一流本科课程条件下的教学实践体系研究与探索

周同驰 瞿博阳 王延召

摘 要：电路原理是本科电子信息类专业的一门理论与实践相结合的课程，是信息科学和控制科学的重要组成部分，是研究生入学考试的专业课程，在整个电子与电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。本研究根据一流本科课程的条件，从提升高校服务社会、服务经济发展的能力出发，结合课程目标，探索课程教学理念、内容、教学方法及评价体系，为地方高校学科发展提供有效的依据。

关键词：电路原理;教学改革;实践教学;一流本科课程

电路原理是本科电子信息类专业的一门理论与实践相结合的课程，是信息科学和控制科学的重要组成部分，也是研究生入学考试的专业课程。其理论建立在矩阵论、高等数学与数理统计等基础知识之上，其技术在人工智能领域，如人机交互、自动驾驶、工业制造、医学工程以及基因技术等方面都发挥着重要的作用。尽管其课程教学理论成熟，但是随着时代与科技的发展，其教学方法、教学内容均缺乏创新，出现了理论与实践相分离的现象。

2015年8月，党中央、国务院适时提出“双一流”战略，即建设世界一流大学和一流学科的教育战略决策。随后，教育部门及高校提出了高水平的“一流本科专业”“一流本科课程”的建设计划。通过战略决策和地方政府的引导，推动新工科、新医科、新农科、新文科建设，做强一流本科，建设一流专业，培养一流人才，全面振兴本科教育，提高高校的人才培养能力，实现高等教育内涵式发展。著名教育家陶行知先生曾提出“生活即教育”“社会即学校”“没有生活做中心的教育是死教育”。在政策方针的引导下，教学内容、教学模式的改革热潮不断高涨，部分学校或学者开始探索新的教学模式。2018年，王秀凤等人以應用为导向的胶体与界面化学互动式教学改革与实践，探索各种形式的互动教学和实践方法。针对教学中存在的课堂管理难度大、学习积极性不高等问题，作者设计了混合式授课方式，以电路原理课程为例，进行了适用于大课堂的混合式教学效果分析;杨飞等人提出了问题启发式的电路原理课程改革思路和方法，立足学生，在实验中发现简单问题，从问题出发，引导学生分析，通过实验解决问题。该方法有效提高了学生的动手能力和解决问题的能力，激发了学生的学习兴趣。李静等人将传统教学模式与MOOC教学相结合，建立了发挥各自优势的混合式教学模式。

与普通本科教学相比，一流本科专业的基础专业课程应以服务课题研究或学科实践为导向，通过理论学习指导实践应用，通过实践应用促进理论学习，构建良性循环模式，以理论学习+实践成果的数量和质量为评判标准。总体来讲，一流本科专业的课程教学和实践，尤其是河南省本科教学改革和实践仍然任重道远。以电路原理课程为例，一流本科课程建设背景下，该课程在当前的教学实践内容和课程体系中存在以下问题：在教育教学理念方面，课程教学缺乏新颖性和多样性，长期处于弱势地位;在教学内容方面，课程创新性、综合性和前沿性不足，思政内容涉及过少;在课程体系设置方面，课程缺乏科学合理性;在授课方式方面，对学生创新性思维能力的培养不够;在考核方式方面，考核形式单一，考核标准不完善。

根据电路原理课程教学特点，课程组对课前、课中和课后进行教学、实践、辅导设计，按照以学促用、以用检学的思路，探索一流本科课程的教学内容和体系建设，将思政元素通过实例工程项目或前沿技术融入理论、实践教学，帮助学生加深对基础理论的理解、掌握和应用，从而激发学生的学习兴趣。在日常教学、实践过程中，教师采用线上、线下混合式方法，通过互动式、混合式等多样的教学形式，培养学生独立思考、发现问题和解决问题的能力。同时，以知识图谱的形式概括、关联知识点及其应用，便于学生理解并掌握。

一、电路原理课程的教学目标

电路原理课程是高校电子与电气信息类专业的技术基础课程，是所有强、弱电专业的必修课程。它不但是电子与电气信息类专业课程体系中数学、物理学等基础课的后续课程，还是后续技术基础课和专业基础课的基础，在整个电子与电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。电路原理课程的教学目标是通过课程学习，学生可以树立严肃、认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，培养学生的科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力。课程的基本要求是使学生掌握电路的基本理论知识、分析计算电路的基本方法和进行实验的初步技能，为其学习后续课程积累必要的电路知识。

二、电路原理课程体系改革的内容

（一）教学理念

以往教学实践与科研分离、以教为主的二元模式容易使学生“眼高手低”，电路原理课程的优势与特色无法得到很好展现。在“双一流”建设的背景下，培养拔尖创新型、应用型人才迫在眉睫。如何将教学实践与科研进行有效融合，让学生学以致用、以学创新，已成为高等教育发展的必然趋势。

随着“AI+”和“互联网+”的发展，数字资源和智能化搜索为高校提供了丰富的教育资源。QQ、微信、公众平台、论坛、贴吧、MOOC等多种数字化媒体或平台让教学形式或教学模式不再局限于一间教室、一位教师、一个课时，将高校的数字化学习资源变为常态化的教育推送模式，形成了网状数字推送格局，改变了教师“传道、授业、解惑”的单一、封闭、守旧的传统教育理念。除了数字化、网络化的教学形式，教师还应根据实际需要，加入一些“引进来”“走出去”的教学形式。比如，开设专题讲座和研讨会，激发学生学习兴趣，帮助他们掌握相关领域的发展现状。专题讲座可由校内教师、校外专家、企业专家等主讲，让学生了解专业知识的应用领域，拓宽学生的创新思维。研讨会可由课程组成员定期召开，以便各成员研讨、交流等。同时，学校可明确地将学生每学年或大学期间听教研性学术讲座的次数作为毕业考核条件之一。又如，举办创新创业实践大赛。创新创业大赛是基础专业知识向技能应用提升的实践平台，以提升学生创新实践、动手能力为核心，以提高学生培养质量为目标，以国家战略需求为导向，以企业参与为支撑的运行模式，促进产学研深度融合。

（二）教学内容和教学方式

课程组以企业和社会需求为目标，细化、更新教学内容和教学方式，尽力做到基础知识与专业知识有机结合，有的放矢，思政元素融入课程，理论教学与时俱进。

1.案例法与知识点关联法。教师在理论教学的过程中，分析案例原理，提炼与电路原理课程相关的知识点。比如，引入人工智能大讲堂或Xbot机器人硬件配置及工作原理等案例，详细讲解机器人在对声音或事物的识别、交互过程中，需要的基本部件以及各部件间的信号传输原理、部件内部器件的工作原理等。教师可以通过实例讲解机器人在识别过程中，需要经过特征提取和事件表达、训练模型、分类识别等三大模块，并结合这三大模块，为学生介绍基本部件的配置信息。

2.根据知识点、需求关系构建知识图谱。在电路原理课程的实际电路建模和经典分析方法中，为增强学科知识的交叉性，教师可以引入矩阵分析课程的相关内容，将方程组分析电路的方法转换为矩阵分析电路的方法，以帮助学生加深理解、掌握知识。传统的教学大都采用知识灌输的方式，对各知识点间的关联以及各知识点的组合应用缺乏系统性。为更好地激发学生的创新思维，提高学生从理论到实践的应用能力，课程应使用“应用导向型”的教学模式。教师根据知识点概括、拓展知识点的应用领域，搭建课程知识点图谱结构，加强知识点与知识点、知识点与实际应用间的关联性。比如，在扫地机器人、自动巡航、智能物流、Xbot多功能服务机器人、双目视觉定位等案例的电路硬件平台，部分硬件可实现功能互用，做到理论联系实践，同时做到理论促进创新实践。

3.学以致用的实践内容改革。根据本科专业方向面向应用或学术深造的需求，细化相关理论及实践教学内容，促进理论学习与实践应用紧密关联。学校结合电路、信号处理等科研方向，通过安排学生进入企业实习、参加学科竞赛等方式，促使学生掌握基础知识并将其应用于实践。比如，计算机视觉领域的目标跟踪与识别涉及摄像头采集器、数模转换器等内容，让学生充分调研相关科技产品，如Xbot-U科研教学机器人硬件配置等，并按功能需求分解、模块化机器人，通过硬件实现产品的部分功能，如在Xbot-U科研教学机器人平台上实现基于视觉的目标跟踪、导航、空间定位，让学生掌握采用红外传感器件避障、搜索、规划路径等硬件设施的器件和部分电路工作原理等。

在现实生活中，基于人工智能技术的机器人已被广泛应用于电力巡检、小区以及校园安保、安全消防、智能农业灌溉、管道泄漏排查、未知路况勘测、辐射区环境探测、地震后废墟中生命的搜寻、智能物流、火场救人等场合。这些应用与电路原理的基本实践教学密切相关。传感器采集信息（图像、语音等）经过已训练好的机器人识别、轨迹导航、语音交互等。在学生掌握硬件后，进行综合性课程设计，将理论和实践综合应用到机器人赛、挑战杯赛以及Xbot服务机器人等方面。比如，对于机器人走迷宫的实践内容，通过红外传感器实现主动避障、自主识别路口类型并判断行走路线。在此基础上，逐步完善机器人的功能，如添加语音处理、图像处理硬件，利用语音识别实现机器人互动、视觉识别控制循迹运动及空间定位等，并将其应用到大型Xbot-U科研教学机器人中。

（三）多元化的考核评价体系

传统的课程教学评价体系以期末考试为主，以平时考核为辅，该方法已不能完整呈现学生的能力和素质。在多样化的本科生培养、教学实践理念形式下，学校探讨、制订并行的本科生电路原理课程的评价体系、管理模式，促进学生全面发展。在教学理念、内容及形式的前提下，学校制订理论与实践、教学服务科研与应用的并行的考核体系。在服务科研与应用的前提下，学校实施理论实践并行、可选考核或混合考核方式。同时，将创新创业大赛、学科竞赛成果列入本科生电路原理等课程实践管理的评价指标，建立校企联合培养，交换生成果、学科竞赛共享机制等。

三、结语

为有效地服务高校“双一流”建设，同时为下一步的教学改革导引方向，本研究以电路原理课程為例，在一流本科课程的要求下，探讨并制订课程教学实践体系，以满足教学实践服务于科研与应用的需要。教学实践并行考核体系方式，促使教学内容具备应用性、前沿性，使学生专业视野得到拓展。教学主体由教师向学生转变，教师通过讲座、案例式、研讨式等多种教学模式，同时辅以仿真实践环节，加强学生的独立思考能力和团队协作能力。基于雨课堂、钉钉、MOOC等工具创建智慧课堂，可以创新授课方式，提高学生课堂学习成效，重视综合考核模式，考核形式灵活多样，提高学生课程学习的满意度。

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责编：初 心