构建理论·实践·综合三维立体式模电课程的研究

孙雪茹 彭伟尧

摘 要：在新工科理念和培养应用型人才的前提下，构建理论教学、综合性实验、综合项目式考核融合的模拟电子课程的课堂，理论教学过程中结合视频、生活中常见的实例进行教学，同时将仿真实验引入课堂，不定期进行思维导图总结。增设综合性实验，同时在不同阶段进行线上—线下结合的不同层次的作业、试卷、平时测验等考核。引入项目式考核，从而构建出适应不同层次的模电课堂，培养学生创新与实践能力

关键词：新工科；应用型人才；理论教学；综合性实验；项目式考核

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.12.084

0 引言

模拟电子技术基础及实验是电气工程及其自动化等工科电类专业开设的专业核心课程，选修课有高等数学和电路原理等，对数字电子技术等后续课程学习、自动化领域项目设计与开发至关重要。课堂教学普遍不能够照顾到全班每一个层次的学生，授课方式过于单一，导致学生认为模电课程难上加难，因此可以将虚拟仿真实验、视频导入等与授课相结合，提高学生上课效率。实验教学环节能够很好地培养学生实践操作、实践应用和解决复杂工程问题的能力。大多数传统的模电课程的实验都是教师演示讲解后，学生按部就班地完成相应的实验操作后得出实验结果，完全不思考实验为什么要这样完成，更不清楚完成实验的意义在哪里，实验基本毫无意义。多元考核已经成为目前大多数课程的考核方式，但往往班级内部学生基础参差不齐，同样的考核方式对部分学生适合，部分学生不适合，所以本文引入线上线下考核、不同层次的试题考核、项目式考核等对学生进行有针对性的考核。

1 模电课程“痛点”问题

1.1 知识繁难、体系庞杂，难做到学而不厌

模拟电子技术是一门内容知识点多、体系庞杂、较难理解的课程，授课过程当中，学生畏难情绪极大。主要原因首先是学生未学先畏，学生普遍把模拟电子课程戏称为“魔电”。其次，部分学生电学基础偏弱，而模拟电子技术课程恰恰需要电学基础扎实，导致部分学生遇到难懂的知识点就放弃学习。还有一部分学生，学习很努力，但学习方法上存在问题。最重要的原因是，模拟电子技术课程内容过于繁重，需要一学期上完所有知识点，对此老师只好提高上课效率，但很大一部分学生无法迅速吸收，更是学了后面忘前面。课程体系如图1所示，加上学生基础较薄弱，很难提高学生的学习兴趣，大多数学生会产生厌学的情况，如何提高学生学习兴趣，提高该课程的教学效率日益成为广大教师所面临的共同课题。

1.2 内容枯燥，纸上谈兵，难做到学以致用

本门课程基本都还采用传统的授课方法，老师教，学生学。在讲解分析中多以电路模型为基础开展，更多强调抽象化的数学问题，用例题推导和图形讲解的方式理解原理，弱化了实际的应用问题，导致学生难以把数学模型和实际系统联系起来，强烈地触发了学生的畏难情绪，本来学习兴趣就不高，加上传统授课方式，使得学生畏难情绪一触即发。

1.3 基础薄弱，知识独立，难做到融会贯通

大多数学生数学基础薄弱，所学知识并没有工程背景作支撑，无法将所学的知识点联系到一起去解决一些实际的问题。再加上课程内容仅用一学期来完成，大多数老师疲于完成授课计划，忽略了学生能否将所学应用到实际当中去。学生也一直处于被动接受知识的状态，并不能真正地理解本门课程的真正的意义及用处，从而无法真正地做到融会贯通。

2 构建理论·实践·综合——三维立体式模电课堂基本思路

所谓“三维教学法”，本是指一个完整的教学过程，是由课堂讲授、学生自学（包括课堂讨论、作业练习等）和社会实践等三个相互联系、相互制约、相互影响的环节或层面构成的一个有机整体，要求充分调动教师和学生两方面的积极性，利用一切可以利用的教学设备、图书资料等，将由教师在室内讲解教材的单一活动让位于形式多样、内容丰富的立体式教学活动，将这三个层面紧密联系在一起。为了贴合本门课程的实际特点，解决本门课程存在的痛点问题，提出了“三维立体式课堂”的理念。

一维课堂教学：通过视频导入激起学生对本门课程的学习兴趣；传统的授课由于教师过于专业化导致学生无法直接理解课堂内容，因此通过从学生的角度出发启用接地气式教学，方便学生快速吸收课堂上的内容；采思维导图等方式进行授课总结，将本来错综复杂的课程内容串联在一起形成系统，方便学生系统化地去学习。通过一维课堂教学法让学生做到学而不厌。

二维实验教学：传统实验以验证性实验居多，可以添加综合性实验，引入仿真实验，预留探究题，引导学生自主探索发现，解决实际问题，激发学生的创新思维。通过二维实验教学法让学生做到学以致用。

三维多样化考核教学：大多数课程考核以作业试卷为主，课前预习后及课堂结束后分别进行线上考核，每节内容结束后进行阶段化考核，课程接近尾声后进行项目式考核，综合考量学生学习情况，锻炼学生动手实操能力。通过三维多样化考核教学法让学生做到融会贯通。整体三维立体式课堂模式如图2所示。

3 理论·实践·综合——三维立体式模电课堂的构建举措

3.1 利用视频导入，接地气教学，思维导图总结三步法教学

首先，学生层次的不同，教学方法也要做出相应的变化。清华大学的教师甚至可以双语授课，但是对于普通学生来说专业过强的课堂会让他们头晕脑涨，完全提不起兴趣，甚至会产生厌学的想法。因此课程会根据课程难易程度的变化去引入生活中常见的有趣的样例，例如在讲解模拟电子晶体三极管放大电路时，纯讲解公式推导过程，虽然大部分学生可以接受并理解，但是存在一些学生他们基础较差，对于理论性的推导有抵触心理，此时可以引入生活中常见的三通来进行讲解，样例如图3所示。在没有引入示例前为学生简单讲解如下：

引入生活中样例后如图4所示：

以上两种讲法，第一种虽然复杂，但讲解后可以让大部分学生懂得其中原理。第二种虽然简单，学生并不能懂得其内部原理，但可以让一小部分学生迅速掌握推导出来的最终结果。所以可将两种讲授方法进行结合，去适应所有学生，这样做更加有利于讲解本堂课的内容，在提高授课效率的同时，还能解决学生的畏难情绪。

其次，目前的课堂教学以及教材内容安排都普遍存在“开篇直入理论，课堂导入不够”的共同缺点，这些共同造成了教师难教、学生难学的局面。因此团队教师建立了模拟电子课程视频库，针对不同的授课内容搜集课前、课中、科技、生活等不同阶段不同层次的相关视频融入课堂，在激发学生学习兴趣的同时潜移默化地达到思政育人的效果。例如在讲授反馈放大电路时，引入导弹发射的视频，如图5所示，与此同时让学生思考如此远的距离导弹是如何精准击中目标的？看完视频共同探讨后给出其中一种答案，得出结论是因为卫星在进行不断的反馈，导弹根据反馈不断的在调整方向。

最后，大多数学生上完课都有一个共同的感受：一团乱麻，完全不知道本次学习内容与之前学习的内容有什么关系，联系不到一起，导致学生所学的知识点变成了独立的，成不了系统，因此引入阶段性思维导图总结法，将学生所学习的内容前后串联在一起，形成系统化教学—系统化学习的“双系统一体化”模式，可以在保证授课质量的同时提高学生的学习效率。

3.2 添加综合性实验，引入仿真实验，引导学生自主探索

本门课程开设的大多数实验都是验证性实验，无法激发学生的创新思维，因此，可以利用现有的实验设备，开发具有综合性、与实际项目相结合的实验，帮助学生跳出仅学习理论知识的局限性，达到学以致用的效果。另一方面，还可以将学科竞赛、工程案例与实验相结合开展实验，锻炼学生动手实操、团结协作的能力。

目前学校的实验条件具有一定的局限性，一些综合性、创新性比较强的实验还是无法完成，因此以雨课堂为平台、以仿真软件为基础开展翻转课堂教学，实现线下互动、随堂练习、讨论交流、分组汇报等环节，在完成仿真实验的过程中鼓励学生在问题解决中学习和探索，也能激发学生的学习兴趣，引发他们对问题解决的深层理解。通过问题解决使学生建构起对知识的理解，还能更好激发学生的学习兴趣，以仿真软件为基础开展设计，既能锻炼学生的软件应用能力，还能培养学生分析设计能力。例如：在讲授反馈放大电路时即可引入仿真实验，搭建的电路图如图6所示。

课前抛出预习问题，学生利用各种手段去搜集资料，形成自己对问题的理解，教师授课时针对预留的问题对本节课进行详细的讲解，从而与学生的问题形成对比，课后学生再将答案进行修改，最后进行提交。探索与授课相结合的教学模式可以更好地培养学生的自学能力与探索精神。两种模式相结合能够更好满足不同层次学生的学习需求，保证课程教学质量。如图7和图8所示。

3.3 课前课后同步考核，阶段化考核，项目式考核结合的多方位考核

目前很多教师在授课前都有预习内容，但缺乏自学后的测验，即使有测验，大多数学生也会去搜索答案进行作弊，达不到预习想要的成效，引入综合性发散思维的测验题可以有效的避免作弊的情况出现。课后题要与课前预留的题同步进行，同样的题第二次再作答，就要结合课程内容进行，这样既锻炼了学生自主学习的能力，又可以保证课堂的授课质量。

课程体系过于庞大，导致大多数学生学了后面的内容忘了前面的内容，为了引导学生在平时的学习过程中重视知识的积累和能力的培养。教学内容分阶段进行测验，测验题题型采取拉力赛式任务点管理，每位学生必须在规定时间节点内完成任务点。以在线测试为例，截止时间前提醒两遍并通报未完成学生名单，督促学生准时完成。且题型随着授课内容的增加难度也要逐级递增，起到督促学生进行阶段性复习，梳理分散讲述的知识点，形成一个完整的知识框架的目的。例如，如图9所示为学生完成的思维导图，在学习运算放大器的内容时，包含了加法、减法、积分、微分等不同类型的运算放大器，需要进行总结和归纳。

一学期下来，学生的知识储备已经达到相对饱和的状态，为了检验学生的学习成果，以及锻炼大家解决实际问题的能力，引入项目式考核，将项目要求下达给学生，学生分组进行不同的项目，小组内部做好分工，项目任务包括项目书的书写、原理图的设计、实物的制作、汇报等几个方面。项目式考核的引入既能实现理论与实践的结合，又可以鼓励学生在问题解决中学习和探索，也能激发学生的学习兴趣，参加学科竞赛的积极性，为学生的进阶学习提供可能。

4 结语

基于“新工科”理念和培养应用型人才的前提下，构建理论·实践·综合——三维立体式课堂，可以充分调动学生学习积极性，开发学生思维想象力，培养学生综合创新能力，实操动手能力，能够利用所学的知识去解决一些生活当中常见的问题。

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