“電路”基礎課程思政教學內容改革

汪 玲 陳客松 鐘洪聲

(電子科技大學 信息與通信工程學院， 成都 611731)

2020年5月，教育部發布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求將思想政治教育貫穿人才培養全過程，全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量[1]。在每門課程實施過程中，將正確的世界觀、人生觀、價值觀以顯性和隱性教育方式傳遞給學生，構建全員、全方位協同育人大格局。

專業課程具有典型的工程性、應用性和實踐性，與國民經濟的發展和人民生活水平的提高密切相關。而在以往的教學中，大部分教學內容專注于專業知識的傳授和技能的培養，忽略了思想道德、人文素養、法治、國家安全等思想政治領域的培養，導致了學生對學習目的不明確、人格不健全、價值觀不正確等問題。

目前，國內許多高校針對專業性課程的思政建設，紛紛展開了探索[2-7]。這里以“電路”基礎課程[8-9]為例，分別從思想道德修養和人文素質、科學精神和認知能力、憲法法治意識和國家安全意識等方面的培養，探討專業課程中，課程思政的教學內容的設計和改革。通過深化課程學習目標、調整授課內容與方式，將思政因素有機融入專業知識的學習中，從工程科學的本質出發，培養學生正確的人生價值觀、嚴謹的科學態度、積極的職業發展規劃。

1 思想道德修養和人文素質培養

新時代的教育要求著力培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人，將 “立德樹人” 確立為教育的根本任務。要求以學生為中心，以“價值塑造、啟迪思想”為原則，推進課程改革建設。思想道德修養作為公民道德教育的基本內容，需要與社會主義政治和經濟的發展同步。其主體內容包括：信念、人格、敬業等多個精神層面。

信念的培養，在社會主義發展的新時代，需要年輕人具有堅定的馬克思主義科學信仰、中國特色社會主義共同理想、共產主義遠大理想和強烈的愛國主義精神，需要把個人理想與社會理想統一。

人格的培養，需要年輕人的行為動機和人際交互等理念，與新時代社會主義發展目標相契合。

敬業精神的培養，需要年輕人樹立職業責任感，具有恪盡職守的工作態度和艱苦奮斗的務實精神。

人文素質培養，要求年輕人在歷史、文學、藝術、哲學等知識領域具備與時代發展一致的素養。與科學思想相比，人文素養具體強烈的民族特色和個性色彩。

“電路”課程的初始學習階段，涉及電路元件模型的工作原理和特性的理解。為了加深學生對半導體器件基本概念的理解，同時培養愛國主義精神和建設中國特色社會主義理想，我們組織學生調研我國近現代電子器件的代表性成果、人物與事件，并在課堂分享。

學生分別對我國半導體學科的形成與發展、器件材料的設計與研發進行了深入的調研，調研后，學生便進行匯報。匯報了半導體創始人，如湯定元、王守武、林蘭英院士等，從少年勵志鉆研學習、中青年回國報效、直至晚年仍堅持培養行業優秀人才等感人事跡；也匯報了諸如新型碳基、氮基半導體材料研發及產業化在我國的開展狀況。通過學習前輩的奮斗精神和分析我國科技發展面臨的挑戰，在激發學生愛國主義情懷的同時，也對鉆研、敬業精神的樹立起到了促進作用；又將時代特色與民族特色融合，把人文素養的提高融入到科學研究中去。

與此類似，在其后的基本放大電路、集成電路的基本原理學習過程中，也分別引入了調研或科學家故事分享環節，讓學生了解更多微電子奠基人，如林為干、黃敞、許居衍院士等，為我國集成電路事業的發展所做的貢獻。此外，還介紹和展示了芯片和電路設計中包含的藝術理念，如圖1所示。讓學生在了解各類電磁現象、集總假設適用范圍、規范電路作圖的同時，學習電路設計中的人文藝術，提升精神素養。

(a)1958年第一塊集成電路

(b)2009年45nm工藝

(c)普通PCB電路板

(d)帶藝術設計的PCB電路板圖1 電路設計中的人文藝術

2 科學精神和認知能力培養

新時代的教育要求培養富有創新精神和實踐能力的各類創新型、應用型、復合型的優秀人才。要求以學生為中心，以“喚起好奇、探究知識”為原則，推進課程改革建設。

科學精神是自然科學發展所形成的、認知方式和行為規范，強調理性與實證性。要求學生具有批判和懷疑、創新和探索的能力。

認知能力培養是培養學生對事物的構成、性能與其他事物的關系、發展的方向以及發展的基本規律的掌握能力，包括觀察、思維和創造力，是教育培養中的主要環節。

“電路”課程是電子專業的入門課程，包含了豐富的原理性基礎知識，在電子技術高度發展的今天，具有舉足輕重的作用。該課程的學習，旨在幫助學生在了解電子電路基本理論的同時，建立工程概念，為深入學習電子技術及其分析應用奠定良好的基礎。因此，知識的傳授方式由傳統的內容講解，轉換為學生的主動學習、辯證理解與積極探索。在考核形式上由傳統的計算考查，轉換為知識的綜合應用能力考查。

在基本定理，如基爾霍夫定理、疊加定理、戴維南定理、最大平均功率傳輸定理等的講解過程中，強調定理產生的過程、來源、應用場景，而不是簡單的數學計算。例如，在基爾霍夫定理的講解中，從法拉第發現電磁感應現象、總結電磁感應定律，到感應電流、電動勢(電壓)的產生，再到復雜電路網絡中電流、電壓遵循的規律的總結與發現，將電路現象的全過程連貫介紹，使得學生在學習的過程中建立全局觀念和嚴謹的科學態度。在直流一階動態電路的分析中，除了方法的介紹，更重要的是需要學生理解電容電感的元件特性。因此，搭建了如圖2所示電路，已知圖2(a)中的元件參數和零狀態輸出響應u，要求學生在僅更換電容元件為電感元件后，分析圖2(b)電路的輸出。該電路的分析，涉及到了兩類動態元件的狀態變量在零狀態響應下的特性，以及非連續變量的響應特性，需要學生融會貫通多個知識點，辯證理解元件特性與電路特性。

(a)已知電路及參數

(b)帶求解電路圖2 三要素分析方法中的元件特性

又如，在最大平均功率的講解中，首先從廣播系統的接收機調臺現象，解釋最大平均功率對應的物理現象；再從系統的簡化模型抽象過程，加深學生對電阻、電容、電感、電源基本模型元件特性的理解；然后通過最大平均功率的數學求解，使學生理解數學方法在電路分析中的應用；在總結出最大平均功率定理后，列舉工程案例，說明定理的實際應用方式。如圖3所示，在課堂中首先分析圖3(a)的初級電路設計思想；然后，調整電路參數，要求學生分析圖3(b)的電路設計原則，從而總結兩個電路設計的差異；最后，針對圖3(c)實際語音信號的輸入，要求學生分析討論電路的可能構成，主動建立濾波、帶寬的概念。這樣，通過一個定理的學習，讓學生從工程現象，到元件特性、模型抽象、問題分析，再到應用基礎理論創造性設計，建立一個完整的系統概念，鍛煉分析問題、解決問題的基本能力，提升認知能力。

(a)初級電路分析

(b)提升版電路分析

(c)高級電路分析圖3 最大平均功率案例分析

3 法治意識和國家安全意識培養

新時代的教育要求著力培養具有國家使命感和社會責任心，要求以學生為中心，以“激發潛質、個性發展”為原則，推進課程改革建設。

法治意識是人們對國家憲法和法律發自內心的認可、崇尚、遵守和服從。國家安全是安邦定國的重要基石，是人民幸福安康的基本要求。堅持總體國家安全觀，必須以人民安全為宗旨，維護國家經濟安全、文化安全，堅持推動構建人類命運共同體。

“電路”課程最終面向的是實際電子電路工程應用，與電子技術安全、法律和國家安全密切相關。從基本的電路加密技術、電路設計中的法治安全意識到學習過程中的家國情懷渲溢，在課程內容的講授中，都以潤物無聲的方式傳遞給學生。例如，在學習電阻元件時，介紹了新型描述磁通與電荷關系的憶阻器。區別于傳統遵循歐姆定理的電阻，憶阻器的阻值由流經它的電荷確定，從而可以通過測定憶阻值，得到流經的電荷量。利用這個特性，科學家將它應用于數據加密，實現硬件加密技術；在學習電感元件的過程中，根據電磁感應現象，介紹了新型無線電能傳輸系統，其中涉及到傳輸的私有性和保密性問題。通過新型材料和技術的了解，在拓展學生知識面的同時，引入知識產權保護意識、電路設計安全意識和法律安全意識，促進工程思維與社會思維相結合。在反饋電路的講解過程中，將正反饋的概念與社會行為影響因素相類比，列舉諸如“中國式過馬路”“阿希實驗”等從眾現象，分析正反饋可能的危害，強調個人安全意識對社會安全的總體影響。又如，在匹配網絡的設計中，首先介紹電路基礎中匹配的概念，然后拓展到數字通信系統、數學圖論中包含的匹配思想，再引伸到行為準則與個人身份的匹配。學生的學習方式要與最終學習目標匹配，學生作為公民，學習目標、基本行為、意識形態也要與公民身份匹配，需要遵守憲法、法律、法規，維護國家安全。

4 結語

新時代的高等工程教育，為課程建設、教學方式、教學內容提出了新要求。需要將思想政治教育與傳統工程理念深入結合，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響，實現協同育人。中國特色社會主義事業的建設，需要身心合格健康的接班人，國家的發展與進步，取決于一代代青年人的核心價值觀。本課程的教學內容改革，將專業知識傳授、價值塑造和能力培養統一，在多個知識環節引入思政因素，既增加學習的趣味性、多元性，又深入思想根源，貼切日常生活，把政治認同、國家意識、文化自信、人格養成等思想政治教育導向與課程內容有機融合，實現顯性與隱性教育的有機結合，旨在促進學生的自由全面發展，充分發揮教育教書育人的作用。