“新工科”背景下基于PDCA的电子技术实验课程教学改革与实践

傅隆生 黄玉祥

摘  要：电子技术实验课程是高校工科学生专业培养计划中的一门基础实践课程，也是“新工科”设立的多学科交融新专业的必修课程之一。在电子技术实验课程改革中，传统的实验教学理念以及教学模式存在一定的问题。为满足“新工科”背景下人才培养需要，高校可将PDCA运用于电子技术实验课程教学改革中，构建切实可行的实验课程教学评价体系。实践证明，PDCA循环的引入有助于规范高校实验课程教学流程，提高学生动手实践与理论创新能力。

关键词：PDCA;电子技术实验;教学改革;质量管理

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）39-0104-03

随着科学技术的更新，国家及社会对于新型创新人才的需求也在不断加大，必须改变固有的工程体系，人才的培养理念以及模式也必须不断更新[1]。当今世界新一轮科技革命和产业变革加速演进，人工智能、大数据、物联网等新技术、新应用、新业态方兴未艾[2]，为满足我国新时代下的新发展与新要求，高等院校必须肩负起工程创新和产业创新人才培养的重担。“新工科”正是为服务国家重大战略以及满足区域协调可持续发展的需要所提出的。“新工科”强调产学合作协同育人，培养具有强创新能力、高综合素质、宽知识学科的新型人才。在工科学生的培养中应强调理论与实践相结合，实验课程正是在校学生首次接触工程实践的主要方式。实验课程教学以培养学生解决复杂工程实际问题为目标，在当前新技术、新产业、新学科为主要导向的“新工科”背景下，高校应当抓住专业重点，基于学生核心素养对课程进行重建[3]。

电子技术实验课程是电子技术课程的配套实验教学课程，旨在提高学生的实践操作与理论创新能力，是“新工科”背景下电子学科理论教学与专业实践相连接的重要一环。为规范电子技术实验课程流程，加强应用型人才培养，增强学生的动手实践能力与工程创新意识，进行实验课程教学改革并形成切实可行的教学体系是十分必要的[4]。PDCA是一门科学的现代质量管理体系，目前已应用于教育质量改革和工作流程优化等众多方面。

一、电子技术实验课程现状

电子技术实验课程是工科大平台下的一门专业基础实验课程，面向专业涵盖机器人、集成电路、人工智能、智能科学与技术等众多“新工科”专业，是目前多学科交融背景下的电子产业领域在校学生实践学习的途径之一。电子技术实验课程作为一门基础实验课程，内容涵盖电路技术、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术等众多理论课程知识，是极具专业知识的动手实践性课程，具有鲜明的工程特点[5]。受传统教学理念影响，同理论课程相比，高校学生对实验课程的精力投入明显不足。学生对待实验课程不够认真，轻视实验教学内容，一直以来都是高校实验课程教学改革中的重点与难点。目前高校学生在电子技术实验课程学习中存在的突出问题主要有以下几点：

实验目标不明确。实验目标的确立是进行实验操作的首要事项，也是实验课程学习的重中之重。目前大部分高校在进行实验教学时，往往是教师给定模式化的实验步骤，学生照本宣科地根据实验步骤完成实验。在这种实验流程下，存在学生已经完成实验步骤并且得到实验结果，但仍不明白进行实验的意义何在，同时也忽略了对实验器材的挑選以及进行性能测试的能力培养的情况。这种为了做实验而做实验的教学模式严重影响了学生实验的积极性，也扼杀了他们的创造性。

实验态度不认真。认真且严谨的实验态度是实验成功的基础，也是确保实验过程中生命以及财产安全的重要保障。电子技术实验课程所使用的实验器材多数为封装好的实验箱体以及各种组合元器件，部分学生因为实验态度不端正，上课没有认真听实验指导老师的讲解，以至于根本不认识基本的电子元器件。在这种情况下进行实验就很有可能造成实验器材损坏，严重时甚至有可能造成人身伤害。

实验故障难排查。实验结果是体现实验成功与否的标志，电子技术实验是一门实用性突出的实验课程，成功的实验结果一定程度上会提升学生的学习兴趣。在实际的电子技术实验课程中，实验器材的原理虽然同课本内容相一致，但外观往往与原理图具有较大的出入。在实验过程中因为接线错误造成实验数据出入是常见的实验故障，此时若没有系统性的实验流程以及严谨的实验态度，学生就无法排查实验故障，最终导致实验失败。

实验报告无内容。实验报告是实验课程考核的主要方式之一，也是归纳总结实验流程与方法的重要手段。但是由于对实验课程的重视程度不够，部分学生实验课堂上没有认真进行实验操作导致课后忘记实验流程，更有甚者根本没有进行实验操作，导致同一班级的实验报告往往只有寥寥几个实验报告版本，甚至出现实验数据造假的情况。

二、PDCA解读

PDCA是一种高效且全面的循环性质量管理方法，是现代质量管理体系的重要组成部分。PDCA循环由计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）、处理（Act）四个环节组成（如图1所示），其中，计划是指根据最终的目标以及要求确定的组织方针;执行是指实施计划的过程以及使用的手段;检查是指根据组织方针对结果以及执行过程进行检视，并汇报结果;处理是指采用必要手段以改进过程管理并回收整理经验。由于PDCA循环结构简单易于理解，同时具有较强的可实施性，目前已经被广泛用于工业生产管理、医疗卫生管理、教育教学管理等众多领域[6-8]。

PDCA循环作为一种质量管理方法，其核心优势是持续的优化能力。运用PDCA循环进行教学质量改进不是一蹴而就的，需要多环节联结嵌套持续提升[9]。在一个循环周期里，计划、执行、检查、处理四个阶段被依次执行，当前周期内处理阶段（Act）解决的问题被消化吸收成为下一循环的经验。如果本循环内存在没有解决的问题，问题将被转移至下一周期的计划阶段（Plan）进行新的循环。如图2所示，经过多循环连续检测与评估，能够实现系统的阶梯式上升与连续性优化。

三、PDCA在电子技术实验课程的实践

（一）计划阶段（P）

计划阶段是基于PDCA循环的电子技术实验课程的第一步，也是实现电子技术实验课程教学目标的首要环节。在计划阶段应当以培养学生自主实验以及故障排查能力来组织实验教学。首先，明确实验目标。明确实验目标也就是要明确做什么，因此在进行实验操作前教师必须明确实验目标，确定实验过程所得以及最终输出。电子技术实验课程的主要目的是借助实验手段，使学生不浮于理论知识，能够将理论知识转化为实践产物。在实验过程中以实际电路搭建巩固所学应用，锻炼学生的动手实践能力以及分析解决实际问题的能力。其次，分析实验原理。由于电子技术实验课程是一门对专业性要求较高的综合课程，实验内容涉及电路、模拟电子技术、数字电子技术等多门专业课程，因此，在实验计划阶段就必须认真分析实验原理，让课程实验成为理论知识通向工程实践的桥梁，加深对理论知识的应用。最后，制定实验计划。实验计划是整个实验过程中的行动指南，是在已知实验目的基础上为确保试验顺利进行的指导性文件。在制定实验计划时，教师应当利用所学理论知识预测各环节实验现象与结果，综合考虑实验过程中可能会出现的问题，预备相应的解决方案，确保实验能够顺利进行。

（二）执行阶段（D）

电子技术实验课程的重要特点之一就是它所具备的实践性。为保证电子技术实验的顺利进行，实验操作符合实验计划阶段所提出的目标要求，执行阶段需要进行的实验步骤包括：第一，实验装置选择与检查。“工欲善其事，必先利其器”，合理的实验装置是实验能否正常进行的根本保障之一。由于电子技术实验装置多为各种电子元器件，对于电压等级以及电流等级一般都有严格的要求。因此在选择实验装置时必须严格认真，因为这不仅事关实验的成功与否，严重时还会对生命以及财产安全造成威胁。第二，实验节点挑选与原则。在实验执行阶段，学生应当根据计划阶段所制定的实验流程认真有序进行实验操作，设定一定数量实验关键输出节点用于验证阶段性实验结果。实验关键节点应当是易于验证分析、推进实验正常进行的重要环节。

（三）检查阶段（C）

针对上述阶段所确定系统性实验流程方案，教师需要确定实验流程是否合规，实验步骤是否按照计划进行，因此需要对各节点的数据进行检查。首先，节点数据采集与分析。在实验过程中，检查节点输出是否符合预期结果，以此类推实验步骤是否按照计划进行，实验操作是否正确无误，从而实现“整体—部分—输出”的联合验证，确保实验正确进行。其次，实验结果审核与记录。在实验过程中，需要各节点实验输出加以记录，留存实验数据，分析实验结果。顺序记录对比各节点实际输出与理论计算结果差异，对于出现问题的环节进行记录，逐步排查解决。

（四）处理阶段（A）

在PDCA循环中，处理阶段汇总本次循环内容，用于下一循环改进。第一，实验经验总结。对实验经验进行总结，记录实验过程中出现的问题以及所采用的处理方法，是提高实验水平的好方法，能够加深学生对于实践验证理论的印象。对于因操作失误而无法完成实验的学生，教师应鼓励其总结错误经验，分析失误原因，编制注意事项于实验报告之中。第二，实验流程优化。教师应积极鼓励学生对实验步骤进行分析，对实验流程进行优化，培养学生自主设计实验的能力，确认实验流程是否出现问题、本次实验是否改进。若已经改进，教师可分析其优化效果，将其纳入新的实验计划;若未进行改进，则在下一个PDCA实验循环中加以验证，实现持续的质量改进以及流程优化。

四、结语

电子技术课程是“新工科”背景下多学科交融的一门基础实验课程，传统授课模式与实验流程无法满足当前培养计划的要求，应当加以改革。PDCA循环在电子技术实验课程的应用，能够帮助学生明确实验目标、端正实验态度，将学生从实验课程中的受体转化为参与制定实验流程的主体。PDCA是一种持续性优化的质量监管方法，将其应用于电子技术实验课程的改革时应充分体现学生的核心地位，适应实验课程教学改革的要求。

参考文献：

[1] Lei，J.M.. Research on the Mode of Innovative Talent Cultivation in the Multi-synergy Integrated Circuit Industry Based on the PDCA Cycle Theory[J]. Journal of Physics：Conference Series，2021（03）.

[2] 习近平向第六届世界互联网大会致贺信[EB/OL]. （2019-10-28）. http：//jhsjk.people.cn/article/31410182.

[3] 王甫丽，王克. 新工科背景下地方工科院校学生核心素养提升策略研究[J]. 大学，2021（02）：106-107.

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[5] 高文焕，金平，刘艳，等. 电子技术实验课程的改革与实践[J]. 实验技术与管理，2005，22（09）：100-103.

[6] 江旭品，冀然，滕苗. PDCA循环在医学生实习教学职业规划引导中的应用[J]. 重庆医学，2021，50（06）：1072-1074.

[7] Loyd，N.，Gholston，S.. Implementation of a Plan-Do-Check-Act Pedagogy in Industrial Engineering Education[J]. The International Journal of Engineering Education，2016，32（03）：1260-1267.

[8] 陸妍，李坚，刘远涛，等. 工业企业精益管理工作中的管理创新研究[J]. 轻工科技，2020，36（07）：141-142.

[9] 黄艳竹，杨小元，王重玲. PDCA教学模式在土木工程施工课程教学中的构建与应用研究[J]. 大学，2021（23）：56-59.

（责任编辑：淳洁）