信號(hào)電路等。學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中常常需要展示創(chuàng)新思維，解決復(fù)雜問題時(shí)要運(yùn)用創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)具有獨(dú)特功能或優(yōu)化性能的電路。這些特點(diǎn)使得“電子線路課程設(shè)計(jì)”不僅能幫助學(xué)生扎實(shí)掌握電子工程的基礎(chǔ)知識(shí)，還能培養(yǎng)他們的實(shí)際工程能力和創(chuàng)新能力。

“電子線路課程設(shè)計(jì)”旨在讓學(xué)生從設(shè)計(jì)目標(biāo)到電路設(shè)計(jì)的完成，可以掌握根據(jù)電子電路設(shè)計(jì)目標(biāo)，創(chuàng)新性地選取適當(dāng)?shù)钠骷⒔Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)流程，并能確定電路的實(shí)現(xiàn)方案。使學(xué)生能夠基于電子信息工程領(lǐng)域的基本原理，通過資料研究和不同方案比較，調(diào)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(shè)計(jì)和完成過程中，培養(yǎng)學(xué)生的法律與環(huán)保意識(shí)，使學(xué)生能夠遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，并能理解集成電路工程師的職業(yè)性質(zhì)和社會(huì)責(zé)任。通過項(xiàng)目合作、作品展示等，使學(xué)生能夠就電路設(shè)計(jì)完成中遇到的復(fù)雜問題進(jìn)行有效溝通，并培養(yǎng)學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、陳述報(bào)告、語言表達(dá)的能力。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽作為一種能夠有效激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的活動(dòng)，不僅能讓學(xué)生在理論上得到扎實(shí)的基礎(chǔ)，還能在應(yīng)用中提高自己的實(shí)踐能力，其已經(jīng)成為課程改革的重要方向之一。

二、教學(xué)改革措施

（一）在教學(xué)內(nèi)容上

首先，優(yōu)化課堂內(nèi)容，使課程內(nèi)容與比賽要求對(duì)接。根據(jù)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大學(xué)生集成電路創(chuàng)新大賽等專業(yè)相關(guān)比賽的最新要求和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，明確比賽對(duì)技能、知識(shí)、創(chuàng)新能力等方面的具體要求，調(diào)整課程內(nèi)容，使課程內(nèi)容直接服務(wù)于這些要求。將課程內(nèi)容重新編排，優(yōu)先教授與比賽緊密相關(guān)的核心知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)保持知識(shí)體系的完整性，確保課堂內(nèi)容的時(shí)效性和先進(jìn)性。適當(dāng)降低理論難度，增加實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，針對(duì)比賽中的常見技能點(diǎn)（如電路設(shè)計(jì)、PCB布局布線、焊接調(diào)試等），在課堂上進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，使課程內(nèi)容更加貼近實(shí)際工程需求。

其次，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)與競(jìng)賽結(jié)合，直接在課堂上引入實(shí)際的競(jìng)賽項(xiàng)目和案例。選取近三年的經(jīng)典競(jìng)賽題目作為課堂的項(xiàng)目和案例，模擬比賽環(huán)境，通過案例分析、討論和模擬操作等方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作能力。將競(jìng)賽項(xiàng)目分解為若干個(gè)小任務(wù)或子項(xiàng)目，每個(gè)任務(wù)都對(duì)應(yīng)課程中的一個(gè)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。通過引導(dǎo)學(xué)生逐步完成這些小任務(wù)，幫助他們掌握相關(guān)的知識(shí)和技能。根據(jù)比賽要求和學(xué)生的基本情況設(shè)置分層目標(biāo)和基礎(chǔ)、進(jìn)階、高級(jí)目標(biāo)，確保不同水平的學(xué)生都能找到適合自己的挑戰(zhàn)點(diǎn)。

最后，模塊化課程內(nèi)容，每個(gè)模塊圍繞一個(gè)明確的教學(xué)目標(biāo)展開，促進(jìn)學(xué)生分階段、有重點(diǎn)地學(xué)習(xí)。根據(jù)電子線路的不同應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)置放大電路、濾波電路、數(shù)字電路等專業(yè)模塊，模塊化教學(xué)教材。每個(gè)模塊專注于特定的概念或技能，幫助學(xué)生建立扎實(shí)的電子基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)基本的電路分析和設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生能夠?qū)⒒A(chǔ)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，解決實(shí)際問題。通過這種分階段的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生能夠更加深入地理解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并在后續(xù)的模塊中將這些知識(shí)應(yīng)用于更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)和項(xiàng)目中，提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

（二）在教學(xué)方法上

首先，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師指導(dǎo)為輔。為了提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生自主提出創(chuàng)新方案，并完成設(shè)計(jì)與測(cè)試。要求學(xué)生在課前通過視頻講解、在線資料或閱讀教材等來學(xué)習(xí)理論知識(shí)，自主確定課程設(shè)計(jì)題目。在明確課程內(nèi)容后，自行查閱資料確定開題報(bào)告，包括設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)的可行性分析，確保提前定好設(shè)計(jì)目標(biāo)和學(xué)習(xí)計(jì)劃，有明確的自主學(xué)習(xí)任務(wù)單。課堂時(shí)間主要用于討論、解決問題和進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)練習(xí)，通過實(shí)時(shí)討論、問題解答和小組活動(dòng)等完成設(shè)計(jì)，提升課堂的互動(dòng)性和參與感。教師更專注于指導(dǎo)實(shí)操、討論交流和解答疑惑，引導(dǎo)學(xué)生有序地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，能夠充分利用課堂時(shí)間，提高教學(xué)效率。

其次，項(xiàng)目主導(dǎo)課程進(jìn)程，以學(xué)生為中心，以競(jìng)賽題目為項(xiàng)目?jī)?nèi)容，驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)過程。課程以小組為單位進(jìn)行，模擬實(shí)際項(xiàng)目流程，通過共同完成項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。通過分析案例中的設(shè)計(jì)思路、技術(shù)難點(diǎn)和解決方案等，幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)知識(shí)。在項(xiàng)目進(jìn)行過程中遇到問題解決問題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)踐能力和解決問題的能力，同時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)順利進(jìn)行。項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師提供必要的技術(shù)指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)支持，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有序的電路設(shè)計(jì)和電路測(cè)試，確保項(xiàng)目順利完成。在項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)完成情況和問題解決情況進(jìn)行總結(jié)歸納，提煉出電路設(shè)計(jì)中的共性和規(guī)律，更有利于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成。

最后，開放實(shí)驗(yàn)室提供充分的實(shí)驗(yàn)條件供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。開放模擬電路和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室，提供數(shù)字示波器、信號(hào)發(fā)生器、電源和萬用表等相關(guān)儀器，供學(xué)生設(shè)計(jì)、搭建和測(cè)試電路，學(xué)生能夠更深入地理解電子線路的原理和實(shí)際應(yīng)用，更好地掌握電子線路的設(shè)計(jì)方法和技巧，圖1為開放實(shí)驗(yàn)室的實(shí)景圖。開放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供靈活、自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以根據(jù)自己的課表和時(shí)間自由支配課程實(shí)踐的時(shí)間，學(xué)生有更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試。學(xué)生能在開放實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用知識(shí)和反饋及時(shí)，能迅速調(diào)整學(xué)習(xí)策略，從而可以更加細(xì)致和全面地完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，這有助于提高課程設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量和水平。

圖1 開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)景圖

（三）在考核方式上

首先，增加階段性考核內(nèi)容，利用雨課堂分次反饋項(xiàng)目進(jìn)展，使學(xué)生及時(shí)了解項(xiàng)目的進(jìn)程和存在的問題，幫助他們認(rèn)識(shí)到自己的優(yōu)點(diǎn)和不足，有助于學(xué)生及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，糾正設(shè)計(jì)偏差，確保設(shè)計(jì)朝著預(yù)計(jì)的方向前進(jìn)。同時(shí)老師可以及時(shí)了解每個(gè)設(shè)計(jì)的完成程度，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣和創(chuàng)新能力等，及時(shí)給出反饋，可以根據(jù)考核結(jié)果調(diào)整課程內(nèi)容、優(yōu)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(wù)于學(xué)生的成長(zhǎng)和發(fā)展。

其次，多元化考核方式，除了過程考核和項(xiàng)目成績(jī)，增加組長(zhǎng)考核制度，即組長(zhǎng)根據(jù)在項(xiàng)目進(jìn)行中每個(gè)人的表現(xiàn)給出一個(gè)成績(jī)，綜合老師的成績(jī)和組長(zhǎng)的成績(jī)給出最終的成績(jī)。注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，包括課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)完成情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況等，以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目可以增強(qiáng)學(xué)生之間的合作協(xié)調(diào)能力，組長(zhǎng)比老師更了解每個(gè)人對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)，組長(zhǎng)責(zé)任制能更全面地評(píng)價(jià)課程進(jìn)行中的表現(xiàn)，使考核更完善。

最后，結(jié)果導(dǎo)向式評(píng)價(jià)，參考比賽的考核機(jī)制，以項(xiàng)目結(jié)果為導(dǎo)向，評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。通過學(xué)生在實(shí)際競(jìng)賽中的成績(jī)作為課程評(píng)價(jià)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、實(shí)際需求和課程的教學(xué)成果，反饋課程效果，從而調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)質(zhì)量。

三、改革成效

（一）課程反饋

采用以上改革措施完成了2021級(jí)—2022級(jí)的“電子線路課程設(shè)計(jì)”課程，取得了較好的結(jié)果，學(xué)生對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)更為積極，評(píng)教成績(jī)有所上升。學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和電路設(shè)計(jì)能力都有了一定的提升。2021級(jí)的學(xué)生已經(jīng)基于課上的內(nèi)容有了大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的獎(jiǎng)項(xiàng)和國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的獎(jiǎng)項(xiàng)，2022級(jí)也在課上完成了一些往年競(jìng)賽的題目，也有的自擬題目用于繼續(xù)參加比賽，表1為課上完成的一些比賽項(xiàng)目。

根據(jù)學(xué)生的反饋，95%以上的學(xué)生認(rèn)為課賽結(jié)合，選用往年大賽的題目做課程題目，可以有效提升電路設(shè)計(jì)和測(cè)試能力，對(duì)個(gè)人發(fā)展十分有利；90%以上的學(xué)生認(rèn)為課賽結(jié)合的教學(xué)模式可以為比賽做鋪墊，利用課程內(nèi)容繼續(xù)服務(wù)比賽有效節(jié)省時(shí)間，提高課程效率；90%以上的學(xué)生認(rèn)為開放實(shí)驗(yàn)不僅利于課程的學(xué)習(xí)，對(duì)個(gè)人創(chuàng)新實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力都有很大的幫助；90%以上的學(xué)生表示愿意采用這種課賽結(jié)合的方式完成“電子線路課程設(shè)計(jì)”這門課。

（二）課程總結(jié)

一是課程繼續(xù)服務(wù)后續(xù)比賽，學(xué)生可以利用課上的設(shè)計(jì)和電路繼續(xù)優(yōu)化完善用于比賽，實(shí)驗(yàn)室也對(duì)參加比賽的學(xué)生開放，提供足夠的設(shè)計(jì)環(huán)境，爭(zhēng)取更多的學(xué)生可以在比賽中獲得好成績(jī)。二是整理課程資料，將課上涉及比較頻繁的電路和設(shè)計(jì)納入明年的教學(xué)內(nèi)容中，根據(jù)學(xué)生的反饋重新安排課程內(nèi)容，課上完成比較好的設(shè)計(jì)作為明年的教學(xué)案例，擴(kuò)大課程案例庫。三是課程總結(jié)，對(duì)今年的所有項(xiàng)目的開題、中期、結(jié)題、技術(shù)報(bào)告、軟硬件工程進(jìn)行全面的梳理和總結(jié)，歸類存檔，反思教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，思考解決對(duì)策，修改和完成教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，今后會(huì)進(jìn)一步完善這一模式，以期為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并為其他學(xué)科的教學(xué)改革提供有益的借鑒。

結(jié)語

課賽結(jié)合的教學(xué)模式通過將“電子線路課程設(shè)計(jì)”的理論教學(xué)與實(shí)踐競(jìng)賽有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮了競(jìng)賽的激勵(lì)作用和實(shí)踐性，顯著提升了學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識(shí)，從而加深對(duì)“電子線路設(shè)計(jì)”課程的理解與掌握。實(shí)踐證明，該模式不僅能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，還能促進(jìn)學(xué)生綜合能力的全面提升，也為教師提供了新的教學(xué)思路和方法，使教學(xué)過程更加生動(dòng)和有趣。隨著教學(xué)改革的深入和科技的發(fā)展，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善課賽結(jié)合模式，為電子工程教育的發(fā)展提供有力支持。

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作者簡(jiǎn)介：亓海鳳（1992— ），女，漢族，山東濟(jì)南人，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)、人工智能。