适应创新创业教育的电子电路实践教学研究

王革思， 高敬鹏， 康维新， 王 伞， 肖易寒

(哈尔滨工程大学 国家级电工电子实验教学示范中心， 黑龙江 哈尔滨 150001)

实验教学研究

适应创新创业教育的电子电路实践教学研究

王革思， 高敬鹏， 康维新， 王 伞， 肖易寒

(哈尔滨工程大学 国家级电工电子实验教学示范中心， 黑龙江 哈尔滨 150001)

在贯穿大二至大三的电子电路系列课程中开展符合本科生认知的阶梯式创新创业教育。提出“反设计”教学模式，契合国家大学生创新训练计划项目架构，设计教学案例、研发创新训练项目，体现了“创新创业引领，层次加深，步步登高，个性发展”的特色。通过大众化创新创业教育，建立科学、合理、公开透明的考核评价体系，增强学生创新意识和创新创业能力，促进学生个性化发展和综合能力的提高。

创新创业教育； “反设计”教学模式； 考核评价体系

以《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》为指导，依托学校特色和优势，推动教学、科研、实践紧密结合，在“数字电子技术”“电子电路综合实验”等电子电路系列课程中探索课堂教学与创新创业教育相融合的新途径，创新教学方法、设计教学案例、研发创新训练项目[1-3]，使学生有更多机会接受创新创业教育，增强学生创新意识和创新创业能力，促进学生个性化发展和综合能力的提高。

1 “数字电子技术”课程的“反设计”教学模式

1.1 探究式演示性教学方法

演示性教学是直观性、示范性、效果性三位一体的教学模式，在中学物理实验课和一些基础实验课经常见到，容易被学生习惯性接受。这种模式下，开展创新创业教学，需要教师勤于思考、勇于探索，将创新的思维贯穿其中，引导学生主动创新意识。为此设计了部分有探究价值的EDA演示性实验，包括门电路电特性分析、数字集成电路故障判断、信号测量与误差分析等[4]，这样学生就可以在教师传授的演示性实验基础上，按照自己的思路来选择仪器、设备及元器件，自行设计实验，养成探究习惯以及认真对待科学的态度。学生还可以在课前、课后借助EDA工具软件，以“软”代“硬”搭建虚拟仿真实验环境，进行反复实验与探索。目前已经研发完成的探究式演示性实验项目包括5个实践模块，共计38个实践单元。

1.2 “反设计”教学模式

1.2.1 观察、验证性教学引导

“数字电子技术”这门课程教学内容的核心是以熟练掌握常用数字集成电路的设计技术及应用为主线，以分析电路为辅，设有观察、验证等认知教学环节。学生重视与理论考试相关的概念、原理、推导、设计和分析，却很少知道这些电路作为应用技术的实用价值，学了不会用、用了不知原理的现象经常会发生在某些学生身上。为了增加学生兴趣、解决学用脱节问题，结合实际技术情境，设计了一些可以观察、验证常用数字集成电路的教学案例，例如编码器、译码器、加法器、触发器、计数器等。通过深入浅出地讲解这些教学案例，让学生更深刻地认识和了解这些电路的功能、拓展和应用，为其进入下一步学习奠定基础。

1.2.2 “反设计”教学方法

数字逻辑电路设计主要是通过建立输出信号与输入信号之间存在的逻辑关系及其形式的转换来实现，通常的设计步骤是：逻辑抽象及逻辑真值表、逻辑函数式、器件选择、逻辑函数式化简与变换、逻辑电路图、仿真验证。为了让学生更好地学习和掌握数字逻辑电路的设计技术及应用，将创新思维、实践能力和创新能力培养与真实技术问题融为一体，设计了一种“反设计”教学模式，即以分析常用数字集成电路作为教学内容的主线，分2步骤进行:第一步，从具体电路图中的数据输入端至数据输出端，写出描述该电路逻辑运算关系的逻辑函数式，然后列出相应的逻辑真值表；第二步，再从具体电路图中的控制端(又称使能端)至输出端，写出描述该电路逻辑控制关系的控制函数式，然后列出相应的功能表，最后将2部分内容合二为一。

这种逆向思维的“反设计”教学模式，将结构复杂、形式多样的数字逻辑电路进行科学、系统、合理的分解与整合，更加详细、全面地传授技术知识，让学生更好地了解和掌握电路的设计思想，同时还通过应用技术实现的具体过程，使学生更加明确学习目标。

1.2.3 教学案例设计

喜欢设计电路的学生经常会遇到这样的问题，就是在常用的数字集成电路中挑选器件时，有时会找不到合适的。如果采用传统的设计方法自行设计，不仅耗时多、费精力，而且设计过程复杂，加之学生自身的经验和能力限制，设计出来的电路技术水平通常达不到一定高度。由专业厂商开发生产的数字集成电路，设计水平高、拓展空间大，且借鉴意义非常重要。因此，将设计具有个性化需求的数字逻辑电路作为创新创业教学内容，要求学生在常用的数字集成电路基础上，通过对其进行改进和拓展，设计出新功能的数字逻辑电路。例如以74283为基础设计一个BCD代码转换器、以74153为基础设计一个可寻址的多路转换器、以74160为基础设计一个可编程的定时器。目前已经研发完成的适合创新创业教育的教学案例包括6个实践模块，共计32个实践单元。

2 “电子电路综合实验”课程与创新创业教育

电子电路综合实验是电子信息类专业的专业实践环节，属于课程设计、准毕业设计范畴。通过本课程的学习，使学生熟练运用硬件电路设计技术和软件程序设计技术，构建并实现较为复杂的电子电路系统。这门课程将理论与实践互相融合，打破“数字”和“模拟”、“高频”和“低频”、“强电”和“弱电”、“硬件”和“软件”的界限，打通课程与课程之间的梯级衔接通道[5]，调整学生知识结构，强化多学科交叉，拓展专业口径，体现出“创新创业引领，层次加深，步步登高，个性发展”的特色实践教学，使电子电路综合实验成为增强学生创新精神、实践能力和创新创业能力的助推剂。

2.1 实践项目来源

将传统的以教师中心、课堂中心、知识中心向以学生中心、实践中心、能力中心转移，依据选择性、完整性、实用性、先进性的原则[6]，精心打造、设计适合学生创新创业教育的多种实践项目。这些项目以科学研究热点问题和工程前沿应用技术项目为切入点，灌输科研项目的整体思路，建立工程观念，指导学生研究解决具有先进技术支撑的工程应用问题。这些项目还结合学生已经掌握的经验、知识、水平和技能，充分考虑学生兴趣、爱好及自身特点，促进理论与实践相结合、课内与课外相结合、知识体系与创新创业教育相结合，能够引发学生自主学习和从事创新创业活动的心理冲动。创新训练项目来源包括教师科研项目、高层次的学生科研立项，国家大学生科研训练计划、全国电子大赛等高水平的学科竞赛项目，以及企业、科研单位真实项目的二次加工提炼。

2.2 实践项目计划实施

“电子电路综合实验”课程目前可提供接口与数据通信技术、信号检测与处理技术、控制原理技术、数字系统技术等6大类，共计18个创新训练项目。学生可根据自己的兴趣、特长和认知水平选择合适的项目，充分发挥自身优势，以训带学、以学带做、以做促新，创造性地解决高水平的工程实际问题，达到培养自己的创新精神和创新创业能力的目的。

创新训练项目具有学科交叉、理论偏深、工程性强、任务量大等特点，单靠学生难以完成，还需要教师在整个教学过程中发挥组织和指导的作用[7]，重点关注学生在完成整个项目过程中运用知识、技术和方法的程度，考核学生实践能力和创新能力。

“电子电路综合实验”的每个创新训练项目安排3周时间，分为4个阶段进行：

第一阶段，创新训练项目申请。首先向学生公布全部创新训练项目简介，依据报名情况按项目名称组成临时班级，打乱原来学院、专业的班级建制。新的班级人数控制在35人以内；然后由教师进行课前动员，讲授2～4学时前导课，内容包括项目背景介绍、训练目的、任务及要求、设计与关键技术描述[8]、设计方法介绍等；最后在教师指导下学生填写“电子电路综合创新实践项目申请书”，其格式主要参考《国家大学生创新训练计划项目申请表》内容。这部分工作用课余时间完成，时间为1周。

第二阶段，训练计划实施。围绕申请书内容展开具体研究工作，内容包括电子电路系统设计与仿真验证、电子电路系统安装与调试、电子电路系统测试标定与分析等。这部分工作在课堂上完成，时间为1周。

第三阶段，成果验收。提交“电子电路综合创新实践项目结题报告”和原理样机验收。验收原理样机时，当场测试功能与技术性能，检查质量、核对工作量、发掘特色和创新之处。

第四阶段，理论考试。全部结束后，教师要组织成果验收，成绩优异的学生参加统一理论考试，考试名额按照每个班人数的10%～15%分配。只有通过理论考试的学生，才能最终获得这门课程的优秀成绩。

2.3 考核评价

建立一套科学、合理、公开透明的考核评价体系，量化教学环节以及步骤细节，强调整体性评价观，全面、客观地检查和掌握每个学生的实验效果和质量，也使学生对自己或他人的成绩、优势或劣势都有比较清楚的了解，激发学生学习与实践的热情，促进学生创新精神、实践能力和创新能力的培养和提升。

考核评价由实践考核和理论考核2部分组成。

实践考核是以课堂上设计与制作的原理样机为主，包括现场测试、检查质量、核对工作量、口头答辩等，采用2级评价体系。一级指标包括原理图绘制与仿真、硬件制作质量、功能与性能测试、整体电路完成程度、创新和特色、记录和日志、答辩情况，共计7项，一级指标分值范围为8～20分；二级指标是对一级指标的详细分解，其中，原理图绘制与仿真指标包括一些具体单元电路的技能操作，硬件制作质量指标又划分成元器件的布局合理性、焊接质量、组装工艺，功能与性能测试指标针对若干个关键测试点的状态或数据，创新和特色指标概括为性能改善提高、功能拓展、工艺改进，二级指标分值范围为2～7分。实践考核总分为100分，占成果验收成绩的60%。

理论考核则是以课下完成的“电子电路综合创新实践项目结题报告”为主，包括查阅利用相关信息资源的能力、掌握运用专业理论知识分析解决实际问题的能力、自主思考与设计创新能力、文字表达与写作能力等，也采用2级评价体系。一级指标包括整体规范性、总体方案设计、电路设计与仿真分析、功能与性能指标测试结果及分析、创新之处和特色、总结，共计6项，一级指标分值范围为10～25分，其中，整体规范性指标包括封面、摘要、目录，总体方案设计指标包括研究背景、功能与性能指标、电路结构与工作原理，电路设计与仿真分析指标包括一些具体单元电路的理论推导计算、电路设计与参数选择、电路仿真分析，创新之处和特色指标包括新技术、新器件、新方法，总结指标包括任务完成情况、存在问题和不足、收获和体会等二级指标。二级指标分值范围为2～8分。理论考核总分也为100分，占成果验收成绩的40%。

3 寄予学生的期望

3.1 加强信息技术处理与应用能力

在创新创业教育中，要求学生必须具备一定的信息技术处理与应用能力，例如文字处理、图像编辑、表格处理、Internet 连接、网上浏览，而且要求掌握一些电子电路专业软件的应用，例如Multisim、QuartusⅡ、Labview、Matlab、CAD、Designer Winter 09。此外还要提高文字表达能力和写作能力。

3.2 提高行为控制能力

在创新创业教育中，学习方式、时间安排和环境自由度较大，如果缺少主动性、自控能力，就很难保证教学效果。可以采取正确引导学生参与的动机，安排固定时间对学生培训、辅导，协助学生制定目标、进行自我评价，促进学生行为控制能力的提高。

3.3 发挥交流协作能力

在创新创业教育中，创新训练项目数量众多、方案灵活多样、时间相对宽松自由，这诸多因素如果协调不好，轻则影响教学效果，重则影响教学质量。因此，增强学生与教师之间交流、学生与学生之间交流以及团队协作显得尤为重要。教师需要加强组织能力、提高设计能力、发挥示范性作用，学生之间需要坦诚相待、相互学习、取长补短，从而进一步促进学生创新意识、实践能力和创新能力的提升。此外，学生还应掌握与他人交往和相处的技能。

3.4 培养自主性研究与创新能力

创新创业教育要以学生为主体地位，创造环境，鼓励学生积极参与[9]，激发学生兴趣和热情。在整个教学中，要注重研究过程而不是研究结果；要注重学生的意识、精神、创造性的培养而不注重现成的结论。教师把创新创业教学内容巧妙地隐含在任务之中，学生围绕某一主题主动地搜集信息、选择信息、加工处理信息，积极主动地探究去构建知识体系，然后通过思维创新，运用知识解决高水平的工程实际问题，不断提高自身的研究能力和创新能力[10]。

4 结语

在电子电路系列课程中引入创新创业教育，旨在探索和建立以创新创业人才培养为核心的教学模式[11]，让学生接受教师在教学方法、教学理念方面的创新思想，分享教师在科研、工程技术方面的创新创业成果和经验[12]，牵动师生协同创新、共同发展。通过课堂教学开展大众化创新创业教育，可以调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创业意识，提高学生创新创业实践的能力,同时还让学生掌握科学研究的基本方法、熟悉创新创业的基本过程，为其毕业发展和终身学习打下坚实基础。

References)

[1] 于斌，颜贤斌.“大学生创新创业训练计划”项目管理探索与实践[J].实验技术与管理,2015,32(9):31-33.

[2] 魏艳红，许昌，吴霞.基于多课程应用的温度控制实验系统设计[J].实验室研究与探索,2016,35(8):61-63.

[3] 李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究,2014(2):29-34.

[4] 王革思.探究式教学在数字电子技术实验课中的应用研究[J].教育探索,2014(1):58-59.

[5] 马永斌，柏喆.大学创新创业教育的实践模式研究与探索[J].清华大学教育研究,2015,36(6):99-103.

[6] 胡桃,沈莉.国外创新创业教育模式对我国高校的启示[J].中国大学教学,2013(2):91-95.

[7] 曲大鹏,宋宝燕.计算机专业创新创业教育模式的研究与实践[J].计算机教育,2015(13):57-59.

[8] 牛庆玮，刘永红，黄保.以科教融合育人观为指导培养大学生科技创新能力[J].实验技术与管理,2015,32(1):34-37.

[9] 田夏，张淑敏，吴益峰.提升大学生创新计划实施质量的方法与对策[J].实验室研究与探索,2014,33(8):220-223.

[10] 陈永军，刘进.电子系统综合设计人才培养模式创新实验区建设与探索[J].实验室研究与探索,2013,32(11):336-339.

[11] 刘长宏，李晓辉，李刚，等.大学生创新创业训练计划项目的实践与探索[J].实验室研究与探索,2014,33(5):163-166.

[12] 秦剑，胡晓，唐冬.基于课程群的电子信息工程创新实验体系改革探索[J].实验技术与管理,2012,29(4):163-166.

Research on practical teaching of electronic circuits adapted to innovative and entrepreneurial education

Wang Gesi， Gao Jingpeng， Kang Weixin， Wang San， Xiao Yihan

(National Electrical and Electronic Experimental Teaching Demonstration Center, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

In the series of electronic circuit courses that run through the second year to the third year syllabuses, the ladder-type innovative and entrepreneurial education is carried out, which conforms to undergraduate students’ cognition. The teaching mode of “Inverse design” is exposed, and in line with the project structure of the National College Students’ Innovative Training Program, the teaching cases are designed and the innovative training programs are developed, which embodies the characteristics of “Innovation and entrepreneurship leading, hierarchical deepening, step-by-step rising and personality developing.” Through the mass innovative and entrepreneurial education, the scientific, reasonable, open and transparent evaluation system is established, the students’ innovative awareness and their innovative and entrepreneurial ability are enhanced, and the students’ individual development and the improvement of their comprehensive ability are promoted.

innovative and entrepreneurial education; “Inverse design” teaching mode; evaluation system

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.040

G642.0

A

1002-4956(2017)11-0164-03

2016-06-16

王革思(1960—)，男，黑龙江哈尔滨，本科，高级工程师，研究方向为实验教学与实验室管理.

E-mailwanggesi@hrbeu.edu.cn