夏益民 蔡述庭 楊 健 謝 云 陳梅云

(1. 廣東工業(yè)大學(xué) 集成電路學(xué)院， 廣州 510006)(2. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 廣州 510006)

自2016年6月加入了《華盛頓協(xié)議》以后，中國也開始了與國際實(shí)質(zhì)性等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。傳統(tǒng)教育方式強(qiáng)調(diào)內(nèi)容驅(qū)動(dòng)和投入導(dǎo)向。工程教育認(rèn)證是對(duì)教育范式的革新，遵循三大基本理念：成果導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)[1]。這些理念對(duì)提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量、推動(dòng)工程教育專業(yè)建設(shè)，具有很好的指導(dǎo)作用[2]。

近幾年工程教育專業(yè)認(rèn)證，業(yè)界得出一個(gè)普遍共識(shí)：課堂教學(xué)是當(dāng)前工程教育改革的“最后一公里軟肋”。全面展開課堂改革的過程，其實(shí)也就是準(zhǔn)備專業(yè)認(rèn)證的過程[3]。

“模擬電子技術(shù)”是電氣工程、自動(dòng)化、電子等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。目前在該課程教學(xué)中存在以教師為中心、理論與實(shí)踐聯(lián)系不夠緊密、缺乏持續(xù)改進(jìn)機(jī)制等問題。因此，作為以培養(yǎng)人才為主要職能的高校，在強(qiáng)調(diào)工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下，如何基于“模擬電子技術(shù)”課程，突出需求牽引，實(shí)現(xiàn)課程的綜合改革和持續(xù)改進(jìn)以有效提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 傳統(tǒng)“模擬電子技術(shù)”教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)跟不上產(chǎn)業(yè)需求與技術(shù)發(fā)展

工程教育專業(yè)認(rèn)證突出成果導(dǎo)向，采用以需求為導(dǎo)向決定人才培養(yǎng)目標(biāo)的逆向設(shè)計(jì)，再根據(jù)目標(biāo)設(shè)置畢業(yè)要求和課程體系[1]。行業(yè)與用人單位，對(duì)所聘用人才素質(zhì)能力的需求，很大程度上決定了專業(yè)教育的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)[4]。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代和科技的發(fā)展，“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)，存在著教學(xué)內(nèi)容脫離實(shí)際應(yīng)用、課時(shí)有限導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容難以拓展等問題[5]。針對(duì)上述問題，如何在教學(xué)工作中更好地對(duì)接產(chǎn)業(yè)需求，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展；如何在有限的課時(shí)內(nèi)使學(xué)生不僅能夠掌握理論教學(xué)的根本和深度，而且能夠具備實(shí)踐和創(chuàng)新能力，已成為教學(xué)研究的重點(diǎn)[6]。

1.2 以教師為中心難以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)性

我國的工程教育專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)，貫徹以學(xué)生為中心的理念，設(shè)置了學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資力量和支持條件等七個(gè)指標(biāo)。其中學(xué)生是第一指標(biāo)[7-8]。

學(xué)生對(duì)以教師為中心、講授為主的課堂學(xué)習(xí)興趣不高，影響課堂教學(xué)效果及教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，因?yàn)閷W(xué)時(shí)有限，為了鞏固課堂效果，教師只能布置大量作業(yè)，學(xué)生的大量時(shí)間浪費(fèi)在分析、計(jì)算上。

傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)以基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，采取老師課堂講解演示、學(xué)生重復(fù)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生只需在實(shí)驗(yàn)箱上完成規(guī)定實(shí)驗(yàn)的線路連接、數(shù)據(jù)/波形測(cè)試，工程實(shí)踐能力沒有得到很好的培養(yǎng)[9]。

1.3 缺乏對(duì)學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督與考核

根據(jù)《中國工程教育專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)》，“持續(xù)改進(jìn)”(第四節(jié))部分，要求建立教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制，明確各主要教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求，并應(yīng)該定期評(píng)價(jià)課程質(zhì)量和課程體系設(shè)置。

以平時(shí)成績?yōu)檩o、閉卷考試成績?yōu)橹鞯膫鹘y(tǒng)考核方式，缺乏對(duì)過程進(jìn)行有效檢測(cè)的機(jī)制。平時(shí)成績包括出勤和作業(yè)。出勤情況只能反映學(xué)生是否到堂上課，而不能反映他們是否認(rèn)真聽講和思考問題。同樣，交上來的作業(yè)也很難反映學(xué)生是否認(rèn)真解答。此外，以閉卷考試成績?yōu)橹鞯目己朔绞?，容易助長學(xué)生平時(shí)散漫考前突擊的風(fēng)氣[6]。

這種以結(jié)果為中心的評(píng)價(jià)方式缺乏過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，功利導(dǎo)向明顯。成績?cè)u(píng)價(jià)只重視學(xué)生對(duì)大綱要求知識(shí)點(diǎn)的掌握，知識(shí)與能力脫節(jié)，難以充分反映學(xué)生的實(shí)際能力情況[10]。

綜上所述，“模擬電子技術(shù)”課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式不能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，難以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求。因此，改革勢(shì)在必行。

2 實(shí)行成果導(dǎo)向改革教學(xué)內(nèi)容

2.1 適應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容

“模擬電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容應(yīng)根據(jù)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化[6]。有必要：①減少由分立元件構(gòu)成的電路內(nèi)容。分立元件組成的單元電路是集成電路的基礎(chǔ)，在課時(shí)有限的情況下，課堂教學(xué)中可以刪減復(fù)雜的多級(jí)放大電路和電流源電路等內(nèi)容[11]。②補(bǔ)充實(shí)際集成運(yùn)算放大器應(yīng)用知識(shí)。傳統(tǒng)教學(xué)中偏重于理想集成運(yùn)放的應(yīng)用，與實(shí)際情況差異較大，需要補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)。③調(diào)整三極管和場效應(yīng)管角色。場效應(yīng)管因其具有功耗小、容易集成等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。場效應(yīng)管逐漸取代或者至少處于不弱于三極管的位置，成為“模擬電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容的變化趨勢(shì)。

2.2 以課程思政建設(shè)增強(qiáng)專業(yè)自豪感

電子技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)實(shí)踐不斷深化理論、理論持續(xù)引領(lǐng)實(shí)踐的科技創(chuàng)新發(fā)展歷程[6]。從1785年，庫侖確定了電荷間的相互作用力開始，到1975年，超大規(guī)模集成電路誕生。隨著集成電路的發(fā)展，我國的科技也取得輝煌的成果。北斗衛(wèi)星、神州航天、5G通信、高鐵、量子通信……都是中國的核心技術(shù)，這些科技成果都離不開電子技術(shù)的基礎(chǔ)。通過簡要介紹電子技術(shù)的發(fā)展歷程，適時(shí)講解科學(xué)家的奮斗故事，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和進(jìn)取心，并可以鼓勵(lì)學(xué)生的自信心和創(chuàng)新發(fā)明的興趣沖動(dòng)。通過呈現(xiàn)一代又一代科學(xué)家的接力奮進(jìn)，展示中國科技發(fā)展迄今取得的輝煌成就，鼓勵(lì)年輕一代肩負(fù)使命，致力于科技創(chuàng)新，為早日實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興作出貢獻(xiàn)[12]。

3 推動(dòng)以學(xué)生為中心改革教學(xué)方法

3.1 運(yùn)用多種教學(xué)手段實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂

圖1為混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。教師主導(dǎo)教學(xué)過程，課前在線推送視頻、預(yù)習(xí)要求等，課中讓教學(xué)活動(dòng)更加有效，課后及時(shí)評(píng)價(jià)反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況。學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體，課前需要完成相關(guān)預(yù)習(xí)要求，課上采取小組合作等方式積極主動(dòng)探究問題，課后通過作業(yè)等對(duì)所學(xué)知識(shí)予以鞏固和提高[13]。

“模擬電子技術(shù)”課程應(yīng)根據(jù)不同內(nèi)容的特點(diǎn)，綜合采用多種形式的教學(xué)手段，以達(dá)到最佳效果。綜合運(yùn)用慕課、雨教室等教學(xué)手段，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的過程如圖2所示。具體實(shí)施階段如下：

課前階段：教師通過雨課堂發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，并組織學(xué)生通過課程組制作的慕課自主預(yù)習(xí)。

圖1 混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

圖2 混合式教學(xué)組織實(shí)施過程

課中階段：保留部分時(shí)間作傳統(tǒng)講授式教學(xué)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)中的重點(diǎn)、要點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行講解，采用“提出問題→討論問題→給出結(jié)論”的啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)方式。通過隨機(jī)提問和雨課堂發(fā)布課堂測(cè)試等方式，了解學(xué)生是否認(rèn)真自學(xué)及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，從而及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度。留出部分時(shí)間讓學(xué)生分組談?wù)摚餍〗M整合討論成果并與其它小組交流，最后由教師點(diǎn)評(píng)各小組匯報(bào)內(nèi)容。

課后階段：通過雨課堂發(fā)布課后作業(yè)和測(cè)試題，學(xué)生在線提交教師在線批改，學(xué)生根據(jù)結(jié)果對(duì)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，教師根據(jù)完成情況進(jìn)行評(píng)估和反思，相應(yīng)調(diào)整下一輪的教學(xué)安排。

綜合運(yùn)用慕課、雨課堂等多種教學(xué)手段實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，有利于實(shí)現(xiàn)從“以教導(dǎo)學(xué)”到“以學(xué)定教”的轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力以及合作能力[14]。

3.2 采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法突出能力培養(yǎng)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法是教師根據(jù)課程內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)提供項(xiàng)目任務(wù)，將知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)與融會(huì)貫通整合到項(xiàng)目實(shí)施過程中。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下積極運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，開展理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)。

在“模擬電子技術(shù)”教學(xué)中，通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法將課程拆解為若干學(xué)習(xí)單元。每個(gè)單元以項(xiàng)目為線索，綜合運(yùn)用多種教學(xué)模式，將知識(shí)點(diǎn)整合到項(xiàng)目任務(wù)中。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法能夠拓展學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的積極性，使學(xué)生的綜合能力得到較大提升。實(shí)施方案如圖3所示。以“模擬電子技術(shù)”中擴(kuò)音機(jī)電路的制作項(xiàng)目為例：該項(xiàng)目包含前置放大、音調(diào)控制和功率放大等模塊。其中前置放大模塊包含多級(jí)放大電路的組成、耦合方式、動(dòng)態(tài)分析、性能指標(biāo)估算等知識(shí)點(diǎn)。音調(diào)控制模塊包含放大電路的頻率特性、負(fù)反饋等知識(shí)點(diǎn)；功率放大模塊包含互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路等知識(shí)點(diǎn)。除此之外，還涉及每一模塊的仿真、制作、調(diào)試和系統(tǒng)整體的制作調(diào)試。

圖3 項(xiàng)目法教學(xué)實(shí)施方案

3.3 改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)提高工程實(shí)踐能力

由于課內(nèi)學(xué)時(shí)有限，通過廣泛開展課外實(shí)踐活動(dòng)的方式可以提高學(xué)生學(xué)以致用的設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力。引入虛擬仿真、EDA技術(shù)到課外實(shí)踐項(xiàng)目中，利于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并加以改正，從而提高設(shè)計(jì)效率。但是理論與實(shí)際有明顯差別，需要將實(shí)際設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來，在虛擬設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下結(jié)合現(xiàn)實(shí)因素，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的電路。

以“模擬電子技術(shù)”課外項(xiàng)目實(shí)施為例，具體包含以下6個(gè)環(huán)節(jié)：

(1)自主組隊(duì)：2～3人一組，結(jié)合小組成員的興趣特長自主選題。

(2)方案論證：經(jīng)過小組內(nèi)部討論，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，分析比較各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，畫出系統(tǒng)框圖。

(3)仿真設(shè)計(jì)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)，確定設(shè)計(jì)方案，利用Proteus、Multisim等軟件先設(shè)計(jì)和仿真單元電路，再繪制完整的電路圖并進(jìn)行整體的仿真。

(4)組裝調(diào)試：根據(jù)仿真結(jié)果，利用Altium Designer畫PCB圖、制板，在自制的電路板上進(jìn)行焊接、調(diào)試，并將實(shí)物的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析，分析判斷問題并排除。

(5)總結(jié)：電路測(cè)試結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)要求，總結(jié)電路特點(diǎn)、提出改進(jìn)方向。

(6)撰寫報(bào)告、答辯：學(xué)生撰寫項(xiàng)目報(bào)告，準(zhǔn)備答辯用的PPT、演示視頻等。教師針對(duì)項(xiàng)目存在的具體問題對(duì)組員提問，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和總結(jié)。

4 圍繞學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出改革考核評(píng)價(jià)體系

考核評(píng)價(jià)采取學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)的主體、內(nèi)容、過程、方式多元化，如圖4所示。

圖4 成果導(dǎo)向的多元課程評(píng)價(jià)方式設(shè)計(jì)

以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)多元課程評(píng)價(jià)方式，制定三維課程評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程和綜合能力的考核，促進(jìn)對(duì)學(xué)習(xí)成果全方位、多角度的評(píng)價(jià)。這些措施，不僅能更真實(shí)地體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，而且能更好地促進(jìn)學(xué)生積極學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索[16]。同時(shí)，有利于根據(jù)學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果持續(xù)改進(jìn)“模擬電子技術(shù)”課程。課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，注重對(duì)學(xué)習(xí)過程的形成性評(píng)價(jià)[17]。

圍繞“模擬電子技術(shù)”課程學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)過程對(duì)考核內(nèi)容和方式進(jìn)行改革探索，改革后的考核內(nèi)容和方式具有“抓過程”“考能力”的特點(diǎn)，考核內(nèi)容如圖5所示，包括在線學(xué)習(xí)和測(cè)試、課堂答題、小組表現(xiàn)、筆頭作業(yè)、推送作業(yè)、仿真作業(yè)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)。考核體系結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括基礎(chǔ)知識(shí)、電子電路分析、設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐和綜合應(yīng)用。

圖5 考核內(nèi)容

抓過程：平時(shí)成績占總成績的50%，主要由課堂答題、小組討論、仿真作業(yè)、課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)、在線學(xué)習(xí)等部分構(gòu)成。豐富的過程考核，一方面加強(qiáng)對(duì)課堂教學(xué)的過程管理，另一方面有利于引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極實(shí)踐。

考能力：期末考試采取理論閉卷的形式，占總成績的50%，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)模擬電路進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的能力，同時(shí)兼顧基本概念、基本原理和基本方法，考查學(xué)生綜合能力。

圖6 考核體系結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語

針對(duì)“模擬電子技術(shù)”課程存在的問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列改革。實(shí)踐證明，以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心，采用混合教學(xué)模式組織和實(shí)施“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得以激發(fā)，學(xué)生由“被動(dòng)的”學(xué)習(xí)者向“主動(dòng)的”探索者轉(zhuǎn)變，自覺學(xué)習(xí)意識(shí)大大加強(qiáng)，課堂參與度明顯提升。突出成果導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)模擬電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力明顯提高，參加各類競賽和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的人數(shù)也大幅增加。圍繞學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出改革考核內(nèi)容和方式，構(gòu)建立體化課程評(píng)價(jià)體系，問卷調(diào)查表明，學(xué)生普遍認(rèn)為強(qiáng)化了仿真、設(shè)計(jì)和大作業(yè)等環(huán)節(jié)的考核方式對(duì)提升解決復(fù)雜工程問題能力很有幫助，同時(shí)有助于推動(dòng)教學(xué)持續(xù)改進(jìn)。

自動(dòng)化學(xué)院本科生培養(yǎng)已采用了本教改成果，成效明顯，有較好示范作用。自動(dòng)化專業(yè)和電氣工程專業(yè)分別于2017年1月和2019年1月順利通過了工程教育專業(yè)認(rèn)證，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。