新工科背景下数字电子课程的教学改革探索*

黄建平 白雪冰 张佳薇 李东宸

东北林业大学机电工程学院 黑龙江哈尔滨 150040

0 引言

当前，大国竞争加剧，为提高我国的国际竞争力，主动应对科技和产业革命，适应国家战略发展要求，教育部积极推进新工科建设，并相继出台了“双一流”建设、“双万计划”等相关政策，使我国高等教育迈入了内涵发展、质量提升、改革攻坚的关键时期[1]。高等教育是人才培养的摇篮，是培育卓越工程师的主要渠道，在全面提高人才培养能力、建设高等教育强国的关键阶段，不断完善顶层设计的同时，作为政策实施落脚点的课程被日渐关注，课程质量是教育的基石，是提高工程教育人才培养质量的最后一公里。

数字电子技术是电子信息类专业重要的学科基础课，是学习多门电子类课程的基础。伴随着教育改革的推进，原有的基础理论传授已不能满足新工科、工程教育认证等多种工程教育变革的需求，课程目标需由单一知识传授转变为综合能力培养，课程焦点也需完成以教师为中心向以学生为中心的转变。因此，有必要对电类工科专业基础课程——数字电子技术进行教学改革。近年来，国内外的教学研究人员从教学模式、教学内容、教学设计等方面开展了大量的改革和探索工作，如以成果导向为目标的课程教学改革[2-3]、“以学生为中心”的研讨和翻转课堂教学[4]、PBL 教学法[5]，项目式驱动教学[6-8]，线上+线下混合式教学实践[9-12]，理论与实践虚实结合的多元融合教学改革[13]，融合课程思政的教学改革[14-15]等。

本文以数字电子技术课程为例，从课程目标、教学方式、教学内容和考核评估等方面展开教学改革探讨，将现代信息技术与课程教学深度融合，增强学生工程意识，培养学生解决实际工程问题的能力，使学生能够适应新时代背景下的人才需求。

1 传统教学分析

1.1 经典理论与行业发展

伴随着半导体技术进步，集成电路进入了快速发展的时代，芯片种类繁多，更迭不断。数字电子技术作为一门传统的学科基础课，几十年来课程内容多以逻辑代数、门电路、触发器等内容为主，虽然这些内容是深入学习和应用电子技术相关课程的基础，但在行业竞争加剧和企业人才培养成本高的双重压力下，企业需要高校能够最大限度地缩短“学”与“用”之间的距离，因此，仅满足知识获取的课程目标已不能满足行业与用人单位的需求。如何在有限的学时内，使学生掌握基础理论的同时，具备相应的工程实践和开拓创新能力，是课程改革过程中的难点。

1.2 教师讲授与学生自学

传统教学的学习过程主要以任课教师课堂讲授为主，因为在网络课程出现之前，学生获取教学资源的手段较为单一。随着慕课、微课、云课堂等开放式网络课程平台的兴起，学生可多种渠道获取优秀的教育资源，教师的任务和身份也需随之进行转换。如何在合理利用网络资源的同时，避免教育的同质化，提升学生信息整理和自我学习的能力是教学改革中亟待解决的重要问题。

1.3 传统笔试与项目考核

传统教学过程多以期末的笔试考核为主，学生学习过程松懈、考前突击的现象较为严重，这样的学习过程无法对新工科理念“培养卓越工程人才”和工程教育认证“注重学生能力培养”的目标进行有效支撑。项目式的考核方式有助于增强学生的工程能力，但在分数量化和评分客观性方面较难掌控。如何在发挥传统笔试客观、高效优势的同时，增强学生的学习主动性和课程管理的科学性，是课程改革中的重点。

2 课程目标修订

数字电子技术原有理论教学学习的目标是使学生掌握数字电子技术相关的基本理论和基础知识，掌握数字电路的基本分析方法，具备一定的数字电路分析、设计能力。该课程目标注重学生数字电子技术相关基础理论知识和能力的培养，无法满足新工科背景下学生实践能力和工程素养的高要求。基于以上阐述，课程结合专业毕业要求，对课程目标进行了修订，具体如下。

1）知识目标：掌握逻辑代数的基本理论、常用数字电路的结构、工作原理；掌握基本数字电路的输入输出特性；理解数字电路的电气参数指标；掌握数字电路中的国际标准逻辑符号和英文专业词汇；掌握常用电子器件、集成芯片的原理及其应用；掌握各种典型数字电路的功能、分析和设计方法。

2）能力目标：能够利用数字电路的基本理论和基础知识对实际应用问题进行抽象，设计数字逻辑电路，初步具备一定的数字电路的分析、设计和解决实际问题的能力。

3）素质目标：能够针对学习任务自觉开展预习、复习和总结，具备良好的学习习惯。通过电子技术的发展、典型案例的分析和电路设计等环节，使学生具备绿色、环保意识，引导学生树立正确的生态文明观念。

3 教学方式转变

信息时代，技术更新压力日益显著，自我学习能力是保持学生未来在从业岗位保持竞争力的关键要素。因此，在课程教学过程中要有意识地培养学生具备知识更新的能力。网络资源是实现这一目标的有效途径，并且可为课程在有限课时进行工程化教学提供必要的补充。同时，在疫情防控常态化的环境下，实施线上+线下混合的教学模式、实现线上+线下的无缝衔接是对课程的基本要求。因此，本课程采用学习通、雨课堂、腾讯会议、QQ 群等多平台相结合的课程教学方式。

1）以学校的网络教学平台超星学习通为依托，建设数字电子技术课程的教学资源，为学生提供包括学习课件、课程微视频、课程学习计划等各类教学资源，并且作为平时作业、阶段测验、讨论交流和意见反馈平台。同时以国家级网络教学平台教育在线、中国大学MOOC 平台等作为课程的拓展补充。

2）在线教学采用雨课堂+腾讯会议结合的教学模式，充分发挥各平台的实时、交流和互动等作用，提高在线教学效果。

3）采用QQ 群作为即时沟通平台，完成通知发布、答疑交流等功能。

多样化的教学手段可为课程学习的全过程管理提供帮助。课程在开课前，通过学习通和QQ 平台发布课程资料包括课程目标、课程章节安排及学时分配等，使学生对整个课程有总体认识和了解。课程开展过程中，定期对本周的教学任务进行总结，明确下周的主要学习内容和要求。学生可根据周学习计划，利用超星学习通的课程资源进行预习或进行课后的复习巩固。课程结束时，通过学习通平台发布课程目标达成评价和满意度评价调查问卷，分析课程目标达成情况和存在的问题，为下一步改进提供依据。

4 课程改革内容

4.1 增强实践能力

为了满足就业单位的需求，授课过程中要求学生掌握经典理论的同时，有意识地融入工程理念，增强学生的实践能力。具体措施如下：

1）采用启发式教学模式，注重工程能力的培养，在课堂教学中不断引入实际工程案例，调动学生的主动性，培养学生的工程意识，帮助学生提高分析和解决实际数字电路问题的能力；

2）教学设计过程中，注重从系统的视角去认识数字电子技术。通过对典型数字系统的分析和讨论，帮助学生从知识点的应用角度建立起知识点之间的联系。

4.2 融入课程思政

课程思政是高校立德树人的根本任务，是教师育人的基本职责，树立正确的世界观、人生观和价值观是工程技术人才的基本要求。根据数字电子技术课程的特点及现状，探索课程思政改革，开展课程思政建设。具体措施如下：

1）提高教师个人的思政和业务能力，规范课堂举止和行为，以知识传授为载体，培养学生踏实认真的处事作风和科学严谨的治学态度；

2）在教学活动中，结合电子技术发展历程，突出我国集成电路和大国工程的成就，同时围绕课程特点，以实事新闻、热点话题为突破口，强化学生自主科技创新意识，弘扬新时代奉献精神和大国工匠精神，树立正确的生态文明观念，实现思政育人目标。

4.3 考核方案改进

课程目标的达成离不开完善的考核办法，为全面反映学生的学习效果，课程采用了多样化的考核方式，同时加大学习过程考核，及时发现和查找问题。课程考核由平时作业、随堂测试、阶段考核和期末考试等部分组成。平时作业以典型习题为主，作业体系可由基础题、发散题和拓展题等构成。随堂测试以课上知识点为主，主要考查课上学生对知识点的理解程度，用实时互动来调动学生课堂积极性。阶段考核以考查学生的工程实践能力为主，以工程项目命题，学生需从功能分析、系统构建、电路设计、电路仿真、功能测试、结果讨论等六个方面撰写项目设计报告，使学生构建工程项目的设计过程。期末考试以经典理论的闭卷笔试为主，客观考核学生的知识掌握情况。

4.4 课程考核评价

随着技术进步，知识更迭，课程需根据反馈进行有效的自我评估，保证课程目标顺利达成的同时，完成课程教学改革效果的分析和总结。课程的反馈渠道广泛，以学生的课程成绩为主体，广泛征求学生学习过程中的意见，结合同行和督导的建议，构建多方位、立体式的反馈监督机制，完成课程的评估和持续改进。为验证课程的改革举措是否能够实现课程目标，本课程设计了课程目标达成的考核与评价方式，课程目标与考核方式的具体对应关系如表1 所示。

表1 课程目标达成考核与评价方式

5 结束语

本文以新工科和工程教育认证理念为指引，以学生综合能力培养为目标，充分利用现代化网络资源，进行数字电子技术课程的教学方式、教学内容和考核评估等方面的改革探索，通过多样化的考核方案增强了学生的学习积极性和课程的过程管理，并通过课程评估实现课程持续改进的良性循环。通过学生课程考核成绩和意见反馈渠道发现，课程改革效果良好，下一步将进一步深化教学改革实践，充分落实教—学—评完整闭环的教学新模式。