“電子技術綜合設計”課程改革的探索范文

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摘要：文章針對傳統“電子技術綜合設計”課程存在的若干問題，落實工程教育專業認證三大理念，從課程目標、教學內容、教學方法、考核方式等方面對課程進行改革，構建了“強實踐、融思政、重過程”的實踐教學模式，以促進學生解決復雜工程問題能力的培養，為工程教育專業認證奠定基礎。

關鍵詞：工程教育專業認證；電子技術綜合設計；課程改革；實踐教學模式

2016年6月，我國成為《華盛頓協議》第18個正式成員。這是我國高等教育發展進程中一個重要里程碑，標志著我國工程教育質量得到了國際社會的認可[1]，也對進一步提高工程教育人才培養質量提出了更高的要求。近年來，我國各高等院校廣泛開展了工程教育專業認證。2020年7月教育部高等教育教學評估中心、中國工程教育專業認證協會在“工程教育認證通告〔2020〕第4號”中指出，截至2019年底，我國共有241所普通高等學校的1353個專業通過了工程教育認證，涉及機械、儀器等21個工科專業類。西安郵電大學作為西北地區工程應用型創新人才培養的重要基地，以工程教育專業認證為抓手，全面落實“成果導向、以學生為中心、持續改進”的工程教育專業認證理念，進一步強化專業特色，扎實推動一流專業建設，持續提升人才培養質量。

一、課程現狀分析

“電子技術綜合設計”是西安郵電大學集成電路設計與集成系統專業開設的一門綜合性集中實踐課程。該課程歷時2周。傳統的“電子技術綜合設計”課程主要存在三個問題：（1）課程案例單一，以教師講授為主。僅給學生提供3個經典項目案例，學生大多做的是相同的題目，不能充分挖掘學生的創新思維。教學過程以“教師先講授，學生再實踐”的形式進行，學生之間缺少交流與討論，且學生不能從復雜工程問題出發逐步完成分析問題、解決問題的過程。（2）教學方式與行業技術相脫離。傳統的“電子技術綜合設計”課程讓學生在面包板上實現所設計的電路，學生不能深入體驗完整電子系統的實現過程。（3）考核方式單一。傳統的“電子技術綜合設計”課程僅以電路實現和設計報告為評價考核依據，忽略了過程考核，既不能對學生各方面能力給予全面評價，教師和學生也不能及時了解學習過程中存在的不足。針對上述問題，本課程教學團隊圍繞工程教育專業認證的標準與要求，對課程進行了改革與實踐。

二、以成果為導向，確立“知識、能力、素質、價值”四位一體的課程目標

成果導向是工程教育專業認證的核心理念，強調一切教學過程設計與實施的目標是學生通過參與教學過程所取得的學習成果[2]。課程教學團隊依據集成電路設計與集成系統專業的培養目標、畢業要求以及“電子技術綜合設計”所對應的指標點，圍繞“成果導向、以學生為中心、持續改進”的工程教育專業認證理念，通過調研、討論確立了“知識、能力、素質、價值”四位一體的課程目標。（1）知識目標：掌握Multisim和AltiumDesigner軟件的使用方法；掌握較復雜數字電路系統的設計方法。（2）能力目標：具備應用數字電路理論知識設計較復雜數字電路系統的能力；具備電路焊接與調試、正確使用儀器設備的能力。（3）素質目標：具有自主學習的習慣與能力、溝通與表達能力、技術報告撰寫能力；具有團隊協助精神、環境保護意識以及項目成本控制意識。（4）價值目標：樹立精益求精、嚴謹、耐心的大國工匠精神，以及良好的職業道德。圍繞課程目標設計教學內容、教學方法及考核方式，可促進學生學習效果的達成。

三、以學生為中心，實施多要素的課堂教學改革

（一）教學內容與教學方法改革

本課程基于12個工程實踐項目或生活中的實際電子系統實施“項目驅動式”教學方法的改革，在課程的第一天組織學生自由組成2~4人小組，并以小組為單位進行實踐項目的選題，且同一班級內部的選題不允許重復，以避免相互抄襲。課程實施分為四個階段。第一階段：各小組針對所選實踐題目，通過查閱資料、方案對比、回答教師質詢等，提出合理可行的設計方案，并進行參數計算、芯片選型、功能仿真和設計優化，以激發學生主動學習、主動解決問題的內生動力，幫助學生樹立精益求精、嚴謹、耐心的大國工匠精神。功能仿真部分基于Multisim軟件完成，教師以案例式的方式講解軟件的操作方法。同時，通過引入“竊聽器”“作弊器”等實際案例，對學生進行工程倫理教育，培養學生的倫理道德意識，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀。在設計方案對比時，教師不僅要引導學生從技術實現上進行對比，還要從項目經濟成本上進行對比，以較低的成本實現最優的系統功能。第二階段：教師通過案例講解AltiumDesigner軟件的使用方法、電路原理圖和PCB版圖繪制時應注意的問題，學生以個人為單位利用該軟件完成系統原理圖和PCB版圖的繪制。采取生生互評的方法開展原理圖和PCB版圖的評價，以促進學生不斷優化設計。第三階段：學生通過觀看視頻資料“帶你走進嘉立創工廠”，深入了解PCB電路板的制作過程。同時，教師通過介紹國內外自動曝光機、飛針測試機和AOI光測機等設備，使學生了解我國在制造設備上與國外公司的差距，樹立學生科技報國的遠大理想。學生通過“嘉立創下單助手”完成PCB版圖的交付，并在PCB電路板加工完成后進行元器件的焊接以及各模塊功能的調試。通過上述過程，學生深入體驗了電子系統實現的全流程，為后期參加各級各類學科競賽等奠定了良好的專業基礎。第四階段：學生以小組為單位進行設計作品的演示與答辯，通過系統功能的展示、設計思路的講解及回答其他學生的質疑與提問等方式，使其表達能力得到充分的鍛煉。通過教學內容與教學方法的改革，以及在教學過程中以潤物無聲的方式融入思政元素，實現了“教為中心”向“學為中心”的轉變，使“電子技術綜合設計”不再是單一的以知識傳授為主的課堂，而是集“探究、討論、啟發、實踐、交流、互動、答疑、解惑”為一體的“以價值塑造為引領、以學生為中心、以技術能力和非技術能力共驅培養為主線”的課堂。

（二）基于“學習通”平臺開展線上線下混合式教學

基于“學習通”開展線上線下混合式教學，包括課前學情調查，課中視頻和文檔資料的學習、知識測驗、課堂討論、隨機提問，課后學生對學習效果的自我評價。學情調查能夠幫助教師充分了解學生的前期知識基礎，以及對本課程所涉及的相關軟件和硬件設備的了解程度，以便教師有針對性地調整教學重難點。視頻及文檔資料的學習以任務點的形式呈現，學生在線完成相關內容的學習，如PCB產業發展現狀、如何閱讀芯片資料、PCB加工方法及制作過程中廢液的正確處理方法等。以翻轉課堂的方式讓學生針對某一具體芯片講解閱讀芯片資料的方法及應重點關注的芯片指標。知識測驗能夠幫助教師及時了解學生對階段性知識的掌握程度。課堂討論、隨機提問可大大提高學生的課堂參與度，提高學習的主動性和積極性。課程結束后，針對四個課程目標開展學生對學習效果的自我評價，并將評價結果用于教學方法的持續改進。

四、以能力評價為核心，開展形成性評價

構建科學合理的課程目標形成性評價方法，關注學生的學習過程、重視階段性的教學反饋，是提高人才培養質量的有效途徑[3]。本課程打破以往實踐課程以課程設計報告為主要評分依據的現狀，加大過程考核，突出能力評價，以促進課程目標的達成。本課程的成績由七個部分組成：方案設計及仿真占25%，以評價學生的自主學習能力和電路設計能力；AltiumDesigner軟件下原理圖和PCB版圖的繪制占25%，以評價學生的軟件操作能力及版圖繪制能力；電路的焊接、調試及儀器設備的使用占20%，以評價學生的實踐動手能力及解決問題的能力；學習通平臺的線上任務完成情況占5%，課內測驗與課堂互動占5%，以評價學生的知識運用能力；答辯與作品演示占10%，以評價學生的觀點陳述及語言表達能力；設計報告占10%，以評價學生的撰寫能力。通過建立以能力評價為核心的多元化形成性評價方法，既能客觀、合理、全面地評價學生的技術能力與非技術能力，又能應用評價結果推動課程目標的持續改進，形成“科學評價—多方反饋—持續改進”的閉環系統[4]。

五、結語

“電子技術綜合設計”教學團隊落實工程教育專業認證理念，依據專業培養目標、畢業要求和課程指標點確立了“知識、能力、素質、價值”四位一體的課程目標，實施項目驅動式、討論式、啟發式、翻轉式及線上線下混合式等多種教學方法，開展以技術能力和非技術能力雙線評價為核心的多元化形成性評價，并在教學中巧妙融入思政元素，幫助學生樹立精益求精、嚴謹、耐心的大國工匠精神，以及良好的職業道德，構建“強實踐、融思政、重過程”的實踐教學模式。課程改革有力地推動了課程目標的達成，學生的學習成效顯著提升。通過改革課程教學內容、教學方法及評價方式，本課程的課程目標達成情況得到了提升。改革前后的課程目標平均達成度由0.78上升至0.81。改革后，課堂氛圍活躍，學生能夠積極思考、主動探究、動手實踐，學習的內生動力大大提高。同時，學生對多元化形成性評價方式給予了高度認可。在本課程的帶動下，集成電路設計與集成系統專業學生積極參加了大學生電子設計競賽、大學生光電設計競賽、集成電路創新創業大賽等學科競賽。

作者：張霞 張阿寧 徐麗琴 單位：西安郵電大學