基于工程实践创新能力培养的非线性电子线路课程设计改革与实践

2023-05-20徐荃周春汪莉丽赵阳张公泉

赤峰学院学报·自然科学版 2023年4期

徐荃　周春　汪莉丽　赵阳　张公泉

摘要：课程设计是培养学生工程实践创新能力的关键环节。针对传统的非线性电子线路课程设计的教学现状，以学生工程实践创新能力培养为主线，构建线上线下、课内课外的教学模式，践行虚实结合、软硬兼施的教学手段，贯穿赛教融合、科教融合的教学理念，制定科学全面、客观公正的考核体系。实践教学结果表明，非线性电子线路课程设计教学改革大大激发了学生的主观能动性，充分点燃了学生探究问题的欲望，切实提高了学生的电路设计能力和工程实践创新能力，使非线性电子线路课程设计教学效果和教学质量明显提高，具有很好的推广和借鉴价值。

关键词：工程实践；创新能力；非线性电子线路；课程设计

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2023）04-0111-04

1 引言

近年来，我国电子信息产业蓬勃发展，电子信息技术已经渗透到人们生活的各个领域，为促进经济发展、改善人们生活发挥着举足轻重的作用。随着电子信息产业的快速发展和广泛应用，社会对电子信息类专业人才的培养质量提出了新的要求，学生既要具备扎实的专业理论知识也必须具有很强的工程实践创新能力，善于解决电子信息系統设计与应用中遇到的各种工程实际问题。因此，如何在专业课教学中有效提升电子信息类专业人才的工程实践创新能力，是目前亟待研究和解决的重要问题。

非线性电子线路是电子信息类专业的一门主干专业课程，在电子信息类专业人才培养方案和课程体系中起着承上启下的重要作用[1]。非线性电子线路课程设计是配合非线性电子线路课堂教学而独立设置的实践性教学环节，是对非线性电子线路课程实验教学的延伸和补充，旨在加深学生对非线性电子线路等相关课程理论知识的理解和掌握，强化学生电子电路的分析和设计水平，提高学生电子系统的设计与开发能力，激发学生自主学习、独立解决问题的内驱力，培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力，为学生就业和继续深造打下扎实的实践基础[2]。

传统的非线性电子线路课程设计一般由指导教师给定题目，然后学生分组、选题并完成设计和开发，课程设计结束时汇报课程设计成果并上交课程设计报告。多年的教学实践表明，这种教学方式虽然对非线性电子线路等相关课程有着一定的促进作用，但是对于培养学生的工程实践创新能力却缺乏动力，逐渐暴露出很多问题和不足。因此，为了充分发挥非线性电子线路课程设计的作用并达到预期的教学效果，应当以工程实践创新能力为目标对非线性电子线路课程设计进行改革与实践。

2 非线性电子线路课程设计教学现状

2.1 课程设计在时间和空间上过于集中

非线性电子线路课程设计通常安排在学期末，时间为1～2周。该时间段考试科目较多，学生无法将时间和精力全部投入课程设计，在课程设计过程中只是照搬照抄，敷衍了事。另外，空间上的问题更大。以我校电子信息类专业为例，一届共有4个教学班，约200名学生，但是实验室常用仪器设备只有40台套，即使3名学生一组，仍然远远不能满足当前学生的需求[3]。由于受时间和空间的限制，导致非线性电子线路课程设计质量不高、效果不好，不能充分发挥其应有的作用，严重制约了学生工程实践创新能力的提升。

2.2 课程设计内容缺乏工程性和新颖性

非线性电子线路课程设计内容相对比较简单，仅仅围绕着非线性电子线路课程进行，与实际的工程设计项目存在着较大的差距，造成学生的工程实践创新意识普遍欠缺。在非线性电子线路课程设计过程中，学生只需要按照指导教师给定的设计方案及规定的设计方法亦步亦趋地完成课程设计任务即可，这就导致了学生主观能动性与参与性不够，缺乏设计的动力与热情，大大地削弱了非线性电子线路课程设计应起的作用，很难达到培养和锻炼学生工程实践创新能力的目的。

2.3 课程设计考核缺乏科学性和透明性

非线性电子线路课程设计考核流于形式，没有严格的量化考核标准，指导教师仅以最终的课程设计成果和课程设计报告作为评价考核依据，忽略了对课程设计过程的考核和对学生能力的考核，导致大部分学生对课程设计不重视、缺乏积极性和主动性，“抱大腿”“吃大锅饭”“浑水摸鱼”的现象非常严重。这样的考核方式既不能客观地对每个学生的各方面能力给予全面评价，指导教师和学生也不能及时了解非线性电子线路课程设计过程中存在的问题和不足，更不利于培养学生工程实践创新能力[4]。

3 非线性电子线路课程设计改革措施

针对传统非线性电子线路课程设计教学中的痛点问题，坚持以学生为中心，以培养学生工程实践创新能力为出发点和落脚点，对非线性电子线路课程设计的教学模式、教学手段、教学理念、考核方式等方面实现突破，从而使非线性电子线路课程设计能够最大限度地调动学生的主动性和积极性，着力提高学生的工程实践创新意识、工程实践创新素养和工程实践创新能力。

3.1 构建线上线下、课内课外的教学模式

为了解决时间上的不足，非线性电子线路课程设计采用线上线下相结合的混合式教学模式。由指导教师在学期初提前将非线性电子线路课程设计任务书等相关教学资源以文档和视频的形式发布在学习通、雨课堂等线上教学平台上。学生可以在电脑端或者手机端查看指导教师推送的线上教学资源，自主选择课外时间完成线上教学资源的学习和课程设计前期的方案设计、电路仿真、板图绘制等任务。指导教师可以在线上教学平台上设置截止时间，并随时在线查看学生的任务完成情况。学生要按时完成相应的课程设计任务模块并进行在线提交，学生也可以将自己的疑问上传至线上教学平台，指导教师可以在线实时解答[5]。通过这种教学模式，使得学生在线下的教学过程中有相对充裕的时间完成非线性电子线路课程设计后期的电路焊接、系统调试、验收答辩等任务。

为了解决空间上的不足，非线性电子线路课程设计采用课内课外相结合的开放式教学模式[6]。只要不影响正常的实验教学，学生可以利用课外时间随时到相关实验室开展与非线性电子线路课程设计相关的实验与研究。在布置非线性电子线路课程设计任务时，指导教师可以明确要求所有的学生在课程设计周之前，必须要到实验室熟悉相关仪器仪表的操作、练习电路的焊接等。通过这种方式，不但可以保障学生在课程设计周集中全部精力完成非线性电子线路课程设计本身的任务和要求，而且可以最大限度地发挥学生学习的积极性和主动性，有效促进学生主动去探究、去发现、去创造，同时还可以使得实验室的资源得到更为充分的利用。

3.2 践行虚实结合、软硬兼施的教学手段

将电路仿真软件如Multisim、Protues等引入非线性电子线路课程设计教学中，充分利用其强大的电路仿真功能，让抽象、难懂的电路原理图“动起来”，使学生能够形象、直观地观察到理论与实践相结合的效果[7]。在非线性电子线路课程设计前期，学生可以利用电路仿真软件随时随地对电路进行自主仿真设计、性能分析、电路调试等，以便及时发现电路设计方案中存在的问题，并能方便地根据仿真结果不断调整、优化电路参数以及设计方案。这样做不但可以加深学生对设计方案中的各部分逻辑功能的理解，还可以提高学生分析问题和解决问题的能力、培养学生的电路设计能力及自主创新能力，为非线性电子线路课程设计的顺利开展夯实基础。

当电路仿真成功后，学生根据电路设计方案以及仿真结果选择合理的电子元器件，运用电路制图软件如Protel 99SE、Altium Designer等完成电路原理图和印制电路板图的设计，使非线性电子线路课程设计教学更接近于工程实际。为了方便学生课后自主学习和设计，利用录屏软件制作基于Protel 99SE、Altium Designer的电路原理图和印制电路板圖设计的教学视频，重点演示电路原理图和印制电路板图设计的完整步骤、操作要领、方法技巧以及常见问题分析[8]。通过电路原理图和印制电路板图的设计，培养学生耐心、细心、严谨的态度，激发学生对电子产品制作的兴趣，提升学生电路设计的质量和效率，增强学生工程设计能力和实践动手能力。

3.3 贯穿赛教融合、科教融合的教学理念

以学科竞赛为抓手，鼓励和支持学生参加与非线性电子线路课程相关的学科与科技竞赛如全国大学生电子设计竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等，并将与课程关联度高的部分竞赛题目如宽带放大器、低噪声放大器、直接频率合成器等融入非线性电子线路课程设计中，使课程设计的内容具有综合性、实用性、时代性和先进性。通过将学科竞赛内容融入非线性电子线路课程设计中，不但可以激发学生对非线性电子线路课程设计的兴趣、提高学生的设计成就感和动手实践的积极性，还可以提升其综合设计能力和实践创新能力[9]。

充分挖掘教师团队最新科研成果中的基础性问题，将其融入非线性电子线路课程设计教学中，并对课程设计内容进行扩充和更新，为非线性电子线路课程设计注入科技前沿与研究热点。积极引导学生了解非线性电子线路课程较为前沿的学术方向，把电子电路设计的最新科技成果落地于课程设计教学中，在宽度和深度上延伸课程设计内容，进一步拓宽学生专业视野、激发学生研究热情[10]。组织学生参与到指导教师的科研项目中，带领学生搭建科研实验系统、参与实验调试、测试实验数据、整理实验结果、撰写专利申报书等环节，实现理论联系实际、对接社会需求，强化学生工程意识，培养学生科研创新思维，激发学生专业学习兴趣和科研能动性，提升学生工程实践能力和研究创新能力。

3.4 制定科学全面、客观公正的考核体系

在非线性电子线路课程设计考核中，以学生的能力为考核重点，制定过程化、动态化、多元化、规范化的课程设计考核体系，对考核方式和考核内容进行深化和完善。

在考核方式方面，改变重结果、轻过程的考核现状，将考核贯穿于非线性电子线路课程设计教学的全过程，不仅注重对课程设计结果的考核，更注重对课程设计过程的考核。通过强化过程考核，引导学生从以知识学习为主向以知识、能力、素质一体化提升转变，调动学生学习的积极性、自主性和创造性。过程化考核能够实时、动态跟踪非线性电子线路课程设计的教学过程，使指导教师能够及时了解学生在课程设计整个过程中的理论知识掌握情况和实践创新能力发展情况，从而有针对性地解决教学过程中存在的问题，使得非线性电子线路课程设计考核成为指导教师教学和学生学习的导向[11]。

在考核内容方面，改变重理论轻实践、重知识轻能力的考核现状，既注重对学生的基本理论、基本知识的考核，更注重对学生的电路设计能力、板图绘制能力、工程实践能力、创新应用能力、科技写作能力、语言表达能力等多方面能力的考核，还涵盖对学生的学习态度、学习主动性等综合素质的考核，从而实现对学生知识、能力和素质的全方位考核[12]。为了更加科学、全面、客观、公正的评定学生的非线性电子线路课程设计成绩，对设立的各个考核环节的考核内容都进行合理的细化、量化及统计分析，尽可能避免指导教师凭主观意愿或个人好恶给学生评分。

根据上述考核方式和考核内容，并结合工程实际产品的设计流程，非线性电子线路课程设计的总成绩由六个考核环节对应的各项考核内容得分相加而得：方案设计及电路仿真（占总成绩的30%），重点考查学生的自主学习能力、电路设计能力及创新应用能力；电路原理图和印制电路板图的设计（占总成绩的20%），重点考查学生的板图绘制能力及工程实践能力；电路的焊接、调试及仪器仪表的操作（占总成绩的20%），重点考查学生的实践动手能力及解决问题的能力；线上教学平台的任务完成情况、课堂测试与互动（占总成绩的10%），重点考查学生的知识运用能力；验收答辩与成果演示（占总成绩的10%），重点考查学生的语言表达能力；课程设计报告（占总成绩的10%），重点考查学生的科技写作能力。改革后的非线性电子线路课程设计考核体系既能科学全面、客观公正地评价学生的能力，又能运用考核结果推动课程设计的持续改进。

4 结语

非线性电子线路课程设计是一门工程性、实践性很强的课程，是理论知识和实践技能的综合运用，对提高学生分析解决问题的能力、工程实践能力及创新应用能力具有重要意义。课程教学团队立足于行业背景、专业特色和课程目标，通过转变教学模式、丰富教学手段、更新教学理念、改革考核体系等一系列举措，打破了教学时空的束缚，开拓了学生的设计思路，激发了学生的积极性、主动性和创造性，培养了学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高了学生的电路设计能力和工程实践创新能力，同时学生的团结协作能力、语言表达能力、科技写作能力也得到了锻炼。在本课程的带动下，学生在大学生创新创业训练计划项目的申报和研究、国家级和省级各类学科和科技竞赛、专利的申报等方面均取得了很好的成绩，参与到教师的科研项目和企业课题的学生数量逐年持续增加。

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参考文献：

〔1〕阳昌汉，谢红，宫芳.高频电子线路（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2013.

〔2〕候素芳，任艳频.电子技术课程设计内容改革的研究与实践[J].实验室研究与探索，2012，31（01）：108-110.

〔3〕徐荃，周春，高翠云.面向工程教育专业认证的“非线性电子线路”实践教学改革[J].湖北开放职业学院学报，2022，35（20）：133-134+137.

〔4〕曹晓燕，涂国强，李雷.电子线路课程设计在实践及国际课程周的改革初探[J].实验科学与技术，2017，15（06）：178-180.

〔5〕王艳荣，房建东，荀延龙，等.“电子技术课程设计”的混合教学模式探索[J].电气电子教学学报，2021， 43（01）：55-58.

〔6〕崔锦，赵洋，李澎瀛，等.应用型本科院校实验室开放共享模式的探索[J].新乡学院学报，2021，38（12）：73-76.

〔7〕彭文竹，刘扬，王钦，等.基于NI myDAQ和Multisim的模拟电子线路实验设计[J].曲靖师范学院学报，2020，39（06）：55-60.

〔8〕卫永琴，马进，卢文娟，等.基于兴趣制作式的电子技术综合实验教学设计[J].实验室科学，2021，24（05）：178-181.

〔9〕张志，刘畅，唐校，等.赛教融合下《电力电子技术》实践教学模式跌倒探索与实践[J].中国电力教育，2020，36（09）：50-51.

〔10〕岳昊嵩，范昌波，张静，等.科教融合理念下电子电路实验的改革与实践[J].实验技术与管理，2021，38（04）：206-209.