植入邏輯虛擬仿真機制的應用電子技術創(chuàng)新實驗持續(xù)改進方案

王宇，房建東，王艷榮，王莉莉

（1.內蒙古工業(yè)大學 信息工程學院，內蒙古呼和浩特 010080；2.內蒙古工業(yè)大學 電力學院，內蒙古呼和浩特 010080）

應用電子技術創(chuàng)新實驗遵從工程認證標準[1]，倡導了三個基本理念，分別為“以學生為中心”的教育理念、“產出導向”的教育體系、“持續(xù)改進”的質量觀[2]。隨著教學質量的不斷提高，教育理念的不斷更新，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的方式逐漸多樣化[3]。應用電子技術創(chuàng)新實驗制定實際應用項目，充分利用優(yōu)勢資源制訂學生創(chuàng)新訓練計劃，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生主動思考、開拓創(chuàng)新的意識[4]。

隨著教學實踐過程的不斷深入，學生對抽象邏輯命題產生理解偏差，導致后續(xù)工作進展緩慢，生產實踐教學與理論教學結合不夠緊密，影響學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[5]。而且學生實踐時間較短，加之新冠肺炎疫情防控影響，線下教學轉為線上教學，教學效果受到影響，進而影響了學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的質量[6]。針對以上問題，提出了植入狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真機制，結合四次過程階段自評，進行教學的持續(xù)改革。虛擬仿真機制以抽象邏輯命題為基礎，強化學生對選題項目的認知理解，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的創(chuàng)新實踐能力。組建團隊和凝練創(chuàng)意[7]，采用團隊階段自評是讓學生對每個階段自己在團隊內的貢獻率進行打分，將其作為間接評價，其目的在于可以全面、客觀、真實地反映團隊的分工情況以及工作量分布情況，力求體現出最真實的分工狀態(tài)，使評價減少不必要的誤差。

1 應用電子技術創(chuàng)新實驗的教學理念

應用電子技術創(chuàng)新實驗以OBE理念為核心[8,9]，實行翻轉課堂[10]，培養(yǎng)學生運用電子技術基礎知識，增強邏輯思維能力，提高創(chuàng)新意識。課程在持續(xù)改進中，堅持以學為中心，強化學生對技術基礎知識的認知理解，打破慣性思維，提高應用技術創(chuàng)新實踐能力[11,12]。創(chuàng)新實驗課程以翻轉課堂的形式進行授課指導，按照課程目標為分四次答辯，答辯內容分別對應四個課程目標的內容，并制定了相對應的評分細則。具體對應關系如圖1所示。

圖1 對應關系圖

2 狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真機制

虛擬仿真機制可以作為一種邏輯抽象的學習工具，幫助學生進行思維抽象。將選題中的實際問題逐一抽象為運用應用電子技術可以解決的專業(yè)問題，能夠強化學生對選題項目的認知理解，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維[13]，為提高學生的學習效率與仿真實測的可靠性奠定了基礎。

2.1 狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真機制包含的內容

狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真機制通過學生自主定義狀態(tài)轉換真值表，然后自動生成狀態(tài)轉換圖和時序波形圖，一步一步地引導學生進行抽象邏輯命題解譯。具體過程如圖2所示。

圖2 狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真工作過程圖示

狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真機制的工作流程如下：

（1）根據自己組內所選的題目，針對實際問題明確輸入、輸出以及中間的狀態(tài)量。

（2）將輸入、中間的狀態(tài)量、輸出對應到虛擬仿真機制的定義狀態(tài)轉換真值表中。點擊添加一行按鈕可以將對應數據進行填充。點擊編譯表格數據，可以得到輸入、狀態(tài)量、輸出的對應數值。

（3）點擊生成狀態(tài)轉換圖，便可得到狀態(tài)轉換真值表對應的狀態(tài)轉換圖。

（4）在狀態(tài)轉換圖下方文本框內輸入對狀態(tài)轉換圖的解譯文字，進行內容的解譯。

（5）點擊生成時序波形圖，便可得到狀態(tài)轉換圖對應的時序波形圖。

（6）在時序波形圖下方文本框內輸入對狀態(tài)轉換時序波形圖的解譯文字，進行相關內容的解譯。

（7）最后可以導出內容，作為解譯部分的參考內容。

2.2 教學成效分析

通過學生答辯分析的結果可以得出使用虛擬仿真輔助工具是必要的，學生通過對項目分析，列出真值表，然后對編碼進行解譯，解譯出各個編碼所代表的實際項目含義。然后自動生成狀態(tài)轉換圖，可以自查狀態(tài)機的類型。以某一小組的答辯展示為例，該小組很好地運用了虛擬仿真工具進行邏輯抽象，將不同的編碼對應了不同的位置信息，并將最終結果以視頻方式展示出來。具體虛擬仿真機制成效圖如圖3所示。經調查問卷可以了解到學生對虛擬仿真工具的評價，主要是可以加深自己對學過的理論知識的理解，可以輕松地將邏輯進行抽象，有助于解決設計和分析問題。

圖3 虛擬仿真機制成效圖

團隊自評是采用小組為單位的方式，滿分100分，對組內成員進行分數分配。由于組內成員的人數不固定，所以分得的分數就會有偏差。為了避免偏差，造成不必要的影響，設定了如（1）所示的公式糾正偏差。

其中，e為總的自評成績，e1為第一階段的自評成績，e2為第二階段的自評成績，e3為第三階段的自評成績，e4為第四階段的自評成績，n為組內成員數，c為過程成績，過程成績包括答辯成績、設計成績、報告成績、仿真成績。其中自評成績效果展示如圖4所示。

圖4 自評成績效果展示

3 應用電子技術創(chuàng)新實驗改革實踐

3.1 教學改革實踐案例

為了驗證狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真工具的必要性，對比了引入機制前后2019級、2020級兩屆選課學生的過程考核數據。主要從邏輯抽象達成度、方案論證達成度、設計原理達成度、實驗測試達成度進行對比分析，如圖5階段達成度對比圖所示。由圖5(a)可以看出，引入機制后的2020級選課學生的邏輯抽象環(huán)節(jié)明顯比引入機制前的2019級選課學生的邏輯抽象環(huán)節(jié)有了很大的提高。由此可得，狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真工具在邏輯抽象環(huán)節(jié)起到了重要作用。由圖5(b)可以看出，2020級選課學生的方案論證達成度比2019級選課學生的方案論證達成度低。通過分析，得出原因主要有疫情原因線下教學轉為線上教學，學生不適應并且加上學生自控能力差，效果就會下降，又由于各種技術因素，如網絡信號不好和非技術因素，錯過教師強調的重點內容，導致達成度不理想。由圖5（b）、圖5（c）可以看出，2020級選課學生與2019級選課學生的設計原理達成度和實驗測試達成度均較高，說明學生對仿真實驗內容和步驟清晰明了，實驗現象及數據記錄準確，實驗測試結果分析清楚并且逐漸適應了線上授課的教學方式。

圖5 階段達成度對比圖

3.2 持續(xù)改革方案

3.2.1 課程教學改革方向

以課程目標為導向，以激發(fā)學生的興趣愛好為出發(fā)點，融入創(chuàng)新教學設計，實行翻轉課堂，讓學生由被動獲取改為主動接受知識。依據課程目標的培養(yǎng)方案，自主調整過程評價考核指標，培養(yǎng)學生各方面的技能，推動教學持續(xù)改進。

3.2.2 間接評價改革方向

間接評價的目的是可以全面、客觀、真實地反映團隊的分工情況以及工作量分布情況，為了拉大團隊成員自評成績的差距，可以適當調整公式參數或者修改成為一個更合適的公式，力求體現出最真實的分工狀態(tài)，使評價減少不必要的誤差。

3.2.3 實踐教學改革方向

將課程與實踐環(huán)節(jié)相融合，形成創(chuàng)新能力拓展教學體系[14]。完善虛擬仿真工具的功能和性能，降低學生使用的難度。有助于學生快速進入項目研究，進行邏輯抽象、方案論證、設計原理、實驗測試各項環(huán)節(jié)。

4 結語

應用電子技術創(chuàng)新實驗與傳統(tǒng)的創(chuàng)新培養(yǎng)方式不同，該體系以課程目標為導向，以激發(fā)學生的興趣愛好為出發(fā)點，以培養(yǎng)創(chuàng)新實踐綜合應用能力為主線。通過植入狀態(tài)機抽象邏輯虛擬仿真機制的全新思路進行教學的持續(xù)改革。虛擬仿真機制以抽象邏輯命題為基礎，強化學生對選題項目的認知理解，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的創(chuàng)新實踐能力。針對出現的問題提出新的改革方向，不斷探索適合專業(yè)人才培養(yǎng)與發(fā)展的教學持續(xù)改革路徑。