新工科背景下數(shù)字電路課程教學(xué)改革研究

梁計鋒 梁瑞 胡景勤 劉瑞妮

摘要：為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)。我校也是緊隨工科教育改革的步伐，進(jìn)行著新工科的各種改革嘗試。本文主要介紹在新工科理念指導(dǎo)下我校數(shù)字電路課程改革的做法與經(jīng)驗。總結(jié)出了以過程考核為指引，項目式教學(xué)為主要教學(xué)方法，利用混合式教學(xué)手段，結(jié)合大賽要求，全面進(jìn)行數(shù)字電路課程的內(nèi)容、方法和手段進(jìn)行教學(xué)改革。教學(xué)效果良好。希望以此為契機(jī)，探索出符合我校實際情況的“新工科”課程改革模式。

關(guān)鍵詞：新工科;數(shù)字電路;教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0154-02

為了應(yīng)對新一輪產(chǎn)業(yè)變革與科技革命，創(chuàng)新驅(qū)動新發(fā)展、適應(yīng)“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》等一系列關(guān)于新工科教育的通知和章程，探索符合中國特色的工程教育新模式。“新工科”這個概念迅速在各個高校里火起來。新工科以新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)為背景。新工科的建設(shè)，對應(yīng)的不僅是新興產(chǎn)業(yè)的工科專業(yè)，也包括對傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造升級。各大高校紛紛表示將著力打造新工科。因為新工科的畢業(yè)生，將是“中國制造2025”戰(zhàn)略最需要的人才。數(shù)字電路課程是工科電類專業(yè)的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，國內(nèi)很多高校也對該門課程進(jìn)行了各種改革嘗試，也取得了一定的成果，但基本上都是在傳統(tǒng)理念下進(jìn)行的各種改革，與新工科的內(nèi)涵要求還是有一定的區(qū)別。自教育部發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，并啟動“新工科研究與實踐”項目以來，為提高數(shù)字電路課程的教學(xué)效果，我校也進(jìn)行了在新工科背景下關(guān)于數(shù)字電路課程改革的研究。本文則以我校電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的數(shù)字電路課程為例，深入研究“新工科”的內(nèi)涵，以“新工科”的思想指導(dǎo)數(shù)字電路課程改革的方向。分別從“新工科”的內(nèi)涵，“新工科”背景下的專業(yè)發(fā)展目標(biāo)，數(shù)字電路課程存在的問題，理論內(nèi)容改革，實踐內(nèi)容改革，教學(xué)手段與方法改革等方面進(jìn)行研究。

1“新工科”內(nèi)涵

新工科實踐研究著重圍繞工程教育改革的新結(jié)構(gòu)、新理念、新質(zhì)量、新模式、新體系開展。面向新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要、面向未來、面向世界，開展新興工科專業(yè)的研究與探索，對傳統(tǒng)工科專業(yè)進(jìn)行更新升級等。在總結(jié)卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、CDIO等工程教育人才培養(yǎng)模式改革經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開展深化校企合作、產(chǎn)教融合的機(jī)制體制和人才培養(yǎng)模式改革實踐研究。在完善工程教育專業(yè)認(rèn)證制度的基礎(chǔ)上，研究制訂新興工科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，開展多維度的教育教學(xué)質(zhì)量評價等。分析研究高校分類發(fā)展、工程人才分類培養(yǎng)的體系結(jié)構(gòu)，提出推進(jìn)工程教育辦出特色和水平的宏觀政策、組織體系和運行機(jī)制等。新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)是具有可持續(xù)競爭力的人才。

2數(shù)字電路課程存在的問題

（1）理念陳舊。對于本科學(xué)生的要求還是以理論教學(xué)為主，實踐為輔。

（2）課程內(nèi)容陳舊，課程結(jié)構(gòu)不合理。數(shù)字電路課程內(nèi)容還基本上是幾十年前的東西，內(nèi)容的安排基本上是從知識體系結(jié)構(gòu)的完整性出發(fā)編排，雖然知識體系結(jié)構(gòu)完整，但實用性差。

（3）實踐教學(xué)內(nèi)容陳舊。介紹的元器件和技術(shù)早已過時，設(shè)計的實驗大多是驗證性的實驗，就算是設(shè)計性的實驗也都是非常簡單的兒童玩具類題目，幾乎沒有從工程實踐的角度出發(fā)，學(xué)生學(xué)完后普遍覺得做題很簡單，但還是看不懂收音機(jī)的電路圖，不會修理簡單的家用電器。

（4）教學(xué)方法和手段落后。數(shù)字電路這門課程傳統(tǒng)的授課方式既是板書加教材，很多老教師很喜歡用粉筆推導(dǎo)邏輯表達(dá)式及對電路的分析。對于一些年輕老師雖然也用多媒體教學(xué)，但也只不過是一些靜態(tài)的PPT，甚至于有的老師直接就照著PPT讀。這些方式方法都嚴(yán)重影響著這門課的授課效果。

（5）考核方式落后。對于工科的學(xué)生還是用一張試卷來評價其學(xué)習(xí)程度，很難激發(fā)起學(xué)生的實踐動手能力。

3課程改革內(nèi)容

3.1過程考核改革

對于學(xué)生來說，首先關(guān)心的是這門課期末能考多少分，會不會掛科。所以對課程教學(xué)的改革必須從考試方式人手，這是這個課程改革的指揮棒。我校的電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本門課程申請了學(xué)校的首批過程考試試點課程，過程考核的具體做法為：

本課程總成績擬由4部分組成：

（1）期末的理論考試部分占總成績50%;

（2）課內(nèi)實驗部分占總成績16%。共做課內(nèi)實驗4次，每次成績?yōu)?%，每次成績主要由課堂表現(xiàn)（2%）與實驗報告（2%）獲得;

（3）課程設(shè)計部分占總成績24%。課程設(shè)計成績由設(shè)計仿真（電路）（9%）、課程設(shè)計報告（9%）與課程設(shè)計答辯（6%）三部分組成;

（4）平時作業(yè)與出勤情況占總成績10%。平時作業(yè)8次，每次1%，不定期點名5次，每次0.4%。

3.2教學(xué)方法改革

我們采用分組項目式進(jìn)行教學(xué)。開學(xué)初就將所有學(xué)生3人一組分成項目組，并且指定組長和其任務(wù)。比如，組長接收老師安排的任務(wù)，協(xié)調(diào)組員，領(lǐng)導(dǎo)小組完成項目任務(wù)。開學(xué)初就給每個項目組安排一個具體的實踐項目，并給出階段需完成任務(wù)要求，最終期末必須完成此項目，以此項目最終完成的效果為本課程最終考核的主要組成部分。項目來源有本課程的一些綜合型的實踐題目，也有往年電子競賽的相關(guān)題目。從這兩屆同學(xué)完成實踐任務(wù)的情況來看，總體還不錯，也存在著很多問題，例如，設(shè)計思路過于狹隘，電路圖設(shè)計不夠合理等。我們會以此為契機(jī)，加強(qiáng)學(xué)生此方面的輔導(dǎo)。

3.3教學(xué)內(nèi)容改革

（1）理論教學(xué)內(nèi)容改革

對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適度合理的優(yōu)化，選擇項目式或案例式的教材。去除理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，以案例或項目模塊為單元進(jìn)行知識結(jié)構(gòu)的安排，而并非以知識延續(xù)性為單元進(jìn)行編排。做好與后續(xù)課程的銜接，充分利用學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)時間，課外實踐主要用于加強(qiáng)實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。比如：與計算機(jī)文化基礎(chǔ)課程內(nèi)容重復(fù)的“數(shù)制與碼制”內(nèi)容僅做復(fù)習(xí)檢查;邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)理論不再單獨成系統(tǒng)講授，而是放在實際電路的分析和設(shè)計部分，通過實際使用讓學(xué)生逐漸消化掌握;門控和主從等結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器也只做了解性介紹。

（2）實踐教學(xué)內(nèi)容改革

實踐教學(xué)分為2個部分，一個為課內(nèi)基礎(chǔ)性試驗。一般在每個知識模塊結(jié)束后安排，共安排4個內(nèi)容，主要是為了讓學(xué)生盡快熟悉器件和儀器，為后續(xù)的課程設(shè)計和綜合型實驗做好準(zhǔn)備。例外一個為課程設(shè)計部分，也是我們開學(xué)初安排的實踐項目，由實驗室提供參考實驗室題目與要求（也可由學(xué)生自己選題），選擇一個難易適當(dāng)能夠及時完成的課題。在經(jīng)過一學(xué)期的完成后，最后經(jīng)指導(dǎo)老師檢查，在其基本完成題目的情況下，進(jìn)行功能演示，并模擬畢業(yè)答辯的模式進(jìn)行，最后撰寫課程設(shè)計報告，設(shè)計過程，答辯，課程設(shè)計報告都作為該門課程期末成績的重要組成部分。

3.4教學(xué)手段和方法的改革

在課堂教學(xué)中對用禁止玩手機(jī)的問題“變堵為疏”，讓其在課堂上可以合理地使用手機(jī)，利用手機(jī)有目的，有計劃的上網(wǎng)學(xué)習(xí)和搜集資料，實現(xiàn)“線上線下”相結(jié)合的課堂教學(xué)模式，我們稱其為“新網(wǎng)絡(luò)課堂”。傳統(tǒng)意義上的“網(wǎng)絡(luò)課堂”是基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程在線培訓(xùn)課堂，系通過網(wǎng)絡(luò)給學(xué)生播放課程視頻而已。為了使這種“新網(wǎng)絡(luò)課堂”區(qū)別與傳統(tǒng)認(rèn)知的“網(wǎng)絡(luò)課堂”，我們稱其為“新網(wǎng)絡(luò)課堂”。通過這種混合式教學(xué)模式，利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得本門課的學(xué)習(xí)水平有了大幅度的提高。

4結(jié)語

以“新工科”理念建設(shè)的數(shù)電課程教學(xué)模式改革探索取得了不錯的效果，加強(qiáng)了實踐教學(xué)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。經(jīng)過3年的不斷探索和持續(xù)改進(jìn)，西安翻譯學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生們在數(shù)字電路這門課中表現(xiàn)出了很強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)熱情和高昂的學(xué)習(xí)興趣。課程中的數(shù)字小系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，加強(qiáng)了學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和設(shè)計能力，還讓學(xué)生體會到理論與實際應(yīng)用的聯(lián)系與區(qū)別。從考試成績及畢業(yè)生反饋表明，采取這樣模式的數(shù)字電子技術(shù)課程已成為一門學(xué)生感興趣、有熱情的專業(yè)基礎(chǔ)課程。

本課程的3屆學(xué)生均在對“學(xué)生課堂教學(xué)質(zhì)量評價”的其中教學(xué)檢查中均獲得95分以上的高分。本課程也是我校“三個一”工程的“優(yōu)質(zhì)課程”。近3年來，共有9位同學(xué)在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中榮獲省級3等獎。5組同學(xué)分別在“發(fā)現(xiàn)杯”，“互聯(lián)網(wǎng)+”，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等比賽中獲得優(yōu)異的成績。