新工科背景下數字電子課程的教學改革探索*

黃建平 白雪冰 張佳薇 李東宸

東北林業大學機電工程學院 黑龍江哈爾濱 150040

0 引言

當前，大國競爭加劇，為提高我國的國際競爭力，主動應對科技和產業革命，適應國家戰略發展要求，教育部積極推進新工科建設，并相繼出臺了“雙一流”建設、“雙萬計劃”等相關政策，使我國高等教育邁入了內涵發展、質量提升、改革攻堅的關鍵時期[1]。高等教育是人才培養的搖籃，是培育卓越工程師的主要渠道，在全面提高人才培養能力、建設高等教育強國的關鍵階段，不斷完善頂層設計的同時，作為政策實施落腳點的課程被日漸關注，課程質量是教育的基石，是提高工程教育人才培養質量的最后一公里。

數字電子技術是電子信息類專業重要的學科基礎課，是學習多門電子類課程的基礎。伴隨著教育改革的推進，原有的基礎理論傳授已不能滿足新工科、工程教育認證等多種工程教育變革的需求，課程目標需由單一知識傳授轉變為綜合能力培養，課程焦點也需完成以教師為中心向以學生為中心的轉變。因此，有必要對電類工科專業基礎課程——數字電子技術進行教學改革。近年來，國內外的教學研究人員從教學模式、教學內容、教學設計等方面開展了大量的改革和探索工作，如以成果導向為目標的課程教學改革[2-3]、“以學生為中心”的研討和翻轉課堂教學[4]、PBL 教學法[5]，項目式驅動教學[6-8]，線上+線下混合式教學實踐[9-12]，理論與實踐虛實結合的多元融合教學改革[13]，融合課程思政的教學改革[14-15]等。

本文以數字電子技術課程為例，從課程目標、教學方式、教學內容和考核評估等方面展開教學改革探討，將現代信息技術與課程教學深度融合，增強學生工程意識，培養學生解決實際工程問題的能力，使學生能夠適應新時代背景下的人才需求。

1 傳統教學分析

1.1 經典理論與行業發展

伴隨著半導體技術進步，集成電路進入了快速發展的時代，芯片種類繁多，更迭不斷。數字電子技術作為一門傳統的學科基礎課，幾十年來課程內容多以邏輯代數、門電路、觸發器等內容為主，雖然這些內容是深入學習和應用電子技術相關課程的基礎，但在行業競爭加劇和企業人才培養成本高的雙重壓力下，企業需要高校能夠最大限度地縮短“學”與“用”之間的距離，因此，僅滿足知識獲取的課程目標已不能滿足行業與用人單位的需求。如何在有限的學時內，使學生掌握基礎理論的同時，具備相應的工程實踐和開拓創新能力，是課程改革過程中的難點。

1.2 教師講授與學生自學

傳統教學的學習過程主要以任課教師課堂講授為主，因為在網絡課程出現之前，學生獲取教學資源的手段較為單一。隨著慕課、微課、云課堂等開放式網絡課程平臺的興起，學生可多種渠道獲取優秀的教育資源，教師的任務和身份也需隨之進行轉換。如何在合理利用網絡資源的同時，避免教育的同質化，提升學生信息整理和自我學習的能力是教學改革中亟待解決的重要問題。

1.3 傳統筆試與項目考核

傳統教學過程多以期末的筆試考核為主，學生學習過程松懈、考前突擊的現象較為嚴重，這樣的學習過程無法對新工科理念“培養卓越工程人才”和工程教育認證“注重學生能力培養”的目標進行有效支撐。項目式的考核方式有助于增強學生的工程能力，但在分數量化和評分客觀性方面較難掌控。如何在發揮傳統筆試客觀、高效優勢的同時，增強學生的學習主動性和課程管理的科學性，是課程改革中的重點。

2 課程目標修訂

數字電子技術原有理論教學學習的目標是使學生掌握數字電子技術相關的基本理論和基礎知識，掌握數字電路的基本分析方法，具備一定的數字電路分析、設計能力。該課程目標注重學生數字電子技術相關基礎理論知識和能力的培養，無法滿足新工科背景下學生實踐能力和工程素養的高要求?；谝陨详U述，課程結合專業畢業要求，對課程目標進行了修訂，具體如下。

1）知識目標：掌握邏輯代數的基本理論、常用數字電路的結構、工作原理；掌握基本數字電路的輸入輸出特性；理解數字電路的電氣參數指標；掌握數字電路中的國際標準邏輯符號和英文專業詞匯；掌握常用電子器件、集成芯片的原理及其應用；掌握各種典型數字電路的功能、分析和設計方法。

2）能力目標：能夠利用數字電路的基本理論和基礎知識對實際應用問題進行抽象，設計數字邏輯電路，初步具備一定的數字電路的分析、設計和解決實際問題的能力。

3）素質目標：能夠針對學習任務自覺開展預習、復習和總結，具備良好的學習習慣。通過電子技術的發展、典型案例的分析和電路設計等環節，使學生具備綠色、環保意識，引導學生樹立正確的生態文明觀念。

3 教學方式轉變

信息時代，技術更新壓力日益顯著，自我學習能力是保持學生未來在從業崗位保持競爭力的關鍵要素。因此，在課程教學過程中要有意識地培養學生具備知識更新的能力。網絡資源是實現這一目標的有效途徑，并且可為課程在有限課時進行工程化教學提供必要的補充。同時，在疫情防控常態化的環境下，實施線上+線下混合的教學模式、實現線上+線下的無縫銜接是對課程的基本要求。因此，本課程采用學習通、雨課堂、騰訊會議、QQ 群等多平臺相結合的課程教學方式。

1）以學校的網絡教學平臺超星學習通為依托，建設數字電子技術課程的教學資源，為學生提供包括學習課件、課程微視頻、課程學習計劃等各類教學資源，并且作為平時作業、階段測驗、討論交流和意見反饋平臺。同時以國家級網絡教學平臺教育在線、中國大學MOOC 平臺等作為課程的拓展補充。

2）在線教學采用雨課堂+騰訊會議結合的教學模式，充分發揮各平臺的實時、交流和互動等作用，提高在線教學效果。

3）采用QQ 群作為即時溝通平臺，完成通知發布、答疑交流等功能。

多樣化的教學手段可為課程學習的全過程管理提供幫助。課程在開課前，通過學習通和QQ 平臺發布課程資料包括課程目標、課程章節安排及學時分配等，使學生對整個課程有總體認識和了解。課程開展過程中，定期對本周的教學任務進行總結，明確下周的主要學習內容和要求。學生可根據周學習計劃，利用超星學習通的課程資源進行預習或進行課后的復習鞏固。課程結束時，通過學習通平臺發布課程目標達成評價和滿意度評價調查問卷，分析課程目標達成情況和存在的問題，為下一步改進提供依據。

4 課程改革內容

4.1 增強實踐能力

為了滿足就業單位的需求，授課過程中要求學生掌握經典理論的同時，有意識地融入工程理念，增強學生的實踐能力。具體措施如下：

1）采用啟發式教學模式，注重工程能力的培養，在課堂教學中不斷引入實際工程案例，調動學生的主動性，培養學生的工程意識，幫助學生提高分析和解決實際數字電路問題的能力；

2）教學設計過程中，注重從系統的視角去認識數字電子技術。通過對典型數字系統的分析和討論，幫助學生從知識點的應用角度建立起知識點之間的聯系。

4.2 融入課程思政

課程思政是高校立德樹人的根本任務，是教師育人的基本職責，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀是工程技術人才的基本要求。根據數字電子技術課程的特點及現狀，探索課程思政改革，開展課程思政建設。具體措施如下：

1）提高教師個人的思政和業務能力，規范課堂舉止和行為，以知識傳授為載體，培養學生踏實認真的處事作風和科學嚴謹的治學態度；

2）在教學活動中，結合電子技術發展歷程，突出我國集成電路和大國工程的成就，同時圍繞課程特點，以實事新聞、熱點話題為突破口，強化學生自主科技創新意識，弘揚新時代奉獻精神和大國工匠精神，樹立正確的生態文明觀念，實現思政育人目標。

4.3 考核方案改進

課程目標的達成離不開完善的考核辦法，為全面反映學生的學習效果，課程采用了多樣化的考核方式，同時加大學習過程考核，及時發現和查找問題。課程考核由平時作業、隨堂測試、階段考核和期末考試等部分組成。平時作業以典型習題為主，作業體系可由基礎題、發散題和拓展題等構成。隨堂測試以課上知識點為主，主要考查課上學生對知識點的理解程度，用實時互動來調動學生課堂積極性。階段考核以考查學生的工程實踐能力為主，以工程項目命題，學生需從功能分析、系統構建、電路設計、電路仿真、功能測試、結果討論等六個方面撰寫項目設計報告，使學生構建工程項目的設計過程。期末考試以經典理論的閉卷筆試為主，客觀考核學生的知識掌握情況。

4.4 課程考核評價

隨著技術進步，知識更迭，課程需根據反饋進行有效的自我評估，保證課程目標順利達成的同時，完成課程教學改革效果的分析和總結。課程的反饋渠道廣泛，以學生的課程成績為主體，廣泛征求學生學習過程中的意見，結合同行和督導的建議，構建多方位、立體式的反饋監督機制，完成課程的評估和持續改進。為驗證課程的改革舉措是否能夠實現課程目標，本課程設計了課程目標達成的考核與評價方式，課程目標與考核方式的具體對應關系如表1 所示。

表1 課程目標達成考核與評價方式

5 結束語

本文以新工科和工程教育認證理念為指引，以學生綜合能力培養為目標，充分利用現代化網絡資源，進行數字電子技術課程的教學方式、教學內容和考核評估等方面的改革探索，通過多樣化的考核方案增強了學生的學習積極性和課程的過程管理，并通過課程評估實現課程持續改進的良性循環。通過學生課程考核成績和意見反饋渠道發現，課程改革效果良好，下一步將進一步深化教學改革實踐，充分落實教—學—評完整閉環的教學新模式。