職業(yè)本科視域下信息化教學(xué)實(shí)踐與研究

摘" 要：文章聚焦職業(yè)本科的信息化教學(xué)，并以集成電路工程技術(shù)專業(yè)為例進(jìn)行探索。提出并實(shí)踐了一種結(jié)合在線資源、模擬軟件及實(shí)時(shí)反饋的教學(xué)模式，旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)施過(guò)程中的核心作用，突顯信息化教學(xué)的重要性。

關(guān)鍵詞：職業(yè)本科；信息化教學(xué)；集成電路工程技術(shù)專業(yè)

一、職業(yè)本科視域下信息化教學(xué)的重要性

（一）適應(yīng)社會(huì)與工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，信息化教學(xué)已經(jīng)成為發(fā)展職業(yè)教育的重要途徑。［1］工業(yè)界，尤其是集成電路工程技術(shù)領(lǐng)域，正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)模式向智能、自動(dòng)化和互聯(lián)模式的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變需要大量具備新技能和知識(shí)的技術(shù)人才。為了更好地滿足社會(huì)和工業(yè)的需求，職業(yè)本科教育必須不斷更新和改進(jìn)其教學(xué)方法和內(nèi)容。

（二）滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求

現(xiàn)代學(xué)生已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)為更為個(gè)性化和多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，信息化教學(xué)不僅可以為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和方式，還可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)和需求提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。［2］

（三）擴(kuò)展教育資源與學(xué)習(xí)空間

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可自由訪問(wèn)各種教學(xué)視頻、課件、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等資源。虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線課程等平臺(tái)也提供了一個(gè)不受時(shí)間和空間限制的學(xué)習(xí)空間。不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。

二、確定教學(xué)目標(biāo)及執(zhí)行策略

（一）教學(xué)目標(biāo)

在職業(yè)本科教育中，教學(xué)目標(biāo)更側(cè)重于學(xué)生實(shí)際技能和應(yīng)用能力培養(yǎng)，而非單純的知識(shí)傳授。［3］首要目標(biāo)是確保學(xué)生能在實(shí)際工作中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，如進(jìn)行集成電路的電路設(shè)計(jì)，學(xué)生需熟悉和掌握相關(guān)工具和技術(shù)。培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題、跨學(xué)科溝通以及持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。學(xué)生的職業(yè)倫理感和責(zé)任心也是教學(xué)的重要目標(biāo)。

（二）執(zhí)行策略

為深化集成電路工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生的理論理解和實(shí)際應(yīng)用，文章從課前、課中、課后進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目，促使學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，借助先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力。引入云計(jì)算和虛擬實(shí)驗(yàn)室等現(xiàn)代技術(shù)，確保學(xué)生獲得豐富、實(shí)時(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。設(shè)立反饋機(jī)制并進(jìn)行教師培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的持續(xù)優(yōu)化。如圖1所示。

三、信息化教學(xué)在集成電路工程技術(shù)專業(yè)中的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

（一）課前環(huán)節(jié)

1. 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

第一，根據(jù)集成電路行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)選擇重要主題。教學(xué)內(nèi)容可以重點(diǎn)討論如7nm以下的先進(jìn)制程技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)的低功耗設(shè)計(jì)。定期更新課程內(nèi)容確保與行業(yè)同步，為學(xué)生的學(xué)術(shù)和職業(yè)成功打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第二，從基礎(chǔ)到高級(jí)的內(nèi)容遞進(jìn)。集成電路工程的教學(xué)設(shè)計(jì)需確保內(nèi)容從基礎(chǔ)到高級(jí)逐步遞進(jìn)，讓學(xué)生系統(tǒng)掌握技術(shù)與應(yīng)用。［4］基礎(chǔ)階段：此階段聚焦于集成電路設(shè)計(jì)的根基，如半導(dǎo)體物理、基本數(shù)字邏輯和初級(jí)模擬電路設(shè)計(jì)。學(xué)生從PN結(jié)、MOSFET原理入手，再到簡(jiǎn)單的邏輯門(mén)和放大器設(shè)計(jì)。中級(jí)階段：在學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容明確后，進(jìn)入此階段，深入到更為復(fù)雜的數(shù)字和模擬電路設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)及頻率響應(yīng)概念。高級(jí)階段：此階段聚焦于前沿技術(shù)，如多核處理器設(shè)計(jì)、深度學(xué)習(xí)芯片、低功耗如DVFS，以及先進(jìn)制程如7nm和5nm工藝。第三，與企業(yè)合作，了解行業(yè)最新需求。學(xué)校應(yīng)主動(dòng)與如臺(tái)積電、紫光國(guó)微和長(zhǎng)電科技等知名集成電路公司建立合作，使教學(xué)內(nèi)容能及時(shí)反映行業(yè)最新需求。合作方式包括定期的技術(shù)研討會(huì)和學(xué)生實(shí)習(xí)項(xiàng)目，這不僅使教師保持了與行業(yè)的同步，也為學(xué)生提供了真實(shí)的實(shí)踐機(jī)會(huì)。［5］企業(yè)還可進(jìn)一步為學(xué)生提供設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，將其融入課程中，這樣既鍛煉學(xué)生的實(shí)際技能，也培育學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和解決問(wèn)題的能力。學(xué)校應(yīng)激勵(lì)教師直接參與企業(yè)研發(fā)或?qū)嵺`，確保教學(xué)內(nèi)容始終與行業(yè)前沿保持一致。

2. 選擇信息化教學(xué)工具

第一，虛擬實(shí)驗(yàn)室和模擬軟件的預(yù)備與配置。為確保學(xué)生深入理解，選擇如Cadence、Mentor Graphics和Synopsys等全面涵蓋設(shè)計(jì)流程的工具。考慮到模擬需求，實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)配置應(yīng)滿足高計(jì)算量，同時(shí)預(yù)留升級(jí)空間，設(shè)立集中許可服務(wù)器，方便隨時(shí)訪問(wèn)。此外，與軟件供應(yīng)商維持緊密合作，不僅確保軟件版本更新，還可能獲得教育優(yōu)惠，為學(xué)校節(jié)約資金。第二，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的預(yù)覽與資源準(zhǔn)備。在信息化教學(xué)中，選擇穩(wěn)定的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，根據(jù)課程框架，講義、視頻、模擬實(shí)驗(yàn)和在線測(cè)驗(yàn)等有序集成，保證內(nèi)容既達(dá)標(biāo)又富有互動(dòng)性。優(yōu)異的平臺(tái)的反饋機(jī)制，能幫助學(xué)生更好掌握知識(shí)。使用SSL證書(shū)、備份數(shù)據(jù)和設(shè)置防火墻等保障平臺(tái)的安全性和隱私性，確保學(xué)生在安全環(huán)境中學(xué)習(xí)。

3. 教學(xué)策略與方法

第一，翻轉(zhuǎn)課堂的預(yù)備材料與任務(wù)分發(fā)。翻轉(zhuǎn)課堂策略的核心在于先讓學(xué)生預(yù)習(xí)基礎(chǔ)概念，再在課堂上進(jìn)行深度討論。為實(shí)現(xiàn)此策略，先為學(xué)生提供明確的預(yù)備材料，再通過(guò)在線平臺(tái)，明確指派預(yù)習(xí)任務(wù)，并設(shè)置明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。完成預(yù)習(xí)后，學(xué)生可通過(guò)在線測(cè)驗(yàn)進(jìn)行知識(shí)鞏固，同時(shí)為教師提供關(guān)于學(xué)生掌握情況的反饋。

第二，項(xiàng)目為本的學(xué)習(xí)資料與案例準(zhǔn)備。集成電路工程技術(shù)教學(xué)中，項(xiàng)目為本的學(xué)習(xí)策略尤為重要。挑選行業(yè)內(nèi)代表性的項(xiàng)目，深入分析關(guān)鍵技術(shù)和工程流程，為學(xué)生提供詳盡的背景、技術(shù)需求和解決方案。教師還可以整合一些實(shí)際案例，顯示常見(jiàn)的技術(shù)問(wèn)題及其應(yīng)對(duì)方法。

（二）課中環(huán)節(jié)

1. 實(shí)施教學(xué)活動(dòng)

信息化教學(xué)的引導(dǎo)與實(shí)施。教學(xué)中教師需要進(jìn)行具體信息化工具操作引導(dǎo)。例如，在使用SPICE模擬軟件進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)時(shí)，教師演示如何設(shè)置模型參數(shù)、進(jìn)行電路仿真及解讀仿真結(jié)果，指導(dǎo)學(xué)生處理常見(jiàn)的模擬誤差或軟件操作問(wèn)題，并保持與學(xué)生的實(shí)時(shí)互動(dòng)。同時(shí)，信息化工具應(yīng)與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，基礎(chǔ)理論可以用講授和PPT闡述，而在具體應(yīng)用時(shí)引入模擬軟件和虛擬實(shí)驗(yàn)室。例如可利用LTSpice或其他模擬軟件，實(shí)時(shí)展示信號(hào)傳輸過(guò)程和電路響應(yīng)，幫助學(xué)生直觀理解。［6］

實(shí)時(shí)互動(dòng)與在線討論組織。在教學(xué)中，即時(shí)的交流機(jī)制能夠幫助學(xué)生更深入地理解和消化所學(xué)內(nèi)容。教師通過(guò)在線平臺(tái)提問(wèn)，鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)人或者分組分享使用模擬軟件或虛擬實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，遇到的問(wèn)題和解決方法，促使其進(jìn)行深度思考，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的掌握。這些方式不僅能幫助學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題，還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

2. 用具與技術(shù)的應(yīng)用

其一，注重云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)用。通過(guò)云計(jì)算為學(xué)生提供高效的模擬環(huán)境，大數(shù)據(jù)帶來(lái)真實(shí)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生進(jìn)行電路分析和優(yōu)化。此應(yīng)用不僅加速模擬結(jié)果的獲取，還鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力。與此相結(jié)合，實(shí)時(shí)交流使學(xué)生分享云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)，加深理解和交流，使教學(xué)更具實(shí)際性和效率。其二，虛擬實(shí)驗(yàn)室和模擬軟件的實(shí)際操作與指導(dǎo)。使用虛擬實(shí)驗(yàn)室和模擬軟件，如SPICE和Cadence等，已成為學(xué)生理解和設(shè)計(jì)電路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些工具允許學(xué)生在無(wú)實(shí)際硬件的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化。在初學(xué)階段，教師介紹主要功能和操作技巧。當(dāng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)時(shí)，教師提供實(shí)時(shí)反饋，幫助學(xué)生解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，理解模擬結(jié)果，并給出優(yōu)化建議。通過(guò)這種方式，學(xué)生不僅能更深入地理解集成電路原理，還能在實(shí)際設(shè)計(jì)中鍛煉和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

3. 學(xué)生參與與合作

學(xué)生參與方式如下：其一是小組合作的組織與引導(dǎo)。為形成高效團(tuán)隊(duì)，根據(jù)任務(wù)的復(fù)雜性，建議每個(gè)團(tuán)隊(duì)由4-6名學(xué)生組成，組隊(duì)時(shí)考慮學(xué)生的技術(shù)背景、經(jīng)驗(yàn)和興趣。一個(gè)團(tuán)隊(duì)可以包含一名擅長(zhǎng)模擬的學(xué)生、一名擅長(zhǎng)數(shù)字設(shè)計(jì)的學(xué)生，和一名對(duì)通信技術(shù)有濃厚興趣的學(xué)生，確保團(tuán)隊(duì)在遇到問(wèn)題時(shí)能從多角度思考。團(tuán)隊(duì)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，列出目標(biāo)、分工和期望的成果、分享進(jìn)度、交換想法并實(shí)時(shí)協(xié)作。其二是在線討論的協(xié)調(diào)與監(jiān)管。在線討論為學(xué)生創(chuàng)造跨越時(shí)空的溝通機(jī)會(huì)。教師預(yù)設(shè)討論議題，確保其與課程目標(biāo)對(duì)齊，引導(dǎo)學(xué)生深入探討。為確保全員參與，教師應(yīng)鼓勵(lì)沉默學(xué)生在此平臺(tái)發(fā)聲，并適度調(diào)節(jié)活躍學(xué)生，確保發(fā)言平衡。在線平臺(tái)的數(shù)據(jù)功能可助教師監(jiān)控討論活躍度和參與情況，以優(yōu)化策略。［6］

（三）課后環(huán)節(jié)

1. 反饋與評(píng)價(jià)

首先，利用在線工具對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)工具如在線問(wèn)卷和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)功能，教師能迅速捕捉學(xué)生的掌握狀況。這些工具不僅為教師提供答題數(shù)據(jù)，還解釋學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)上存在的困惑。基于系統(tǒng)生成的統(tǒng)計(jì)，教師可調(diào)整教學(xué)方法。評(píng)估工具中的評(píng)論功能使學(xué)生提出反饋，為教師提供寶貴的教學(xué)指導(dǎo)。其次，學(xué)生作業(yè)與項(xiàng)目的提交與批改。目前，數(shù)字化的學(xué)生作業(yè)和項(xiàng)目提交方式已普及，在線平臺(tái)支持作業(yè)提交及批改，使教師和學(xué)生互動(dòng)更為便捷。學(xué)生提交作業(yè)不受時(shí)空限制，而教師在線批改，直接對(duì)作業(yè)進(jìn)行標(biāo)注。先進(jìn)系統(tǒng)的自動(dòng)化批改功能也出現(xiàn)，為教師節(jié)省時(shí)間，但深度評(píng)審仍需人工介入。教師在評(píng)估時(shí)，除核查基礎(chǔ)知識(shí)，還需重視學(xué)生的創(chuàng)新與應(yīng)用技巧。

2. 課后輔導(dǎo)與支持

第一，提供在線答疑與一對(duì)一指導(dǎo)。通過(guò)在線答疑允許學(xué)生實(shí)時(shí)提問(wèn)，避免知識(shí)斷層，對(duì)于深入的技術(shù)難題，一對(duì)一視頻指導(dǎo)成為關(guān)鍵，允許教師為學(xué)生提供針對(duì)性的指導(dǎo)。隨著技術(shù)進(jìn)步，AI助教現(xiàn)已能提供初級(jí)答疑，能為教師釋放更多時(shí)間。

第二，提供額外的學(xué)習(xí)資源與材料。額外學(xué)習(xí)資源是深化與拓展學(xué)生知識(shí)的關(guān)鍵，鑒于集成電路行業(yè)技術(shù)更新迅速，教師應(yīng)定期推薦相關(guān)的研究論文、技術(shù)報(bào)告和在線講座，使學(xué)生掌握行業(yè)新動(dòng)態(tài)，并培育實(shí)踐能力。引入實(shí)際應(yīng)用案例和行業(yè)新聞可以提高學(xué)生興趣，明確職業(yè)方向。在提供資源時(shí)，教師需指導(dǎo)學(xué)生如何篩選與高效利用，確保其既可以吸納新知，也能平衡學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

3. 持續(xù)學(xué)習(xí)與拓展

第一，為學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)的平臺(tái)與機(jī)會(huì)。教育機(jī)構(gòu)應(yīng)與行業(yè)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)合作，提供學(xué)生實(shí)習(xí)和短期研究項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，使其接觸前沿技術(shù)并積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。學(xué)校應(yīng)在在線平臺(tái)上更新高級(jí)課程和講座，幫助學(xué)生跟進(jìn)行業(yè)動(dòng)態(tài)。鼓勵(lì)學(xué)生參與技術(shù)競(jìng)賽，激發(fā)創(chuàng)新思維，提供與優(yōu)秀同行交流的平臺(tái)。第二，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣與能力。為培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)校應(yīng)設(shè)計(jì)真實(shí)行業(yè)案例，讓學(xué)生在解決中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。包括最新的研究論文、行業(yè)報(bào)告、模擬軟件和設(shè)計(jì)工具，及各類電路的實(shí)例和解決方案。設(shè)立在線討論區(qū)，鼓勵(lì)學(xué)生與教師、行業(yè)專家交流。

4. 教學(xué)資源的整合與共享

第一，創(chuàng)建、篩選和整合開(kāi)放教育資源。教師需主動(dòng)挖掘、收集和整理與集成電路工程技術(shù)專業(yè)相關(guān)的在線教育資源。邀請(qǐng)專家和教師對(duì)這些資源進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選，確保其質(zhì)量和實(shí)用性。對(duì)資源進(jìn)行整合、分類和標(biāo)簽，方便師生檢索和使用。

其二，建立與行業(yè)、企業(yè)的資源共享機(jī)制。學(xué)校可以與相關(guān)的行業(yè)協(xié)會(huì)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立長(zhǎng)期的合作關(guān)系，共同開(kāi)發(fā)、使用和更新教學(xué)資源。不僅可使學(xué)習(xí)走進(jìn)實(shí)際，還可提高學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

5. 評(píng)估與反饋機(jī)制的建立

首先，利用數(shù)據(jù)分析對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行追蹤和診斷。隨著在線教育平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可以被捕獲和分析。通過(guò)對(duì)學(xué)生的在線測(cè)試成績(jī)、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、參與討論的活躍度等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行精確追蹤。教師可以有針對(duì)性地為學(xué)生提供輔導(dǎo)，或者調(diào)整相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)方法。

其次，定期收集學(xué)生和教師的反饋，不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。除了利用數(shù)據(jù)分析，直接獲取學(xué)生和教師的反饋也是優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可以設(shè)定在線問(wèn)卷或反饋渠道，讓學(xué)生和教師對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)方法、在線平臺(tái)功能等方面提供意見(jiàn)和建議。定期組織教學(xué)評(píng)估和反思活動(dòng)，面對(duì)面討論和交流，這對(duì)于捕獲潛在問(wèn)題和分享成功經(jīng)驗(yàn)都有很大幫助。

四、結(jié)語(yǔ)

集成電路工程技術(shù)這一專業(yè)性強(qiáng)、實(shí)踐性重的領(lǐng)域，尤為需要采納新的教學(xué)方法和策略。從課前的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、工具選擇，到課中的實(shí)際執(zhí)行與學(xué)生互動(dòng)，再到課后的反饋與評(píng)價(jià)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以通過(guò)信息化手段進(jìn)行優(yōu)化和提升。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和教育理念的更新，信息化教學(xué)將持續(xù)推動(dòng)這一專業(yè)向更高的水平邁進(jìn)。

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（薦稿人：顧潤(rùn)龍，蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)教授）

（責(zé)任編輯：楊毅恒）

基金項(xiàng)目：2023 年度校級(jí)職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“職業(yè)本科視域下信息化教學(xué)實(shí)踐與研究——以集成電路工程技術(shù)專業(yè)為例”（項(xiàng)目編號(hào)：JG2023041）。

作者簡(jiǎn)介：李敏（1984—），女，本科，蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)講師，研究方向?yàn)閼?yīng)用電子、集成電路。