一流本科課程條件下的教學(xué)實(shí)踐體系研究與探索

周同馳 瞿博陽(yáng) 王延召

摘 要：電路原理是本科電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，是信息科學(xué)和控制科學(xué)的重要組成部分，是研究生入學(xué)考試的專(zhuān)業(yè)課程，在整個(gè)電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程體系中起著承前啟后的重要作用。本研究根據(jù)一流本科課程的條件，從提升高校服務(wù)社會(huì)、服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力出發(fā)，結(jié)合課程目標(biāo)，探索課程教學(xué)理念、內(nèi)容、教學(xué)方法及評(píng)價(jià)體系，為地方高校學(xué)科發(fā)展提供有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電路原理;教學(xué)改革;實(shí)踐教學(xué);一流本科課程

電路原理是本科電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，是信息科學(xué)和控制科學(xué)的重要組成部分，也是研究生入學(xué)考試的專(zhuān)業(yè)課程。其理論建立在矩陣論、高等數(shù)學(xué)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等基礎(chǔ)知識(shí)之上，其技術(shù)在人工智能領(lǐng)域，如人機(jī)交互、自動(dòng)駕駛、工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)工程以及基因技術(shù)等方面都發(fā)揮著重要的作用。盡管其課程教學(xué)理論成熟，但是隨著時(shí)代與科技的發(fā)展，其教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容均缺乏創(chuàng)新，出現(xiàn)了理論與實(shí)踐相分離的現(xiàn)象。

2015年8月，黨中央、國(guó)務(wù)院適時(shí)提出“雙一流”戰(zhàn)略，即建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科的教育戰(zhàn)略決策。隨后，教育部門(mén)及高校提出了高水平的“一流本科專(zhuān)業(yè)”“一流本科課程”的建設(shè)計(jì)劃。通過(guò)戰(zhàn)略決策和地方政府的引導(dǎo)，推動(dòng)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，做強(qiáng)一流本科，建設(shè)一流專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)一流人才，全面振興本科教育，提高高校的人才培養(yǎng)能力，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展。著名教育家陶行知先生曾提出“生活即教育”“社會(huì)即學(xué)?！薄皼](méi)有生活做中心的教育是死教育”。在政策方針的引導(dǎo)下，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的改革熱潮不斷高漲，部分學(xué)?；?qū)W者開(kāi)始探索新的教學(xué)模式。2018年，王秀鳳等人以應(yīng)用為導(dǎo)向的膠體與界面化學(xué)互動(dòng)式教學(xué)改革與實(shí)踐，探索各種形式的互動(dòng)教學(xué)和實(shí)踐方法。針對(duì)教學(xué)中存在的課堂管理難度大、學(xué)習(xí)積極性不高等問(wèn)題，作者設(shè)計(jì)了混合式授課方式，以電路原理課程為例，進(jìn)行了適用于大課堂的混合式教學(xué)效果分析;楊飛等人提出了問(wèn)題啟發(fā)式的電路原理課程改革思路和方法，立足學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單問(wèn)題，從問(wèn)題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題。該方法有效提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。李靜等人將傳統(tǒng)教學(xué)模式與MOOC教學(xué)相結(jié)合，建立了發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)的混合式教學(xué)模式。

與普通本科教學(xué)相比，一流本科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程應(yīng)以服務(wù)課題研究或?qū)W科實(shí)踐為導(dǎo)向，通過(guò)理論學(xué)習(xí)指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，構(gòu)建良性循環(huán)模式，以理論學(xué)習(xí)+實(shí)踐成果的數(shù)量和質(zhì)量為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)?？傮w來(lái)講，一流本科專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)和實(shí)踐，尤其是河南省本科教學(xué)改革和實(shí)踐仍然任重道遠(yuǎn)。以電路原理課程為例，一流本科課程建設(shè)背景下，該課程在當(dāng)前的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容和課程體系中存在以下問(wèn)題：在教育教學(xué)理念方面，課程教學(xué)缺乏新穎性和多樣性，長(zhǎng)期處于弱勢(shì)地位;在教學(xué)內(nèi)容方面，課程創(chuàng)新性、綜合性和前沿性不足，思政內(nèi)容涉及過(guò)少;在課程體系設(shè)置方面，課程缺乏科學(xué)合理性;在授課方式方面，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性思維能力的培養(yǎng)不夠;在考核方式方面，考核形式單一，考核標(biāo)準(zhǔn)不完善。

根據(jù)電路原理課程教學(xué)特點(diǎn)，課程組對(duì)課前、課中和課后進(jìn)行教學(xué)、實(shí)踐、輔導(dǎo)設(shè)計(jì)，按照以學(xué)促用、以用檢學(xué)的思路，探索一流本科課程的教學(xué)內(nèi)容和體系建設(shè)，將思政元素通過(guò)實(shí)例工程項(xiàng)目或前沿技術(shù)融入理論、實(shí)踐教學(xué)，幫助學(xué)生加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解、掌握和應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在日常教學(xué)、實(shí)踐過(guò)程中，教師采用線上、線下混合式方法，通過(guò)互動(dòng)式、混合式等多樣的教學(xué)形式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，以知識(shí)圖譜的形式概括、關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)及其應(yīng)用，便于學(xué)生理解并掌握。

一、電路原理課程的教學(xué)目標(biāo)

電路原理課程是高校電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是所有強(qiáng)、弱電專(zhuān)業(yè)的必修課程。它不但是電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程體系中數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)課的后續(xù)課程，還是后續(xù)技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)，在整個(gè)電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程體系中起著承前啟后的重要作用。電路原理課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以樹(shù)立嚴(yán)肅、認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、分析計(jì)算能力、實(shí)驗(yàn)研究能力和科學(xué)歸納能力。課程的基本要求是使學(xué)生掌握電路的基本理論知識(shí)、分析計(jì)算電路的基本方法和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的初步技能，為其學(xué)習(xí)后續(xù)課程積累必要的電路知識(shí)。

二、電路原理課程體系改革的內(nèi)容

（一）教學(xué)理念

以往教學(xué)實(shí)踐與科研分離、以教為主的二元模式容易使學(xué)生“眼高手低”，電路原理課程的優(yōu)勢(shì)與特色無(wú)法得到很好展現(xiàn)。在“雙一流”建設(shè)的背景下，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才迫在眉睫。如何將教學(xué)實(shí)踐與科研進(jìn)行有效融合，讓學(xué)生學(xué)以致用、以學(xué)創(chuàng)新，已成為高等教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。

隨著“AI+”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，數(shù)字資源和智能化搜索為高校提供了豐富的教育資源。QQ、微信、公眾平臺(tái)、論壇、貼吧、MOOC等多種數(shù)字化媒體或平臺(tái)讓教學(xué)形式或教學(xué)模式不再局限于一間教室、一位教師、一個(gè)課時(shí)，將高校的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源變?yōu)槌B(tài)化的教育推送模式，形成了網(wǎng)狀數(shù)字推送格局，改變了教師“傳道、授業(yè)、解惑”的單一、封閉、守舊的傳統(tǒng)教育理念。除了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)形式，教師還應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，加入一些“引進(jìn)來(lái)”“走出去”的教學(xué)形式。比如，開(kāi)設(shè)專(zhuān)題講座和研討會(huì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助他們掌握相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。專(zhuān)題講座可由校內(nèi)教師、校外專(zhuān)家、企業(yè)專(zhuān)家等主講，讓學(xué)生了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域，拓寬學(xué)生的創(chuàng)新思維。研討會(huì)可由課程組成員定期召開(kāi)，以便各成員研討、交流等。同時(shí)，學(xué)校可明確地將學(xué)生每學(xué)年或大學(xué)期間聽(tīng)教研性學(xué)術(shù)講座的次數(shù)作為畢業(yè)考核條件之一。又如，舉辦創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐大賽。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽是基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)向技能應(yīng)用提升的實(shí)踐平臺(tái)，以提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐、動(dòng)手能力為核心，以提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量為目標(biāo)，以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，以企業(yè)參與為支撐的運(yùn)行模式，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合。

（二）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式

課程組以企業(yè)和社會(huì)需求為目標(biāo)，細(xì)化、更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，盡力做到基礎(chǔ)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，有的放矢，思政元素融入課程，理論教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)。

1.案例法與知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)法。教師在理論教學(xué)的過(guò)程中，分析案例原理，提煉與電路原理課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。比如，引入人工智能大講堂或Xbot機(jī)器人硬件配置及工作原理等案例，詳細(xì)講解機(jī)器人在對(duì)聲音或事物的識(shí)別、交互過(guò)程中，需要的基本部件以及各部件間的信號(hào)傳輸原理、部件內(nèi)部器件的工作原理等。教師可以通過(guò)實(shí)例講解機(jī)器人在識(shí)別過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)特征提取和事件表達(dá)、訓(xùn)練模型、分類(lèi)識(shí)別等三大模塊，并結(jié)合這三大模塊，為學(xué)生介紹基本部件的配置信息。

2.根據(jù)知識(shí)點(diǎn)、需求關(guān)系構(gòu)建知識(shí)圖譜。在電路原理課程的實(shí)際電路建模和經(jīng)典分析方法中，為增強(qiáng)學(xué)科知識(shí)的交叉性，教師可以引入矩陣分析課程的相關(guān)內(nèi)容，將方程組分析電路的方法轉(zhuǎn)換為矩陣分析電路的方法，以幫助學(xué)生加深理解、掌握知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)大都采用知識(shí)灌輸?shù)姆绞?，?duì)各知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)以及各知識(shí)點(diǎn)的組合應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性。為更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生從理論到實(shí)踐的應(yīng)用能力，課程應(yīng)使用“應(yīng)用導(dǎo)向型”的教學(xué)模式。教師根據(jù)知識(shí)點(diǎn)概括、拓展知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域，搭建課程知識(shí)點(diǎn)圖譜結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用間的關(guān)聯(lián)性。比如，在掃地機(jī)器人、自動(dòng)巡航、智能物流、Xbot多功能服務(wù)機(jī)器人、雙目視覺(jué)定位等案例的電路硬件平臺(tái)，部分硬件可實(shí)現(xiàn)功能互用，做到理論聯(lián)系實(shí)踐，同時(shí)做到理論促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐。

3.學(xué)以致用的實(shí)踐內(nèi)容改革。根據(jù)本科專(zhuān)業(yè)方向面向應(yīng)用或?qū)W術(shù)深造的需求，細(xì)化相關(guān)理論及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)。學(xué)校結(jié)合電路、信號(hào)處理等科研方向，通過(guò)安排學(xué)生進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)、參加學(xué)科競(jìng)賽等方式，促使學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)并將其應(yīng)用于實(shí)踐。比如，計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的目標(biāo)跟蹤與識(shí)別涉及攝像頭采集器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等內(nèi)容，讓學(xué)生充分調(diào)研相關(guān)科技產(chǎn)品，如Xbot-U科研教學(xué)機(jī)器人硬件配置等，并按功能需求分解、模塊化機(jī)器人，通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的部分功能，如在Xbot-U科研教學(xué)機(jī)器人平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)基于視覺(jué)的目標(biāo)跟蹤、導(dǎo)航、空間定位，讓學(xué)生掌握采用紅外傳感器件避障、搜索、規(guī)劃路徑等硬件設(shè)施的器件和部分電路工作原理等。

在現(xiàn)實(shí)生活中，基于人工智能技術(shù)的機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于電力巡檢、小區(qū)以及校園安保、安全消防、智能農(nóng)業(yè)灌溉、管道泄漏排查、未知路況勘測(cè)、輻射區(qū)環(huán)境探測(cè)、地震后廢墟中生命的搜尋、智能物流、火場(chǎng)救人等場(chǎng)合。這些應(yīng)用與電路原理的基本實(shí)踐教學(xué)密切相關(guān)。傳感器采集信息（圖像、語(yǔ)音等）經(jīng)過(guò)已訓(xùn)練好的機(jī)器人識(shí)別、軌跡導(dǎo)航、語(yǔ)音交互等。在學(xué)生掌握硬件后，進(jìn)行綜合性課程設(shè)計(jì)，將理論和實(shí)踐綜合應(yīng)用到機(jī)器人賽、挑戰(zhàn)杯賽以及Xbot服務(wù)機(jī)器人等方面。比如，對(duì)于機(jī)器人走迷宮的實(shí)踐內(nèi)容，通過(guò)紅外傳感器實(shí)現(xiàn)主動(dòng)避障、自主識(shí)別路口類(lèi)型并判斷行走路線。在此基礎(chǔ)上，逐步完善機(jī)器人的功能，如添加語(yǔ)音處理、圖像處理硬件，利用語(yǔ)音識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人互動(dòng)、視覺(jué)識(shí)別控制循跡運(yùn)動(dòng)及空間定位等，并將其應(yīng)用到大型Xbot-U科研教學(xué)機(jī)器人中。

（三）多元化的考核評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的課程教學(xué)評(píng)價(jià)體系以期末考試為主，以平時(shí)考核為輔，該方法已不能完整呈現(xiàn)學(xué)生的能力和素質(zhì)。在多樣化的本科生培養(yǎng)、教學(xué)實(shí)踐理念形式下，學(xué)校探討、制訂并行的本科生電路原理課程的評(píng)價(jià)體系、管理模式，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。在教學(xué)理念、內(nèi)容及形式的前提下，學(xué)校制訂理論與實(shí)踐、教學(xué)服務(wù)科研與應(yīng)用的并行的考核體系。在服務(wù)科研與應(yīng)用的前提下，學(xué)校實(shí)施理論實(shí)踐并行、可選考核或混合考核方式。同時(shí)，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、學(xué)科競(jìng)賽成果列入本科生電路原理等課程實(shí)踐管理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立校企聯(lián)合培養(yǎng)，交換生成果、學(xué)科競(jìng)賽共享機(jī)制等。

三、結(jié)語(yǔ)

為有效地服務(wù)高?！半p一流”建設(shè)，同時(shí)為下一步的教學(xué)改革導(dǎo)引方向，本研究以電路原理課程為例，在一流本科課程的要求下，探討并制訂課程教學(xué)實(shí)踐體系，以滿足教學(xué)實(shí)踐服務(wù)于科研與應(yīng)用的需要。教學(xué)實(shí)踐并行考核體系方式，促使教學(xué)內(nèi)容具備應(yīng)用性、前沿性，使學(xué)生專(zhuān)業(yè)視野得到拓展。教學(xué)主體由教師向?qū)W生轉(zhuǎn)變，教師通過(guò)講座、案例式、研討式等多種教學(xué)模式，同時(shí)輔以仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。基于雨課堂、釘釘、MOOC等工具創(chuàng)建智慧課堂，可以創(chuàng)新授課方式，提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)成效，重視綜合考核模式，考核形式靈活多樣，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的滿意度。

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責(zé)編：初 心