工程认证背景下的“模拟电子技术”教学改革

夏益民 蔡述庭 杨 健 谢 云 陈梅云

(1. 广东工业大学 集成电路学院， 广州 510006)(2. 广东工业大学 自动化学院， 广州 510006)

自2016年6月加入了《华盛顿协议》以后，中国也开始了与国际实质性等效的工程教育专业认证工作。传统教育方式强调内容驱动和投入导向。工程教育认证是对教育范式的革新，遵循三大基本理念：成果导向、学生为中心、持续改进[1]。这些理念对提高工程人才培养质量、推动工程教育专业建设，具有很好的指导作用[2]。

近几年工程教育专业认证，业界得出一个普遍共识：课堂教学是当前工程教育改革的“最后一公里软肋”。全面展开课堂改革的过程，其实也就是准备专业认证的过程[3]。

“模拟电子技术”是电气工程、自动化、电子等专业的一门重要专业基础课。目前在该课程教学中存在以教师为中心、理论与实践联系不够紧密、缺乏持续改进机制等问题。因此，作为以培养人才为主要职能的高校，在强调工程教育专业认证的大背景下，如何基于“模拟电子技术”课程，突出需求牵引，实现课程的综合改革和持续改进以有效提升人才培养质量具有重要的现实意义。

1 传统“模拟电子技术”教学存在的问题

1.1 教学跟不上产业需求与技术发展

工程教育专业认证突出成果导向，采用以需求为导向决定人才培养目标的逆向设计，再根据目标设置毕业要求和课程体系[1]。行业与用人单位，对所聘用人才素质能力的需求，很大程度上决定了专业教育的知识、能力和素质结构[4]。

随着半导体技术和集成电路的飞速发展，传统的教学方式已经不能适应时代和科技的发展，“模拟电子技术”课程教学面临着新的挑战，存在着教学内容脱离实际应用、课时有限导致教学内容难以拓展等问题[5]。针对上述问题，如何在教学工作中更好地对接产业需求，适应技术发展；如何在有限的课时内使学生不仅能够掌握理论教学的根本和深度，而且能够具备实践和创新能力，已成为教学研究的重点[6]。

1.2 以教师为中心难以激发学生主动性

我国的工程教育专业认证通用标准，贯彻以学生为中心的理念，设置了学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资力量和支持条件等七个指标。其中学生是第一指标[7-8]。

学生对以教师为中心、讲授为主的课堂学习兴趣不高，影响课堂教学效果及教学质量。同时，因为学时有限，为了巩固课堂效果，教师只能布置大量作业，学生的大量时间浪费在分析、计算上。

传统实践环节以基础验证性实验为主，采取老师课堂讲解演示、学生重复验证的实验方式，学生只需在实验箱上完成规定实验的线路连接、数据/波形测试，工程实践能力没有得到很好的培养[9]。

1.3 缺乏对学习过程的监督与考核

根据《中国工程教育专业认证通用标准》，“持续改进”(第四节)部分，要求建立教学过程质量监控机制，明确各主要教学环节的质量要求，并应该定期评价课程质量和课程体系设置。

以平时成绩为辅、闭卷考试成绩为主的传统考核方式，缺乏对过程进行有效检测的机制。平时成绩包括出勤和作业。出勤情况只能反映学生是否到堂上课，而不能反映他们是否认真听讲和思考问题。同样，交上来的作业也很难反映学生是否认真解答。此外，以闭卷考试成绩为主的考核方式，容易助长学生平时散漫考前突击的风气[6]。

这种以结果为中心的评价方式缺乏过程动态监控，功利导向明显。成绩评价只重视学生对大纲要求知识点的掌握，知识与能力脱节，难以充分反映学生的实际能力情况[10]。

综上所述，“模拟电子技术”课程传统的教学内容、教学方法和考核方式不能有效地激发学生的学习积极性，不利于培养学生的工程实践能力和创新能力，难以满足工程教育专业认证的要求。因此，改革势在必行。

2 实行成果导向改革教学内容

2.1 适应产业技术发展及时更新教学内容

“模拟电子技术”教学内容应根据产业和技术的发展进行调整和优化[6]。有必要：①减少由分立元件构成的电路内容。分立元件组成的单元电路是集成电路的基础，在课时有限的情况下，课堂教学中可以删减复杂的多级放大电路和电流源电路等内容[11]。②补充实际集成运算放大器应用知识。传统教学中偏重于理想集成运放的应用，与实际情况差异较大，需要补充相关知识。③调整三极管和场效应管角色。场效应管因其具有功耗小、容易集成等优点，应用越来越广泛。场效应管逐渐取代或者至少处于不弱于三极管的位置，成为“模拟电子技术”教学内容的变化趋势。

2.2 以课程思政建设增强专业自豪感

电子技术的发展是一个实践不断深化理论、理论持续引领实践的科技创新发展历程[6]。从1785年，库仑确定了电荷间的相互作用力开始，到1975年，超大规模集成电路诞生。随着集成电路的发展，我国的科技也取得辉煌的成果。北斗卫星、神州航天、5G通信、高铁、量子通信……都是中国的核心技术，这些科技成果都离不开电子技术的基础。通过简要介绍电子技术的发展历程，适时讲解科学家的奋斗故事，可以激发学生的求知欲和进取心，并可以鼓励学生的自信心和创新发明的兴趣冲动。通过呈现一代又一代科学家的接力奋进，展示中国科技发展迄今取得的辉煌成就，鼓励年轻一代肩负使命，致力于科技创新，为早日实现中华民族的伟大复兴作出贡献[12]。

3 推动以学生为中心改革教学方法

3.1 运用多种教学手段实施翻转课堂

图1为混合式翻转课堂教学模式。教师主导教学过程，课前在线推送视频、预习要求等，课中让教学活动更加有效，课后及时评价反馈学生学习情况。学生作为学习主体，课前需要完成相关预习要求，课上采取小组合作等方式积极主动探究问题，课后通过作业等对所学知识予以巩固和提高[13]。

“模拟电子技术”课程应根据不同内容的特点，综合采用多种形式的教学手段，以达到最佳效果。综合运用慕课、雨教室等教学手段，实施翻转课堂的过程如图2所示。具体实施阶段如下：

课前阶段：教师通过雨课堂发布学习任务，并组织学生通过课程组制作的慕课自主预习。

图1 混合式翻转课堂教学模式

图2 混合式教学组织实施过程

课中阶段：保留部分时间作传统讲授式教学，对知识点中的重点、要点和难点进行讲解，采用“提出问题→讨论问题→给出结论”的启发式互动教学方式。通过随机提问和雨课堂发布课堂测试等方式，了解学生是否认真自学及对知识点的掌握情况，从而及时调整教学内容和进度。留出部分时间让学生分组谈论，各小组整合讨论成果并与其它小组交流，最后由教师点评各小组汇报内容。

课后阶段：通过雨课堂发布课后作业和测试题，学生在线提交教师在线批改，学生根据结果对学习情况进行自我评价，教师根据完成情况进行评估和反思，相应调整下一轮的教学安排。

综合运用慕课、雨课堂等多种教学手段实施翻转课堂，有利于实现从“以教导学”到“以学定教”的转变，激发学生的学习热情和主动性，培养学生的自学能力、创新能力以及合作能力[14]。

3.2 采用项目驱动教学法突出能力培养

项目驱动法是教师根据课程内容和知识点提供项目任务，将知识点的学习与融会贯通整合到项目实施过程中。学生在教师的指导下积极运用所学知识，开展理论与实践相结合的学习实践活动。

在“模拟电子技术”教学中，通过项目驱动法将课程拆解为若干学习单元。每个单元以项目为线索，综合运用多种教学模式，将知识点整合到项目任务中。项目驱动法能够拓展学生的知识面，提高学生的积极性，使学生的综合能力得到较大提升。实施方案如图3所示。以“模拟电子技术”中扩音机电路的制作项目为例：该项目包含前置放大、音调控制和功率放大等模块。其中前置放大模块包含多级放大电路的组成、耦合方式、动态分析、性能指标估算等知识点。音调控制模块包含放大电路的频率特性、负反馈等知识点；功率放大模块包含互补对称功率放大电路等知识点。除此之外，还涉及每一模块的仿真、制作、调试和系统整体的制作调试。

图3 项目法教学实施方案

3.3 改进实践教学提高工程实践能力

由于课内学时有限，通过广泛开展课外实践活动的方式可以提高学生学以致用的设计能力和工程实践能力。引入虚拟仿真、EDA技术到课外实践项目中，利于学生及时发现问题并加以改正，从而提高设计效率。但是理论与实际有明显差别，需要将实际设计和计算机辅助设计结合起来，在虚拟设计的指导下结合现实因素，才能设计出性能优良的电路。

以“模拟电子技术”课外项目实施为例，具体包含以下6个环节：

(1)自主组队：2～3人一组，结合小组成员的兴趣特长自主选题。

(2)方案论证：经过小组内部讨论，设计系统方案，分析比较各种方案的优缺点，画出系统框图。

(3)仿真设计：根据设计要求和性能指标，确定设计方案，利用Proteus、Multisim等软件先设计和仿真单元电路，再绘制完整的电路图并进行整体的仿真。

(4)组装调试：根据仿真结果，利用Altium Designer画PCB图、制板，在自制的电路板上进行焊接、调试，并将实物的测试结果与仿真结果进行对比和分析，分析判断问题并排除。

(5)总结：电路测试结果是否满足设计要求，总结电路特点、提出改进方向。

(6)撰写报告、答辩：学生撰写项目报告，准备答辩用的PPT、演示视频等。教师针对项目存在的具体问题对组员提问，引导学生进行反思和总结。

4 围绕学习成果产出改革考核评价体系

考核评价采取学习成果导向，实现评价的主体、内容、过程、方式多元化，如图4所示。

图4 成果导向的多元课程评价方式设计

以学生学习成果为导向，设计多元课程评价方式，制定三维课程评价体系，加强对学生学习过程和综合能力的考核，促进对学习成果全方位、多角度的评价。这些措施，不仅能更真实地体现学生学习效果，而且能更好地促进学生积极学习、主动探索[16]。同时，有利于根据学习产出效果持续改进“模拟电子技术”课程。课程评价标准应充分反映学生的学习主动性，注重对学习过程的形成性评价[17]。

围绕“模拟电子技术”课程学生学习目标和学习过程对考核内容和方式进行改革探索，改革后的考核内容和方式具有“抓过程”“考能力”的特点，考核内容如图5所示，包括在线学习和测试、课堂答题、小组表现、笔头作业、推送作业、仿真作业和项目设计。考核体系结构如图6所示，包括基础知识、电子电路分析、设计、工程实践和综合应用。

图5 考核内容

抓过程：平时成绩占总成绩的50%，主要由课堂答题、小组讨论、仿真作业、课外项目设计、在线学习等部分构成。丰富的过程考核，一方面加强对课堂教学的过程管理，另一方面有利于引导学生主动学习、积极实践。

考能力：期末考试采取理论闭卷的形式，占总成绩的50%，重点考查学生对模拟电路进行分析、设计和应用的能力，同时兼顾基本概念、基本原理和基本方法，考查学生综合能力。

图6 考核体系结构

5 结语

针对“模拟电子技术”课程存在的问题，教学团队进行了一系列改革。实践证明，以预期学习产出为中心，采用混合教学模式组织和实施“模拟电子技术”课程教学，学生的学习热情得以激发，学生由“被动的”学习者向“主动的”探索者转变，自觉学习意识大大加强，课堂参与度明显提升。突出成果导向，强调模拟电路的设计与应用，学生的工程实践能力和创新能力明显提高，参加各类竞赛和大学生创新项目的人数也大幅增加。围绕学习成果产出改革考核内容和方式，构建立体化课程评价体系，问卷调查表明，学生普遍认为强化了仿真、设计和大作业等环节的考核方式对提升解决复杂工程问题能力很有帮助，同时有助于推动教学持续改进。

自动化学院本科生培养已采用了本教改成果，成效明显，有较好示范作用。自动化专业和电气工程专业分别于2017年1月和2019年1月顺利通过了工程教育专业认证，具有较好的推广应用价值。