电类导论实验课程创新培养模式探索

刘 闯

(上海科技大学 信息科学与技术学院， 上海 201210)

0 引 言

电类导论实验课程是给学生建立一个大电类科目的整体概念，不局限于一门课程，而且要求紧跟电类科学发展前沿，必须不断更新变化，以引导学生兴趣和启发深入思考为主，训练学生们的团队配合能力[1-4]。

本课程的目的在于克服现有不足，设计具有创新思维的教学方法和教学内容。电类导论实验课程在本科生大一第二学期开展，全员参加，2或3名同学自行组队，按照30∶1选择助教，且助教全部为上一届参加过该课程的学生。本课程不仅培养参与学生对电类大平台课程的兴趣，同时也激发助教进一步深化电类课程的思考能力，即为创新的培养模式。一届学生完成电类导论实验课程，筛选出其中优秀者作为下一届实验课程的助教，从听课者角色转换为授课者、课程案例的设计者，以此循环，不断优化课程案例和闭环培养机制[5-7]。

1 教学大纲

1.1 课程教学目标

电类导论实验课程是信息学院开设的面向全体本科新生的大学入门导论课程，属于通识必修课程，在大一年级下学期开设。该课程的主要宗旨及教学目标，是通过前沿、灵活丰富的课程实验，将整个电类科目的概貌展现在学生面前，使学生对电类科学有一个初步的、直观的整体认识，为学生在后续专业课程的学习中，找到自己喜欢的专业领域，并深入拓展该领域的学习打下基础。

我校本科生培养按照“宽口径、厚基础、小规模、国际化”为原则，突出通、专、新三大培养特色。其中，“通”是指要培养学生在自然科学领域的多学科领悟能力，因此，要求全体本科学生在通识课中必修“数理化物工”5个方面内容，电类导论实验课程代表了其中的“工”[8-9]。

1.2 课程内容

课程以实验方式介绍电子科学领域的基本概念，由“开关”的概念引入课程主题，介绍开关从机械开关、电气开关(继电器)、再到电子开关(晶体管)的演变过程。从晶体管开始铺开讲述电子线路及微电子学科基础理论和基本概念，系统性的介绍如何用晶体管实现数字逻辑、组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字状态机及嵌入式系统等。课程设计致力于激发学生对于电子学科的兴趣。

电类导论实验课程创新1+1培养模式探索，必修课程，学时：36时；学分：1分。

电类导论实验课程分为5次，每一次课程都给学生下发一个资料包，其中包括实验指导书、实验报告、注意事项、案例搭建视频，学生能够快速了解实验，并激发其兴趣。

(1) 第1次课程。电路仿真，通过仿真软件熟悉模拟与数字电路，完成一个有趣的任务，4学时。

(2) 第2次课程。给每1组下发器件盒，包括一定数量的电阻、电容、二极管、4011、4013等，提供2个案例：停电自锁开关和光控路障闪烁警示灯，不限于案例，学生可使用器件自行设计其他案例。本次课程每一位同学提交一份报告，① 确定搭建案例能够正常工作，② 分析其中的触发逻辑，③ 开放题，思考4011和4013还有哪些应用场合，8学时。

(3) 第3次课程。在第2次课程的基础上，给每1组发放1块Arduino开发套件和2只光电反射型传感器RPR220。本次课程任务是搭建近似传感器电路，分为实验预习、搭建电路检查和实验报告3部分。预习要求学生了解上拉电路的原理和作用；搭建电路检查要求Arduino读取传感器RPR220在1～10 cm距离时反射的电压，并改变上拉电阻后再进行读取；实验报告要求填入读取的数值，第3题具有开放性，学生可深入思考作答，8学时。

(4) 第4次课程。以音频功率放大器为案例研究三极管的放大特性，详述三极管的工作原理，每组完成案例，在实现功能的基础上，尽可能提升品质因数。给学生引入滤波的概念，并明白实现功能与高品质的区别，从产品研发的认知进入产品优化设计阶段。实验报告要求分析计算所搭建的音频功率放大电路，在实践之后重新回到理论学习，反推对案例电路的品质提高，8学时。

(5) 第5次课程。用一个简单的案例交给学生科学研究的方法，本次案例为研究发光二极管与光敏二极管的互相作用，改变发光二极管与光敏二极管的距离、改变发光二极管的亮度、改变环境光照等，Arduino输入发光二级管的控制信号并读取光敏二极管的输入信号，对比研究光敏二极管的特性。本次课程不在于研究对象，而是教给学生对比的科学研究方法，学生可以发散思维尽可能多做改进，8学时。

2 课程设计思想和组织形式

2.1 课程内容设计思想

电类导论实验课程的内容前沿新颖、与时俱进。课程注重基础扎实，内容广泛，知识必须前沿，实践年年更新，保证学科全面而拓展，把最新最尖的信息领域动态通俗易懂地介绍给学生，充分调动和激发其对信息科学的兴趣。

内容丰富全面，作为入门导论课程主要由4部分组成，4个部分既独立又相互关联，通过4部分的学习学生能对电类科学有一个初步的整体认识。课程串联起来并逐步递进，帮助学生在实际动手中将4部分内容融会贯通[10-13]。

2.2 课程组织形式与教师教学、指导方法

(1) 教学相长，全员人才培养模式。围绕以教学和人才培养为核心任务的原则，电类导论实验课程践行了“全员人才培养立体化模式”的创新。该课程由实验课教师、高年级助教参与，分工协作，教学相长，全方位培养学生。

特别是参与其中的学生助教既是专业培养的对象，又是人才培养的施与者。高年级学生通过担任助教工作，在实验指导、作业批改、答疑课、讨论课和一对一辅导中，拓展了知识理解、锻炼了综合实验能力、提升了口头表达和协调沟通能力，从而成为更为优秀的专业人才[14-15]。

(2) 全过程跟踪反馈式教学。电类导论实验课程中2或3人为1组，8组学生配备1名助教，并采用任课老师为主导，助教为实施人的模式开设1次/周的讨论课。通过大量的课后指导和答疑，不仅能够及时解决学生在课上没有消化的难点知识，更能全过程跟踪同学们对课程知识的理解程度，反馈的信息可以方便老师实时调整讲课计划和内容。

(3) 注重创新和开放性。给学生提供一个个丰富的案例资源，但不限于学生去完成案例，消化吸收案例中的知识后，鼓励每个小组去创新案例。并且，每一次设计课程都具有开放性，每组学生深入下去都能够做成一个课题，挖掘深处的发明创造和思维规律，形成专利和论文[16]。

3 问卷调查

课程结束之后，对全体参加学生进行问卷调查，以便于闭环反馈给下一学年优化课程，本次问卷样本数量：205份。

(1) 你觉得本次实验课程是否有趣？设置选项为：A非常有趣；B有趣；C一般；D乏味，调查问卷结果。85.4%的同学肯定了课程的趣味性，12.7%同学认为一般。

(2) 本次课程是否有收获?设置选项为：A很有收获；B有收获；C一般；D收获很少。问卷调查结果84.9%的同学都肯定了课程收获，而较为负面反应同学占15.1%，翻阅这部分同学的实验完成情况和实验报告，都反应出潦草、马虎，态度不够认真，对课程并未投入心力，这种状态学习任何课程都难有收获。

(3) 你是否用开发板和配套器件做了其他课程外的尝试？设置选项为：A没有，占比53.2%；B有，占比46.8%。翻阅学生们的问卷结果，可以很明显地发现一个规律，凡是能够用开发板和配套器件做了其他课程外的尝试，这部分同学每一次课程完成较好，实验报告认真。而超过一半同学仍按部就班完成课程布置，这是下一年课程的优化方向，如何在实验内容和报告中引入开放性，将所有同学的积极性调动起来。

(4) 你觉得本次课程发放设备、课堂确认的方式是否合理有效？设置选项为：A很有效可多做尝试，占比69.3%；B相较于设备在实验室中更合理，占比22.0%；C一般，占比8.8%；D发与不发没什么区别，占比0.0%。本题调查的结果很明确，实验课程最优方式是将实验所需的器件提前下发，可供学生们自行尝试，课堂确认。这种方式效率很高，学生的学习效率高，教师的教学效率也高。每一个电学实验所需器材能够打包并且设计为课下能完成，很有必要。最为常用的信号源和示波器可简化为虚拟仪器，借助学生个人电脑和采集卡实现。

(5) 你觉得3人1组自行组队的方式是否合理？设置选项为：A很合理有效分配任务，占比70.7%；B 3个人不好协调合作，占比6.8%；C两个人更佳，占比19.0%；D我喜欢单打独斗，占比3.4%。本题调查具有主观偏向，组队方式可以更为灵活，可在下一学年课程中优化。

4 结 语

与现有实验设备与教学方法相比，电类导论实验课程创新培养模式探索，逐步建立一个电类导论实验课程案例库，每一个案例包括指导书、报告、理论相关知识、注意事项、案例视频，每一年课程更新案例，这些案例启发每一届学生，学生作为下一届助教反过来发挥创造性再补充案例库，形成良性循环。课程结束后，对学生问卷调查，以闭环反馈，对每一个实验和组织方式进行优化设计，实验具备开放性，学生的思维都能够得到训练和提升。不是简单地完成实验任务，辅导学生完成一系列发散思维的实验后，能够对某一个问题深入思考和研究，得出一些创造性成果。