基于“三融合”理念的電子技術課程教學改革*

藍海江 曾玉菊 韋榮昌 （廣西科技師范學院機械與電氣工程學院）

《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》明確指出，電子技術是電子信息類及電氣類等專業的核心課程。該課程理論緊密聯系實踐，具有承前啟后的作用。[1]在新工科建設背景下，為了培養符合新時代要求的專業技術人才，與時俱進地對該課程的教學進行改革勢在必行。近年來出現了線上線下混合式新型教學體系和教學模式改革，[2]以及工程能力與科研能力并重的人才培養模式改革，[3]融合EDA 技術[4]也是該課程教學改革的熱點。

地方應用型本科院校重在“應用”二字。相對而言地方應用型本科院校學生的專業基礎偏弱，其相關專業中電子技術課程的課時普遍偏少。在此背景下，筆者在多年教學實踐及改革探索的基礎上，總結形成了理論、仿真、實踐“三融合”理念，并以該理念為載體積極地對電子技術課程教學進行了系列教學改革。教學實踐表明，基于“三融合”理念的教學改革符合新工科建設理念，改革之后該課程的教學效率和質量明顯提高。

一、電子技術課程的教學現狀

在課時偏少的背景下，傳統的電子技術課程教學存在諸多不足，其主要如下：第一，教學方式單一。在理論教學中，許多教師的教學方式是“PPT 課件+板書”，少用或者不用仿真軟件工具進行輔助教學，使學生難以理解抽象的電子技術理論知識。在實驗教學中，許多教師的教學方式是先講解實驗原理或設計思路，然后進行實驗演示。學生只需按照指導書上的步驟進行操作即可完成實驗，不利于培養學生的工程技能和設計能力。[5]第二，教學內容陳舊。該課程的教學還存在教學內容陳舊以及新技術、新器件、新知識不能充分體現等問題。[6]比如在實驗教學中，許多教師采用實驗箱或評估板來完成一些傳統的驗證性或小設計實驗，這些器材難以滿足綜合性或創新性實驗教學要求。第三，評價模式單一。比如該課程的實驗教學評價，多數教師采用“測量結果+實驗報告”或“實驗報告+期末考核”等模式。[7]這種重結果輕過程的評價模式忽視了教學過程，會讓許多學生只重視實驗報告的書寫而輕視實驗的操作過程，致使學生的實驗參與度和積極性不高。

這些不足，與新工科建設“天大行動”提出的“問學生志趣變方法”相違背，不符合新工科建設“復旦共識”提出的“新工科建設需要加強研究和實踐”的要求。因此，對該課程的教學進行改革勢在必行。

二、理論、仿真、實踐“三融合”理念

“理論、仿真、實踐‘三融合’電子技術課程教學改革的研究與實踐”，是廣西高等教育本科教學改革工程重點項目。近年來，項目組成員積極進行項目的研究與實踐，總結形成的理論、仿真、實踐“三融合”關系，如圖1 所示。

圖1 理論、仿真、實踐“三融合”關系

圖1 的融合關系是“三融合”理念的基礎。理論與實踐的融合，即利用理論知識指導實踐電路設計，并通過實踐過程及結論驗證理論知識的內涵；理論與仿真的融合，即利用理論知識指導仿真電路設計，并通過仿真過程及結論呈現理論知識的內涵；實踐與仿真的融合，即首先利用仿真軟件設計實踐電路并模擬電路的工作過程及結果，然后依據仿真設計搭建實物電路并通過實踐驗證電路是否符合設計要求。

歷經多年研究與實踐，項目組總結形成的理論、仿真、實踐“三融合”的核心理念是：以提高教學效率和質量為目標，以深度融合仿真技術為手段，利用仿真展現理論內涵，突出重點、破解難點，遵循“先仿真、后實驗”原則，培養實踐能力和創新思維。

三、基于“三融合”理念的電子技術課程理論教學改革探索

（一）基于“三融合”理念整合理論教學內容

在電子信息化、智能化時代，電子技術課程所涉及的內容千變萬化、日新月異。在電子技術課程課時偏少、學生專業基礎偏弱的背景下，特別是在新工科建設的背景下，基于“三融合”理念整合教學內容尤為重要。整合后的電子技術課程理論教學內容，應切合學生及其專業特點實際，應具有應用性及前沿性，并符合培養應用型人才要求。整合教學內容之后是精選優秀教材。精選的教材應具備先進性、科學性及適用性。基于“三融合”理念精選的教材，還應符合以下兩個特點：一是教材的主要內容應符合地方應用型本科院校學生的專業基礎水平，二是教材中的邏輯符號圖及函數表達式等應符合仿真軟件的語言表達規則。

（二）理論教學與仿真技術深度融合的措施

新工科建設“北京指南”指出，應積極“推進信息技術與工程教育深度融合”。仿真軟件是電子技術課程教學的好助手。在理論教學中，利用仿真技術展現理論知識內涵，能激發學生的學習興趣、加深學生對理論知識的理解，突出重點、破解難點，從而提高教學效果和質量。但是，僅把仿真技術作為輔助教學手段是不夠的，應該做到理論教學與仿真技術的深度融合。

理論教學與仿真技術深度融合的主要措施如下：一是理順理論教學內容，確定重、難點。二是深度融合仿真技術呈現理論知識，讓學生直觀地觀測到理論知識蘊涵的原理，從而突出重點、破解難點。比如在“微分電路和積分電路”教學中，深度融合仿真技術能讓學生直觀地觀測到電路瞬態的“微分”和“積分”過程，從而深入理解電路的工作原理。[8]又如在“計數器”教學中，深度融合仿真技術不僅能讓學生直觀地觀測到計數器的工作過程及時序波形圖，而且還可深入探究計數器的工作原理。[9]

（三）基于“三融合”理念的理論教學策略

在課時偏少的背景下，基于“三融合”理念的理論教學策略是：融仿真、固基礎、重應用。融仿真，即深度融合仿真技術呈現理論知識內涵，讓學生直觀而深入地理解電子技術的理論知識，突出重點、破解難點，提高教學效率和質量。比如競爭冒險現象是數字電子技術的教學難點之一，通過搭建仿真程序，可把“動態”的競爭冒險現象變為“靜態”圖像，讓學生深入理解產生冒險現象的原因及其消除原理，從而突出重點、破解難點。[10]固基礎，即理順課程中的基礎內容，深度融合仿真技術呈現基礎知識內涵，讓學生牢固掌握電子技術的基礎知識，為學習相關后續課程打下扎實基礎。比如數字電子技術的核心基礎之一是“門電路原理”，通過仿真技術呈現這一基礎知識內涵，能讓學生牢固掌握這些門電路的工作原理。重應用，即在教學中應弱化電路模塊內部的工作原理分析，而深度融合仿真技術強化其功能，并展示其在各領域中的應用。教學實踐表明，充分介紹、展示各種電子技術電路模塊在探測、通信及家電等領域中的應用，能提高學生的學習興趣。

四、基于“三融合”理念的電子技術課程實驗教學改革探索

（一）基于“三融合”理念精選實驗項目

實驗項目太簡單，會讓學生覺得實驗索然無味；實驗項目太復雜，則讓學生對實驗望而卻步。地方應用型本科院校各專業的電子技術實驗課程，一般為理論課的配套課程，課時偏少。在此背景下，基于“三融合”理念精選實驗項目極為重要。精選后的實驗項目，應遵循由淺入深、循序漸進原則，并包含基礎性和綜合性實驗。此外，這些精選出來的項目，應能融合仿真軟件進行設計與仿真。新工科建設的六大理念之一是“問技術發展改內容”，鑒于此，在開展實驗教學時，具體的實驗項目還應依據學生的專業特點及當下的應用熱點與時俱進地進行調整。

（二）基于“三融合”理念的實驗教學措施

該課程基于“三融合”理念的實驗教學主要措施如下：一是理論指導實踐，基于“三融合”理念編寫實驗指導書。據此，項目組編寫了特色鮮明的電子技術實驗指導書，其主要特色是以仿真電路圖作為實驗原理圖。二是遵循“先仿真、后實驗”原則。要求學生在進行實物實驗之前，充分利用課余時間設計、預習和仿真實驗項目，并提交預習仿真報告。歷經項目設計及仿真調試過程，能培養學生的分析、解決問題能力及創新思維。此外，歷經預習及仿真過程，還能讓學生深入理解實驗項目原理、熟悉實驗內容及步驟。教學實踐表明，實施“先仿真、后實驗”改革之后，在3 學時的實驗教學單元內，可比改革之前再增加1至2 個實驗子項目，教學效率和質量明顯提高。

（三）基于“三融合”理念優化實驗教學評價

有效的評價模式是提高實驗教學效果和質量的重要保障。項目組承擔的電子技術實驗課程均為理論課的配套課程。改革之前，該課程主要以“測量結果+實驗報告”為評價模式，致使一些學生的實驗參與度及積極性不高，教學效果和質量不盡如人意。新工科建設“北京指南”指出，應“完善個性化的人才培養質量評價”。鑒于此，為了提高該課程的教學效果和質量，項目組摒棄傳統的“重結果、輕過程”評價模式，在總結教學改革成果的基礎上，基于“三融合”理念建立并完善了“實驗全過程評價”的評價模式。

“實驗全過程評價”模式的實施策略如下：第一，實驗前的預習仿真評價（權重30%）。要求學生充分利用課余時間預習及仿真實驗項目，并在進行實物實驗之前提交預習仿真報告。教師采用審閱及抽查等方式，評價學生完成此項任務的質量，評價的主要目的是督促學生獨立完成此項任務。第二，實物實驗各階段的即時評價（權重50%）。在學生進行電路搭建及測試過程中，教師即時對每組學生的每個階段進行實時評價，并依據學生所搭建的電路質量及測量結果的正確性評定相應等級。在此過程中，若發現學生未能完成某階段的實驗任務，立即令其整改，直至實驗完成。第三，實驗報告評價（權重20%）。實驗完成后，要求每位學生提交項目實驗報告。實驗報告評價的主要依據是實驗數據的正確性及實驗分析的合理性，以及實驗報告內容的完整性及規范性等。

“實驗全過程評價”的重點是“實物實驗各階段的即時評價”。教師應以多種方式及時了解學生在實驗過程中遇到的各種問題，全面掌控實驗進程。此外，教師應鼓勵學生充分預習、精心設計及認真實驗。項目組采取的主要激勵措施是：在實驗教學單元內，提前完成實驗項目的學生可提前離開實驗室，而未能完成實驗項目的學生則必須另找時間補做，直至完成。教學實踐表明，實施“實驗全過程評價”，能增強學生的自主學習能力，激發學生的實驗積極性，培養學生分析和解決問題能力，從而有效提高實驗課程的教學效率和質量。

五、融入“三融合”理念深入挖掘電子技術課程的思政元素

教育部2019 年9 月29 日發布的《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》指出，要充分發掘各類課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源。電子技術既是電類專業的核心課程，也是其專業基礎課程，該課程具有基礎性強、覆蓋面廣等特點。因此，在基于“三融合”理念進行教學的同時，同樣應該“春風化雨”地挖掘該課程中的思政元素，并且“潤物無聲”地對學生進行思政教育。[11]

比如，在“基本放大電路”理論教學過程中，除了深度融合仿真技術呈現“基本放大電路”的工作原理及其放大過程外，還應積極地挖掘其中的思政元素。即挖掘出“基本放大電路”所蘊含的“內因和外因的辯證關系原理”，并據此引導學生正確對待內因和外因的關系，辯證地看待機遇，只要練好內功，就一定能夠“放大”出光彩艷麗的人生。又如，在“555 定時器”實驗教學中，學生歷經“先仿真、后實驗”之后就會充分意識到，“555 定時器”芯片雖小但功能非常強大。此時，教師可引入華為芯片斷供等案例啟發學生思考如何破解缺芯困境。然后，進一步讓學生認識到，只有掌握了核心技術才能在關鍵技術上有自主權和話語權，從而激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。[12]

六、基于“三融合”理念的電子技術課程教學改革實踐與成效

近年來，項目組成員積極進行該項目的研究與實踐工作。隨著研究與實踐工作的順利開展，基于理論、仿真、實踐“三融合”理念的電子技術課程教學改革的優勢和成效相繼呈現。以數字電子技術為例，我校電氣工程及其自動化、電子信息工程及軟件工程等專業，基于“三融合”理念實施教學改革前后的學生期末考試平均成績對比，如圖2 所示。

圖2 教學改革前后數字電子技術期末考試平均成績比較

由圖2 可知，基于“三融合”理念教學改革實施之后，在考核題目難度及區分度相近的情況下，各專業學生的數字電子技術期末考試平均成績提高明顯。

再以數字電子技術實驗2021 年秋季學期期末操作考核為例。考核的對象是我校電子信息工程專業學生。考核的項目是計數器設計與測試、施密特觸發器設計與測試及多諧振蕩器設計與測試等。學生通過抽簽選擇其中一個項目進行操作考核。考核的要求是正確搭建電路、展示實驗結果及簡要回答與該項目相關的問題。在此次考核中，有32%的學生在20 分鐘內就能完成考核任務，所有學生的平均完成時間為29 分鐘。由此說明，實施基于“三融合”理念的實驗教學改革，能提高學生的實踐能力。

總之，電子技術既是電子信息類及電氣類等專業的核心課程，也是其專業基礎課程。近年來鑒于該課程傳統教學模式存在諸多不足，筆者基于理論、仿真、實踐“三融合”理念對該課程的教學進行了積極改革探索。基于“三融合”理念的電子技術課程理論教學的改革重點是深度融合仿真技術呈現理論知識。基于“三融合”理念的電子技術課程實驗教學的改革重點是遵循“先仿真、后實驗”原則。“實驗全過程評價”不可或缺，即時評價每組學生的每個實驗階段，既能督促學生認真對待每個實驗階段，又能全面掌控實驗進程。深入挖掘電子技術課程中的思政元素，自然融入課程思政，能達到潤物無聲的效果。基于理論、仿真、實踐“三融合”理念的教學改革符合新工科建設理念，教學改革探索實踐表明，改革實施后電子技術課程的教學效率和質量明顯提高。本文的教學改革策略和措施，對其他課程的教學改革亦有借鑒作用。