面向新工科的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)模式探索與實(shí)踐

楊秀

摘要：該文主要將模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)與新工科建設(shè)的要求結(jié)合，分析模擬電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題。利用新工科的理念，分別從教學(xué)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法及評(píng)價(jià)體系四個(gè)方面進(jìn)行課程改革探索與創(chuàng)新，并結(jié)合應(yīng)用型本科學(xué)生特點(diǎn)完善教學(xué)方案，使模擬電子技術(shù)的課程建設(shè)更適用于培養(yǎng)面向新工科的工程人才。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù);新工科;實(shí)踐能力;仿真教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP3 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）31-0200-02

1研究背景分析

自2017年教育部發(fā)布關(guān)于開展“新工科”的研究與實(shí)踐以來(lái)，為了響應(yīng)建設(shè)新工科的號(hào)召與要求，各高校都對(duì)如何建設(shè)新工科與培養(yǎng)面向新工科的工程人才進(jìn)行了探討。在教育部發(fā)布的文件中指出新工科的建設(shè)要根據(jù)各類高校自身特點(diǎn)開展不同的研究。巢湖學(xué)院作為地方應(yīng)用型高校開展新工科應(yīng)為地方新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)，從而為地方新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供人才保障。為了落實(shí)新工科的人才培養(yǎng)建設(shè)，培養(yǎng)適用于社會(huì)新經(jīng)濟(jì)的人才，一方面高校要關(guān)注新產(chǎn)業(yè)新技術(shù)的發(fā)展方向，設(shè)置適新的專業(yè)課程如人工智能、新能源等，而另一方面一些相關(guān)專業(yè)課程也需要改革和創(chuàng)新以達(dá)到新工科的進(jìn)一步要求。

2課程現(xiàn)狀與問(wèn)題分析

《模擬電子技術(shù)》是工科電子信息類、電氣自動(dòng)化類學(xué)生的核心的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程具有涉及知識(shí)點(diǎn)多，相關(guān)概念理解比較抽象，電路的分析計(jì)算量大等特點(diǎn)，大量的知識(shí)點(diǎn)記憶與復(fù)雜的計(jì)算往往使學(xué)生對(duì)這門課程失去興趣，更忽略了這門課程的工程特性。隨著近幾年長(zhǎng)三角地區(qū)半導(dǎo)體與集成電路等工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)人才的需求從實(shí)踐到創(chuàng)新都有更高的要求，且在互聯(lián)網(wǎng)+的熱潮下，當(dāng)代大學(xué)生接觸信息的途徑多樣化，傳統(tǒng)的《模擬電子技術(shù)》的授課方式不在適用于當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，探索與新工科相適應(yīng)的新教學(xué)模式才能保障培養(yǎng)的人才可以為社會(huì)所用。完善《模擬電子技術(shù)》課程的人才培養(yǎng)方法應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)安排、教學(xué)方法使用、教學(xué)效果考核三方面綜合進(jìn)行反思與改進(jìn)。

2.1教學(xué)內(nèi)容安排不適用新工科發(fā)展趨勢(shì)

新工科建設(shè)的目的是培養(yǎng)學(xué)生可以服務(wù)于新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系，面對(duì)未來(lái)引領(lǐng)新的科技改革與發(fā)展。因此面向新工科的人才的培養(yǎng)應(yīng)更注重實(shí)踐性與創(chuàng)新性，要密切關(guān)心相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)片的集成度與低功耗的要求的提升，從新的半導(dǎo)體材料到新元件的設(shè)計(jì)思路與輔助設(shè)計(jì)方法都在不斷地根據(jù)需求發(fā)生變化。因此作為工程性較強(qiáng)的課程一方面要更新教學(xué)內(nèi)容，引入新的應(yīng)用理念，另一方面要根據(jù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)調(diào)整課程的側(cè)重點(diǎn)，以保障教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性。

2.2傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端

模擬電子技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容較多，理論性與實(shí)踐性要求較高，從歷年整體的教學(xué)效果分析，模電是在電類課程中學(xué)生掌握較差的專業(yè)基礎(chǔ)課程。主要的問(wèn)題體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①課程內(nèi)容較多而課時(shí)數(shù)有限。學(xué)好模擬電子技術(shù)課程需要學(xué)生做好充分的課前預(yù)習(xí)和課后的復(fù)習(xí)。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)預(yù)習(xí)任務(wù)大多靠學(xué)生的自覺(jué)性，然而應(yīng)用型本科院校學(xué)生往往主觀能動(dòng)性不夠，特別是對(duì)于較難理解的理論概念，學(xué)生很容易失去興趣而放棄，很少主動(dòng)預(yù)習(xí)功課。課后的復(fù)習(xí)主要以習(xí)題為主的作業(yè)形式，實(shí)踐能力沒(méi)有得到培養(yǎng)和鍛煉。因此需要教師改變教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)的完成學(xué)習(xí)任務(wù)。②教學(xué)內(nèi)容重理論和計(jì)算，而技能應(yīng)用的能力培養(yǎng)較弱。模擬電子技術(shù)中對(duì)不同元件構(gòu)成或不同結(jié)構(gòu)電路中相關(guān)參數(shù)的性能指標(biāo)的分析，通常通過(guò)大量計(jì)算分析總結(jié)，占用時(shí)間較多，然而在計(jì)算機(jī)技術(shù)仿真技術(shù)已經(jīng)很成熟的現(xiàn)在，應(yīng)該將新的技術(shù)引入課堂與實(shí)際工程應(yīng)用更貼合。

2.3教學(xué)考核評(píng)價(jià)不合理

現(xiàn)有的模擬電子技術(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)分為期末考試成績(jī)（70%）與平時(shí)成績(jī)（30%），平時(shí)成績(jī)的考核包括考勤、作業(yè)與課堂提問(wèn)。雖然平時(shí)成績(jī)考慮到對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程記錄，但針對(duì)60人左右的班級(jí)授課，在課堂上教師并不能兼顧到每個(gè)人的表現(xiàn)情況，作業(yè)和提問(wèn)的評(píng)價(jià)并不能全面客觀的反映真實(shí)的學(xué)習(xí)情況。期末考試卷面成績(jī)所占比例很大，這樣的考核導(dǎo)向使學(xué)生只關(guān)注考試范圍和考試重點(diǎn)，出現(xiàn)了應(yīng)付考試的現(xiàn)象，這樣機(jī)械性的記憶方式容易使學(xué)生忽略了學(xué)科的工程背景與實(shí)踐意義，與新工科提倡的實(shí)踐能力不相符。因此學(xué)生的考核機(jī)制應(yīng)更注重學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程管理，應(yīng)建立以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為目標(biāo)且更細(xì)致的學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)督與考核機(jī)制。

3研究改革方案

為了適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)方案的要求，全國(guó)各高校已經(jīng)針對(duì)傳統(tǒng)授課模式的弊端掀起了教學(xué)改革研究熱潮[1]。例如很多高校開始嘗試?yán)没ヂ?lián)網(wǎng)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC大規(guī)模開放式在線課程的教學(xué)模式等。在新工科的背景下，巢湖學(xué)院也積極響應(yīng)，在教學(xué)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索一條適合于地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的人才培養(yǎng)模式。隨著科技的發(fā)展，針對(duì)模擬電子技術(shù)課程出現(xiàn)的以上新的問(wèn)題已經(jīng)開始探索新的教學(xué)模式，例如部分內(nèi)容采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行教學(xué)，引入雨課堂的教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生興趣等，但仍然需要更系統(tǒng)的教學(xué)改革方案，以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

面向新工科的模擬電子技術(shù)教學(xué)改革研究， 主要從教學(xué)內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)安排、教學(xué)方法使用、教學(xué)效果考核三方面進(jìn)行開展，主要研究?jī)?nèi)容如下：

3.1課程結(jié)構(gòu)調(diào)整

從課程整體內(nèi)容上模擬電子技術(shù)中設(shè)計(jì)的三種主要的核心元件二極管、三極管、集成運(yùn)放。一方面在分立元件的講解安排中對(duì)雙極結(jié)型的晶體管（BJT）的講解時(shí)間安排優(yōu)先，且內(nèi)容所占比例較大，而對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管（FET）的課時(shí)安排較少。而結(jié)合近幾年BJT與MOSFET管的工藝發(fā)展趨勢(shì)，MOSFET集成的程度強(qiáng)于BJT的集成度，更適用于電子設(shè)備微型化的發(fā)展趨勢(shì)。另一方面“中國(guó)制造2025”的提出為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了更大的發(fā)展空間[2]，特別是長(zhǎng)三角地區(qū)的集成電路產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展迅速，合肥也是在這樣趨勢(shì)中發(fā)展起來(lái)的重要城市，巢湖學(xué)院作為服務(wù)于地方性的院校，應(yīng)當(dāng)與企業(yè)需求相接軌，加強(qiáng)對(duì)集成運(yùn)算電路部分的學(xué)習(xí)，重視培養(yǎng)學(xué)生對(duì)集成電路的理解與應(yīng)用能力更適用于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展要求。

3.2課程內(nèi)容調(diào)整

新型材料、新的技術(shù)的注入使現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展迅速。新工科的建設(shè)不能僅局限于基本理論、局限于參考教，應(yīng)跟貼近于現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展。在集成電路發(fā)展的后摩爾時(shí)代，傳統(tǒng)的CMOS技術(shù)面臨著發(fā)展的束縛，在模擬電子技術(shù)課程中在保障學(xué)生掌握基本理論概念基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)?shù)匾肴琏捠綀?chǎng)效晶體管FinFET、薄體SOI等新的器件[3]。重點(diǎn)通過(guò)新的器件外部參數(shù)優(yōu)勢(shì)的介紹引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提高學(xué)生對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的興趣。

3.3教學(xué)方法

面向新工科的教學(xué)方案的制定應(yīng)以學(xué)生為主體，以實(shí)踐教學(xué)為導(dǎo)向，重在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。通過(guò)對(duì)模擬電子技術(shù)課程的特點(diǎn)分析制定如下教學(xué)方案，如圖1。

課前引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，利用小視頻的方式引導(dǎo)學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作?？紤]到學(xué)生的接受能力與時(shí)間安排，設(shè)置視頻時(shí)間為10-15分鐘為佳。視頻內(nèi)容首先應(yīng)包含每節(jié)課的重要知識(shí)點(diǎn)，并以圖片及動(dòng)畫結(jié)合方式講述相關(guān)概念，盡量在沒(méi)有教師的監(jiān)督下使學(xué)生集中注意力。設(shè)置相關(guān)的測(cè)試題或思考題。這樣學(xué)生就可以將課前學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題反饋到課堂上，從而提高課堂的學(xué)習(xí)效果。

課上要以學(xué)生為主導(dǎo)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如采用項(xiàng)目式教學(xué)?？梢葬槍?duì)教學(xué)內(nèi)容的幾節(jié)或者幾個(gè)單元的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)項(xiàng)目。項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)在的科技發(fā)展方向并且盡量貼近生活，對(duì)學(xué)生有較強(qiáng)的吸引力，通過(guò)理論輔導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐及時(shí)反饋理論學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用Proteus 等仿真軟件可以使整個(gè)教學(xué)活動(dòng)變得直觀，這樣也可以加課堂教學(xué)的效果。例如在模擬電路的分析中，與工程實(shí)踐結(jié)合通常引入估算的方法簡(jiǎn)化電路模型，如將通過(guò)數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的BJT小信號(hào)模型簡(jiǎn)化成只有電阻與電流控電流源的兩個(gè)元件，傳統(tǒng)方法講解簡(jiǎn)化過(guò)程只做定性的分析，學(xué)生印象不深刻，如果具體計(jì)算數(shù)值則占用時(shí)間過(guò)多，利用仿真軟件可以直觀的驗(yàn)證模型化簡(jiǎn)前后得到的輸出值，讓學(xué)生消除對(duì)估算方法的疑慮，為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)模擬電路的新的方法，方便學(xué)生課后的拓展學(xué)習(xí)。仿真軟件也更方便在課上更直觀的觀察模擬信號(hào)的處理效果，例如利用軟件仿真觀察二極管整流、穩(wěn)壓等電路，從輸入輸出波形對(duì)比中更直觀的觀測(cè)信號(hào)的變化。

課后除了日常的作業(yè)外還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，可以以小組的形式布置設(shè)計(jì)性任務(wù)，作業(yè)的反饋以搭建仿真電路與撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的方式體現(xiàn)。任務(wù)的布置注重培養(yǎng)學(xué)生的查閱文獻(xiàn)收集材料的能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和主觀能動(dòng)性。以小組的合作的形式既可以降低每個(gè)人的工作量，又可以集思廣益相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。

3.4教學(xué)效果考核

教學(xué)考核評(píng)價(jià)應(yīng)重視過(guò)程考核，使該門課程成績(jī)能夠正確的反映學(xué)生的綜合能力。針對(duì)上述的教學(xué)方案實(shí)行對(duì)學(xué)生課前、課上、課后的全面考核，將考核貫穿于學(xué)習(xí)的全過(guò)程。日常的學(xué)習(xí)記錄包括通過(guò)課前小視頻的預(yù)習(xí)情況，課上出勤、提問(wèn)、討論情況，課下作業(yè)與設(shè)計(jì)性任務(wù)的完成情況等多個(gè)方面綜合考慮。

4 要解決的問(wèn)題

4.1如何結(jié)合面向新工科的教學(xué)方法與應(yīng)用型本科學(xué)生教學(xué)特點(diǎn)

應(yīng)用型本科人才的主要特征是“具有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力，能夠創(chuàng)造性地運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題”[4]。正在使用的教材一般基礎(chǔ)理論偏多偏深，應(yīng)用型本科的學(xué)生理論基礎(chǔ)與計(jì)算能力稍差，因此在結(jié)構(gòu)內(nèi)容調(diào)整中要注意結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，減少定量計(jì)算將重點(diǎn)放到電子元件主要外部參數(shù)及電路的應(yīng)用和分析上。在電路應(yīng)用與分析上，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方案，方案選取要貼近生活且結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，例如以心電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)為例學(xué)習(xí)濾波電路、基本比較運(yùn)算放大器，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

4.2 如何建立完善的約束機(jī)制

為了適應(yīng)新工科建立的教學(xué)方案將教學(xué)時(shí)間延伸到課外，提高了課堂效率。但對(duì)于自制力較差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有及時(shí)完成課前課后的任務(wù)，那么在課上就會(huì)得到相反的效果。因此除了在改善教學(xué)內(nèi)容提高學(xué)生興趣外建立完善的約束機(jī)制也很重要。課前預(yù)習(xí)的監(jiān)督方法可以通過(guò)在線的教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行記錄，如學(xué)生是否登陸，在線學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)以及建立論壇進(jìn)行交流等。課后設(shè)計(jì)任務(wù)的監(jiān)督可以從仿真結(jié)果與總結(jié)報(bào)告兩方面體現(xiàn)，這樣有利于對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行的監(jiān)督約束。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以新工科建設(shè)理念為指導(dǎo)，分析了模擬電子技術(shù)課程內(nèi)容安排、教學(xué)方法及考核評(píng)價(jià)上存在的問(wèn)題。在教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)上根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，根據(jù)電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)引入新的內(nèi)容，以培養(yǎng)面向新工科的人才為目標(biāo)做好學(xué)科建設(shè)。在教學(xué)方法上充分利用互聯(lián)網(wǎng)+優(yōu)勢(shì)將線上與線下教學(xué)結(jié)合，以學(xué)生為主導(dǎo)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)。在教學(xué)效果考核上注重過(guò)程評(píng)價(jià)，加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)能力考核。在學(xué)科建設(shè)中突出強(qiáng)調(diào)與應(yīng)用型本科學(xué)生特點(diǎn)相結(jié)合，注重培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新性的新工科技術(shù)性人才。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】