基于进阶项目式的模拟电子技术实验教学模式探讨论文

2024-06-26 10:26:49 来源: 作者:zhoudanni
摘要:模拟电子技术实验是电类课程中重要的组成部分,实验内容包括各种元器件、电路形式、信号类型等的分析方法及仪器仪表的使用,涉及知识点多且独立,具有很强的工程实践性[1]。根据新工科教学相关要求,针对该课程内容繁杂、结构零散且独立、与具体应用关联难等问题,本文探索如何以进阶项目式实验教学为主线开展课程改革。
摘要:针对模拟电子技术实验课程进行教学设计,以产出导向为指导思想,以解决实际工程问题为目标,实行项目式与单元电路闭环教学方法。结合“互联网+智慧实验室”,融合思政元素,构建“基础提高—综合设计—创新研究”进阶项目式实验教学新模式,制定“三维度、三层面、矩阵式”考核评价体系,以培养学生自主探索、积极创新和综合运用知识的能力。
关键词:模拟电子技术实验;新工科;OBE;教学模式改革
模拟电子技术实验是电类课程中重要的组成部分,实验内容包括各种元器件、电路形式、信号类型等的分析方法及仪器仪表的使用,涉及知识点多且独立,具有很强的工程实践性[1]。根据新工科教学相关要求,针对该课程内容繁杂、结构零散且独立、与具体应用关联难等问题,本文探索如何以进阶项目式实验教学为主线开展课程改革。
一、模拟电子技术实验课程教学现状
当前,模拟电子技术实验教学主要存在以下问题。一是实验教学项目内容深度不够,不成系统,缺乏工程探究与项目创新,实验缺乏系统连贯性,学生工程实践能力和创新能力得不到有效锻炼,工程意识薄弱[2]。二是教学方式单一,多采用“灌输式”教学模式,即教师利用PPT讲解示范,学生进行实验。学生习惯于被动地按部就班进行验证性操作,没有掌握必要的实验项目思维和技能,诊断电路故障、分析电路问题及解决实际电路问题能力不足[3]。三是课程考核评价机制单一,实验过程缺乏有效引导和监督,部分学生存在应付、抄袭现象,影响课程教学效果[4]。四是缺乏针对学生的激励机制,不利于个性化和层次化的新工科人才培养。
针对现有模拟电子技术实验课程教学模式、实验项目内容、评价体系难以适应新工科专业的建设要求,难以满足OBE(Outcomes-based Education)理念下培养复合型创新工程科技人才要求等问题,以桂林电子科技大学信息与通信学院所属的国家级电子电路实验教学示范中心为平台,依托“互联网+智慧实验室”技术,研究构建面向新工科的进阶项目式实验教学模式,以提升实验教学效果和效率,培养学生的工程项目意识和创新思维。
二、模拟电子技术实验教学模式改革思路
根据新工科教学要求,针对模拟电子技术实验知识点繁杂、零散独立、难以与具体应用电路联系等问题,探索以解决实际工程问题为目标、以进阶项目式实验教学为主线的教学模式。具体实行“项目式实验—单元电路—项目式实验”的闭环教学方法,构建融合思政元素,采取分层次、梯度进阶化的“基础提高—综合设计—创新研究”进阶项目式实验教学新模式,探索教学闭环反馈,构建多元、全过程的考核评价体系,制定“三维度、三层面、矩阵式”激励考核评价体系,多方评价教学效果,形成闭环改进,创新教学手段,采用线上线下混合式教学,促进师生交流与经验分享,从而培养复合型创新工程科技人才。
三、模拟电子技术实验课程教学模式改革实施
(一)开展进阶项目式实验,提高学生解决实际工程问题的能力
针对模拟电子技术实验教学中存在的问题和新工科能力培养的目标要求,以完成电子产品设计为主线实行进阶项目式实验,将产品分解为多个含电子电路核心知识点的实验模块,将零散孤立的知识点贯穿整个实验过程,并在完成所有实验模块后进行组装联合调试,形成合格的电子产品。以完成一个完整的电子产品设计为主线开展模拟电子技术实验教学,能够使学生在实践中应用理论知识,帮助其学习和理解模电理论基础知识,培养学生的工程项目意识,使其增强实践应用和创新能力。
项目化设计教学内容的核心是设计含课程重要知识点及应用意义的项目[5]。电子工程项目应包含基本放大电路、负反馈放大电路、集成运放构成的运算放大电路、功率放大电路,以及各种类型的比较器、各种波形发生器的关键知识点。在模拟电子技术实验教学中,可将电子工程项目分解为若干个单元电路,并将关键知识点融入其中,实验设计应具有衔接性和递进性,在完成各个单元电路实验后再进行组合联动调试,以实现整体项目功能。通过将理论课程、传统模拟电子技术实验项目及其他教学资源进行整合和对比分析,选择合适的电子工程项目作为教学重点。例如,可以选取音频功率放大电路、四路无线遥控开关或红外雷达倒车电路设计与制作等相关电子工程项目作为模拟电子技术实验的主体内容,指导学生学习如何将复杂、实际的工程项目分解成一个个熟悉的模拟电子技术实验单元电路。
(二)创新教学手段,采用“互联网+智慧实验室”教学方法
课前利用微信公众号和抖音视频号发布各种教学资源信息;课中利用智慧实验室对学生每次开展的实验项目进行过程性、精准量化评判;课后采用线上教学辅导群进行答疑辅导,建成基于移动教学平台的学习群。把线上线下混合式教学模式应用于进阶项目式实验教学过程[6],以实现内容数字化、教学信息化、课堂教学翻转化。混合式教学采用线下课堂实验为主、线上学习群为辅的教学模式,以教师为主导、学生为主体,建立师生间的多维交流渠道,为师生的教与学提供功能全面的信息化、数字化交流平台。混合式教学模式重点围绕“课前导学、课堂研学、课后助学、期末汇报”四个环节开展(见表1)。
课前导学:线上教学平台助力课前导学环节,提升课前预习效果。实验课前,教师发布相关预习资料,学生提前预习进阶项目式实验所涉及的模电理论知识点及实验电路分析,课前自己用面板提前搭好实验电路,制定测试方案,完成初步数据测试。
课堂研学:充分发挥学生主体作用,培养学生分析和解决问题的能力。在课堂上,师生相互协作、互动交流,完成模拟电子技术实验电路设计。教师在每堂课的PPT中设计3—4道练习题,利用智慧教学工具,让学生在限定的时间内采用投稿推送、弹幕、手机答题等线上方式进行反馈,这有助于教师从统计学角度实时准确地获取关于学生实验学情的信息。
课后助学:线上教学平台助力课后师生互动,激发学生探索精神。课后学生完成线上发布的数字实验报告和实验习题作业,巩固知识;教师则实时在线上平台接收学生的学习反馈信息,解答学生疑问。
期末汇报:学生针对本学期进阶项目式实验的实施情况做总结并进行成果汇报,包括团队交流遇到的问题、解决方法,以及有什么经验和存在哪些不足。学生通过对项目式实验进行梳理总结,加深对模拟电子技术实验课程的理解。
(三)融合思政元素,以思维带知识,重塑教师角色
教师建立模拟电子技术实验课程思政案例库,结合线上资源和线下课堂,在教学设计中融入课程思政元素,注重训练学习能力,以达到全方位课程思政建设的效果。以科学精神、职业素养、爱国主义和唯物辩证法为思政教育切入点来设计课程内容。同时,结合往届优秀学生的实验项目作品作为实验样板,进行实物演示讲述项目系统结构,讲解实验项目设计的方法和过程,使学生对进阶项目式实验过程有初步了解。
教师把数学推导引入概念教学,基于电子学阐述模拟电子技术实验原理,基于进阶项目式实验案例诠释相关知识的应用,培养学生基于数学思维方法的工程思维,挖掘模拟电子技术实验知识的深度。
教师角色重塑是指教师在对学生开展进阶项目式实验进行理论讲解指导的过程中,坚持以学生为中心,从数学概念引入到问题延伸,再到初步进行项目式实验设计,引导学生从进阶项目式实验现象及不同层次的项目式实验演示案例中提取实验任务,选择合理的项目设计方案,结合理论及仿真结果构建实物电路,并对学生进行评价,从“导学者”角色向“评估者”角色升华。
(四)建立教学闭环反馈,构建多元、全过程的考核评价体系
针对模拟电子技术实验课程的教学,建立多元考核制度与评价机制,以学生为中心,让学生参与实验课程学习的全过程,采用智慧实验室管理系统,以更公平、客观地对学生在实验课程学习中的学习表现和学习效果进行科学、精准、量化的过程性评价,为课程的持续改进提供精准、科学的数据。
在建立多元考核制度与评价机制的过程中,以成果为导向,以学生发展为中心,设置不同层次的项目式实验,让不同能力的学生进行自我选择,按照实验难度等级对学生进行评价[7]。考核不局限于统一标准化的题目,而是新增多项考核指标,确保考核方式更细化、更科学。通过增强实验考核难度、优化考核机制等,鼓励学生开展工程项目式实验,开拓创新,并对能力突出的学生进行加分奖励。建立进阶项目式实验多元、全过程的考核评价体系,包括“三维度”(工程理论知识、工程操作技能和安全文明素养)和“三层面”(学生评价、教师评价、督导评价)以及矩阵式激励考核评价体系(见图1)。其中,学生评价包括评教、座谈和问卷调查,教师评价包括实施方案评价、过程记录、实验学情分析和实验课程小结,督导评价包括同行评价和督导听课。
综上所述,在新工科背景下,针对当前模拟电子技术实验课程教学模式、项目内容、评价体系难以适应专业建设要求,难以满足培养复合型创新工程科技人才要求等问题,本文对教学模式进行了改革,探讨了进阶项目式和线上线下混合式的实验教学模式。这有助于提高实验教学效果和效率,高效促进师生交流,培养具有新工科视野、工程项目意识和创新思维的复合型人才。
参考文献:
[1]谢迎娟,许海燕,刘艳,等.新工科背景下模拟电子技术实验教学设计与实践[J].中国现代教育装备,2022(23):92-93,100.
[2]王先龙,刘春红,侯义锋,等.新工科背景下模拟电子技术实验教学改革[J].高师理科学刊,2023(5):102-105.
[3]张玲,张鹏展,陈泽龙.模拟电子技术实验课程思政教学探索与实践[J].科教文汇,2022(24):115-118.
[4]高发亮.模拟电子技术综合性实验的案例分析[J].电子技术,2021(7):96-98.
[5]束仁义,沈晓波,郑晓东,等.电赛真题在模拟电子技术实验项目中的应用研究[J].实验室科学,2022(3):221-223.
[6]张秀鸯.混合式教学模式在“模拟电子技术实验”中的实践与探索[J].教育教学论坛,2020(48):228-230.
[7]韩孝强.模拟电子技术实验课程的考核模式分析[J].集成电路应用,2021(9):28-29.
