应用物理专业数字电子技术课程改革的初探

于莹莹 孙 波

（长江大学物理与光电工程学院，湖北 荆州434023）

0 引言

2018年5 月，教育部印发的《关于开展“三全育人”综合改革试点工作的通知》（教思政厅函〔2018〕15号）中指出：全面统筹办学治校各领域、教育教学各环节、人才培养各方面的育人资源和育人力量，推动全体教职员工把工作的重心和目标落在育人成效上，推动实现知识教育与价值塑造、能力培养有机结合，构建中观的一体化育人体系[1]。在三全育人的背景下，本文从笔者所在学院的应用物理专业的数字电子技术课程的讲授和实践环节中，总结出针对该专业数字电子技术课程改革的几点思考。

1 应用物理专业数字电子技术课程改革的必要性

应用物理专业是以强大的数理知识为基石，建立物理与高新技术的结合点，为社会培养具有良好科学素养和创新意识的复合型人才的专业。所以，各高校在培养方案的主干课程设置上，多是遵循以数理为基础，以技术为导向，理论和实践相结合的方式。数理课程自不必说，是学习后续专业基础和核心课程的基石。在应用物理专业众多技术类的专业课程中，数字电子技术课程具有知识体系完整、实践性强及应用面广等特点，尤其对于信息化社会的今天，数字电子技术课程的应用领域可以说涉及生活的方方面面，如智能手机、家电、汽车、航空航天等领域。特别是近两年，由于疫情等多方面因素，芯片产业面临重大缺口，涉及全行业，有甚者芯片厂商交付周期达到30周以上。而我国在芯片产业发展方面还有很长的路要走，因此，这就需要大量的相关专业人才共同发力。作为高校，培养兼备较强数理理论及电子技术的人才更是重中之重。依据应用物理专业的特点及我国在相关领域的行业现状，应用物理专业数字电子技术的讲授应是让学生在实现课程教学目标的基础上，学会运用辩证的思维，加强课程体系的联系，提高综合素养，树立正确的人生观、价值观、世界观，实现育德育人的目的。

2 应用物理专业数字电子技术课程改革的思考

在“新工科”大背景下，高校需根据产业需求和技术发展来构建工科专业新结构和更新工程人才知识体系。因此，高校相关专业的课程安排也会相应地削减一定的理论学时，增加学生实践的时间。这就需要教师不断地整合资源，全局思考。以理论为支撑，以实践促发展，要以点带面，进行全方位的思考。不同于以往对数字电子技术课程改革的思考角度[2-5]，本文从知识习得、协作提升、思维引导、方法改进及质量发展几个方面对应用物理专业数字电子技术课程改革加以分析和思考。

2.1 知识：主次矛盾

知识改变命运，学习成就未来。“互联网+”时代知识的获取渠道早已不是仅靠教师的讲授，学生在学习数字电子技术课程中可以通过慕课、云课堂等多种途径获得课程的知识。这对当今的高等教育是机遇，也是挑战。笔者在讲授课程的过程中发现，因为知识的获取渠道变多，对于具有良好的学习习惯的学生，在学习完课堂上的课程知识后，会自行查找相关知识的网络资源进行复习总结。而对一些没有养成良好学习习惯的学生来说，有时会认为，反正课下也可以学习，不仅上课开小差，常常下课后也没有去主动习得相关知识。数字电子技术虽然不像很多数理课程应用很多具有前后联系的公式，但相关的器件的基础知识和知识的延续性也是很明显的。因此，如果前期基础知识掌握不牢（如卡诺图，触发器等），后期分析设计时序电路是容易理解得不透彻，造成知识结构断层。

针对上面的问题，就需要教师有意识地去引导学生。坚持从马克思主义哲学的角度让学生理解，课堂讲授是主要矛盾，网络学习是次要矛盾。从某种角度打一个比方，如果学习知识是吃一顿饭，那么课堂学习就是“主菜”。因为丰富的数理基础，应用物理专业的学生对基本的电子元器件有着更深层次的理解，那么，教师就应该较好地利用这个专业优势。在主体课堂上，教师可以根据专业优势，在课程讲解过程中进行知识的融合。例如，在讲解逻辑门电路时，可以利用先修课程模拟电子技术课程中关于PN结的知识点，而PN结的讲解又可以与高中化学的知识结合起来。而讲到MOS管的可变电阻的推导时，可以和微积分结合起来，甚至在说明MOS管的各个管教和参变量时，可以讲解字母下角标的英文全称，让大家理解它们的实际含义。知识的融合让先修课程变得有归处，扎实的数理让学生觉得可应用。课堂的主体地位很大程度上体现在教师“连接知识”的意识。从价值观的角度，让学生理解，在知识的获取上不能取巧，并明确课堂讲授的重要性，让学生在课堂中得到知识效能的最大化。

2.2 协作：全面提升

教育的本质是立德树人，任何课程的展开都应不忘教书育人的初心，牢记立德树人的使命。数字电子技术课程，对于“理”大于“工”的应用物理专业学生来说，是理论应用于实践的一个很好的饯行课程。实践出真知，故在实践的过程中最能体现出理论的应用效果，而课程实践环节也正是模拟工作岗位体现学生的综合素质的环节。

信息网络时代，除了知识的获取途径多样化，人的交流合作应用网络也越来越便利。然而，这并没有构成很好的沟通渠道，反而让很多学生变得不愿正面与人合作交流。理科专业认证的第三级认证重点考查“五个度”，其一为：专业定位与社会需求的适应度。良好的沟通能力、协作解决问题的能力，必然是符合社会需求的。笔者所在学院应用物理专业在讲授数字电子课程的过程中，试将问题导向+翻转课堂引入课堂。以小组的形式，采取抽签的方式，将与数字电子技术课程实践相关的综合性设计问题分发给各个小组，小组成员需做到明确分工，例如，篮球24秒倒计时这个选题，分工可以拟从设计方案认证、理论计算、电路图仿真工作、PPT制作，教案撰写等方面选择。在这个过程中，需要小组团体的不断交流和合作，拟定各环节负责人。在翻转课堂上，其他小组成员可以对各个环节怀有的疑问进行现场提问，由负责翻转课堂的小组成员进行解答。在这个过程中，既做到了以“学生为中心”，而且学生的团队协作能力也在这个过程中很好地发挥作用，学生的兴趣和参与度显著提高。以此为基础，在数字电子技术实践环节，将翻转课堂中的理论及仿真分析，进行实验验证，对已经进行过翻转课堂的小组同学在所实践的问题上就略显优势，这样可以相互照应地带动其他小组同学的实践环节，实现共同进步。在数字电子技术课程中引入问题导向+翻转课堂，对全面提升应用物理专业学生全面提升协作和独立解决问题的能力具有示范作用。

2.3 思维：始终创新

习近平总书记指出：生活从不眷顾因循守旧、满足现状者，从不等待不思进取、坐享其成者，而是将更多机遇留给善于和勇于创新的人们。在当今国际社会的竞争中，在历史进程的反复印证中，我们看到，只有改变才是永远的不变，而创新就是改变。时代发展需要创新、社会进步需要创新、人们生活水平的提高需要创新，这是社会所需，也是时代所用。

应用物理专业较强的数理基础，是更深入的认识专业内涵的基石。有针对性地应用数理基础，加强科学的创新思维方法的训练，对学生学习认识新事物来说事半功倍。不同的课程体系也可以采用具有针对性的方法。对于在数字电子技术课程中加强创新思维，更适合采用“溯本求源”和“全方位”的方法。例如，在学习计数器的知识部分，从纵向的知识学习体系来说，计数器的构成单元为触发器，触发器的构成单元为基本门电路，而基本门电路的构成单元为CMOS电路，再不断深入下去。在这样的追根溯源过程中把最底层的器件知识了解清楚，再从底层器件知识逐层认识器件之间的联系，逐步做到在设计和分析计数器的环节增加新的认识。在数字电子技术课程理论知识的创新思维培养上要“溯本求源”，在实践课程中应采用全方位的提高创新思维方法。“问题是创新的起点，也是创新的动力源”，在数字电子技术的实践中，问题常常是层出不穷的。一个数字电子电路设计成功与否是整个系统各个分部的因素：理论逻辑是否正确、线路是否连接、芯片是否能正常使用，等等，缺一个环节都会影响整个电路的功能。因此，“全方位”地思考、多角度地布局，是在学习数字电子技术实践课的环节所要求具备的。

2.4 方法：持续改进

常言道：学习有法，学无定法，贵在得法。这个法是学生学习的“法”，同时也是教师教学的“法”。数字电子技术庞杂的电路知识需要学生学有所法，教师也需要针对不同的学生教有所循，并且两者是相辅相成的。学生学有所法中的“法”的核心问题是统筹学习时间和资源。笔者所在学院的应用物理专业的数字电子技术及相关实践课程的开课时间是二年级下，同时期开设3~4门专业基础及核心课程和多门选修及通识课程。因此，除课堂讲授之外，学生可以安排给数字电子技术课程的学习时间很有限。教师在这其中可以在学生的学习方法上加以引导，例如，成立学习小组，针对课堂每一章中较难理解的知识难点（如时序逻辑电路的分析和设计），由组员提出，由组长组织成员进行讨论，讨论大家对这些知识难点的理解程度和方法，所收集到的资源可以共享。讨论结束，对于仍然存在疑虑的问题由组长反馈给教师，由教师引导学生去独立完成资料的查询和理解。而这些讨论时间是由学习章节体量和难易而定。这样，就让有限的课堂教学可以延续到课外，以学生为主体的同时，提高了学习效率、锻炼了学生独立解决问题的能力。

学习的最后落脚点是做人、做事。那么，教师的教有所循就是要依据这个落脚点。在生活与教学中，教师要修政德，只有在细照笃行中修炼自我，涵养道德操守，才可以润物细无声地影响学生。在教法上，对于庞杂的数字电子技术知识点，要时常进行归纳总结，比如使用思维导图等，也让学生养成归纳总结的习惯，可以按章节进行总结，将总结得当的学生的方法分享给其他同学。学生形成连贯的知识体系后，也就较少地存在只有考试的时候了解知识点，考完全都“还给教师”的现象。这对学生未来走向社会，学习岗位知识，快速融入社会生活大有裨益。另外，教师的教学方法也要随着时代的改变而不断作出调整，教师也要不断学习新的方法。在育人的这个道路上，只有不断地思考和持续改进方法，让学生在精神发育时汲取最好的营养，为社会的进步做出应有的贡献。