基于“三融合”理念的电子技术课程教学改革*

蓝海江 曾玉菊 韦荣昌 （广西科技师范学院机械与电气工程学院）

《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》明确指出，电子技术是电子信息类及电气类等专业的核心课程。该课程理论紧密联系实践，具有承前启后的作用。[1]在新工科建设背景下，为了培养符合新时代要求的专业技术人才，与时俱进地对该课程的教学进行改革势在必行。近年来出现了线上线下混合式新型教学体系和教学模式改革，[2]以及工程能力与科研能力并重的人才培养模式改革，[3]融合EDA 技术[4]也是该课程教学改革的热点。

地方应用型本科院校重在“应用”二字。相对而言地方应用型本科院校学生的专业基础偏弱，其相关专业中电子技术课程的课时普遍偏少。在此背景下，笔者在多年教学实践及改革探索的基础上，总结形成了理论、仿真、实践“三融合”理念，并以该理念为载体积极地对电子技术课程教学进行了系列教学改革。教学实践表明，基于“三融合”理念的教学改革符合新工科建设理念，改革之后该课程的教学效率和质量明显提高。

一、电子技术课程的教学现状

在课时偏少的背景下，传统的电子技术课程教学存在诸多不足，其主要如下：第一，教学方式单一。在理论教学中，许多教师的教学方式是“PPT 课件+板书”，少用或者不用仿真软件工具进行辅助教学，使学生难以理解抽象的电子技术理论知识。在实验教学中，许多教师的教学方式是先讲解实验原理或设计思路，然后进行实验演示。学生只需按照指导书上的步骤进行操作即可完成实验，不利于培养学生的工程技能和设计能力。[5]第二，教学内容陈旧。该课程的教学还存在教学内容陈旧以及新技术、新器件、新知识不能充分体现等问题。[6]比如在实验教学中，许多教师采用实验箱或评估板来完成一些传统的验证性或小设计实验，这些器材难以满足综合性或创新性实验教学要求。第三，评价模式单一。比如该课程的实验教学评价，多数教师采用“测量结果+实验报告”或“实验报告+期末考核”等模式。[7]这种重结果轻过程的评价模式忽视了教学过程，会让许多学生只重视实验报告的书写而轻视实验的操作过程，致使学生的实验参与度和积极性不高。

这些不足，与新工科建设“天大行动”提出的“问学生志趣变方法”相违背，不符合新工科建设“复旦共识”提出的“新工科建设需要加强研究和实践”的要求。因此，对该课程的教学进行改革势在必行。

二、理论、仿真、实践“三融合”理念

“理论、仿真、实践‘三融合’电子技术课程教学改革的研究与实践”，是广西高等教育本科教学改革工程重点项目。近年来，项目组成员积极进行项目的研究与实践，总结形成的理论、仿真、实践“三融合”关系，如图1 所示。

图1 理论、仿真、实践“三融合”关系

图1 的融合关系是“三融合”理念的基础。理论与实践的融合，即利用理论知识指导实践电路设计，并通过实践过程及结论验证理论知识的内涵；理论与仿真的融合，即利用理论知识指导仿真电路设计，并通过仿真过程及结论呈现理论知识的内涵；实践与仿真的融合，即首先利用仿真软件设计实践电路并模拟电路的工作过程及结果，然后依据仿真设计搭建实物电路并通过实践验证电路是否符合设计要求。

历经多年研究与实践，项目组总结形成的理论、仿真、实践“三融合”的核心理念是：以提高教学效率和质量为目标，以深度融合仿真技术为手段，利用仿真展现理论内涵，突出重点、破解难点，遵循“先仿真、后实验”原则，培养实践能力和创新思维。

三、基于“三融合”理念的电子技术课程理论教学改革探索

（一）基于“三融合”理念整合理论教学内容

在电子信息化、智能化时代，电子技术课程所涉及的内容千变万化、日新月异。在电子技术课程课时偏少、学生专业基础偏弱的背景下，特别是在新工科建设的背景下，基于“三融合”理念整合教学内容尤为重要。整合后的电子技术课程理论教学内容，应切合学生及其专业特点实际，应具有应用性及前沿性，并符合培养应用型人才要求。整合教学内容之后是精选优秀教材。精选的教材应具备先进性、科学性及适用性。基于“三融合”理念精选的教材，还应符合以下两个特点：一是教材的主要内容应符合地方应用型本科院校学生的专业基础水平，二是教材中的逻辑符号图及函数表达式等应符合仿真软件的语言表达规则。

（二）理论教学与仿真技术深度融合的措施

新工科建设“北京指南”指出，应积极“推进信息技术与工程教育深度融合”。仿真软件是电子技术课程教学的好助手。在理论教学中，利用仿真技术展现理论知识内涵，能激发学生的学习兴趣、加深学生对理论知识的理解，突出重点、破解难点，从而提高教学效果和质量。但是，仅把仿真技术作为辅助教学手段是不够的，应该做到理论教学与仿真技术的深度融合。

理论教学与仿真技术深度融合的主要措施如下：一是理顺理论教学内容，确定重、难点。二是深度融合仿真技术呈现理论知识，让学生直观地观测到理论知识蕴涵的原理，从而突出重点、破解难点。比如在“微分电路和积分电路”教学中，深度融合仿真技术能让学生直观地观测到电路瞬态的“微分”和“积分”过程，从而深入理解电路的工作原理。[8]又如在“计数器”教学中，深度融合仿真技术不仅能让学生直观地观测到计数器的工作过程及时序波形图，而且还可深入探究计数器的工作原理。[9]

（三）基于“三融合”理念的理论教学策略

在课时偏少的背景下，基于“三融合”理念的理论教学策略是：融仿真、固基础、重应用。融仿真，即深度融合仿真技术呈现理论知识内涵，让学生直观而深入地理解电子技术的理论知识，突出重点、破解难点，提高教学效率和质量。比如竞争冒险现象是数字电子技术的教学难点之一，通过搭建仿真程序，可把“动态”的竞争冒险现象变为“静态”图像，让学生深入理解产生冒险现象的原因及其消除原理，从而突出重点、破解难点。[10]固基础，即理顺课程中的基础内容，深度融合仿真技术呈现基础知识内涵，让学生牢固掌握电子技术的基础知识，为学习相关后续课程打下扎实基础。比如数字电子技术的核心基础之一是“门电路原理”，通过仿真技术呈现这一基础知识内涵，能让学生牢固掌握这些门电路的工作原理。重应用，即在教学中应弱化电路模块内部的工作原理分析，而深度融合仿真技术强化其功能，并展示其在各领域中的应用。教学实践表明，充分介绍、展示各种电子技术电路模块在探测、通信及家电等领域中的应用，能提高学生的学习兴趣。

四、基于“三融合”理念的电子技术课程实验教学改革探索

（一）基于“三融合”理念精选实验项目

实验项目太简单，会让学生觉得实验索然无味；实验项目太复杂，则让学生对实验望而却步。地方应用型本科院校各专业的电子技术实验课程，一般为理论课的配套课程，课时偏少。在此背景下，基于“三融合”理念精选实验项目极为重要。精选后的实验项目，应遵循由浅入深、循序渐进原则，并包含基础性和综合性实验。此外，这些精选出来的项目，应能融合仿真软件进行设计与仿真。新工科建设的六大理念之一是“问技术发展改内容”，鉴于此，在开展实验教学时，具体的实验项目还应依据学生的专业特点及当下的应用热点与时俱进地进行调整。

（二）基于“三融合”理念的实验教学措施

该课程基于“三融合”理念的实验教学主要措施如下：一是理论指导实践，基于“三融合”理念编写实验指导书。据此，项目组编写了特色鲜明的电子技术实验指导书，其主要特色是以仿真电路图作为实验原理图。二是遵循“先仿真、后实验”原则。要求学生在进行实物实验之前，充分利用课余时间设计、预习和仿真实验项目，并提交预习仿真报告。历经项目设计及仿真调试过程，能培养学生的分析、解决问题能力及创新思维。此外，历经预习及仿真过程，还能让学生深入理解实验项目原理、熟悉实验内容及步骤。教学实践表明，实施“先仿真、后实验”改革之后，在3 学时的实验教学单元内，可比改革之前再增加1至2 个实验子项目，教学效率和质量明显提高。

（三）基于“三融合”理念优化实验教学评价

有效的评价模式是提高实验教学效果和质量的重要保障。项目组承担的电子技术实验课程均为理论课的配套课程。改革之前，该课程主要以“测量结果+实验报告”为评价模式，致使一些学生的实验参与度及积极性不高，教学效果和质量不尽如人意。新工科建设“北京指南”指出，应“完善个性化的人才培养质量评价”。鉴于此，为了提高该课程的教学效果和质量，项目组摒弃传统的“重结果、轻过程”评价模式，在总结教学改革成果的基础上，基于“三融合”理念建立并完善了“实验全过程评价”的评价模式。

“实验全过程评价”模式的实施策略如下：第一，实验前的预习仿真评价（权重30%）。要求学生充分利用课余时间预习及仿真实验项目，并在进行实物实验之前提交预习仿真报告。教师采用审阅及抽查等方式，评价学生完成此项任务的质量，评价的主要目的是督促学生独立完成此项任务。第二，实物实验各阶段的即时评价（权重50%）。在学生进行电路搭建及测试过程中，教师即时对每组学生的每个阶段进行实时评价，并依据学生所搭建的电路质量及测量结果的正确性评定相应等级。在此过程中，若发现学生未能完成某阶段的实验任务，立即令其整改，直至实验完成。第三，实验报告评价（权重20%）。实验完成后，要求每位学生提交项目实验报告。实验报告评价的主要依据是实验数据的正确性及实验分析的合理性，以及实验报告内容的完整性及规范性等。

“实验全过程评价”的重点是“实物实验各阶段的即时评价”。教师应以多种方式及时了解学生在实验过程中遇到的各种问题，全面掌控实验进程。此外，教师应鼓励学生充分预习、精心设计及认真实验。项目组采取的主要激励措施是：在实验教学单元内，提前完成实验项目的学生可提前离开实验室，而未能完成实验项目的学生则必须另找时间补做，直至完成。教学实践表明，实施“实验全过程评价”，能增强学生的自主学习能力，激发学生的实验积极性，培养学生分析和解决问题能力，从而有效提高实验课程的教学效率和质量。

五、融入“三融合”理念深入挖掘电子技术课程的思政元素

教育部2019 年9 月29 日发布的《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》指出，要充分发掘各类课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源。电子技术既是电类专业的核心课程，也是其专业基础课程，该课程具有基础性强、覆盖面广等特点。因此，在基于“三融合”理念进行教学的同时，同样应该“春风化雨”地挖掘该课程中的思政元素，并且“润物无声”地对学生进行思政教育。[11]

比如，在“基本放大电路”理论教学过程中，除了深度融合仿真技术呈现“基本放大电路”的工作原理及其放大过程外，还应积极地挖掘其中的思政元素。即挖掘出“基本放大电路”所蕴含的“内因和外因的辩证关系原理”，并据此引导学生正确对待内因和外因的关系，辩证地看待机遇，只要练好内功，就一定能够“放大”出光彩艳丽的人生。又如，在“555 定时器”实验教学中，学生历经“先仿真、后实验”之后就会充分意识到，“555 定时器”芯片虽小但功能非常强大。此时，教师可引入华为芯片断供等案例启发学生思考如何破解缺芯困境。然后，进一步让学生认识到，只有掌握了核心技术才能在关键技术上有自主权和话语权，从而激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。[12]

六、基于“三融合”理念的电子技术课程教学改革实践与成效

近年来，项目组成员积极进行该项目的研究与实践工作。随着研究与实践工作的顺利开展，基于理论、仿真、实践“三融合”理念的电子技术课程教学改革的优势和成效相继呈现。以数字电子技术为例，我校电气工程及其自动化、电子信息工程及软件工程等专业，基于“三融合”理念实施教学改革前后的学生期末考试平均成绩对比，如图2 所示。

图2 教学改革前后数字电子技术期末考试平均成绩比较

由图2 可知，基于“三融合”理念教学改革实施之后，在考核题目难度及区分度相近的情况下，各专业学生的数字电子技术期末考试平均成绩提高明显。

再以数字电子技术实验2021 年秋季学期期末操作考核为例。考核的对象是我校电子信息工程专业学生。考核的项目是计数器设计与测试、施密特触发器设计与测试及多谐振荡器设计与测试等。学生通过抽签选择其中一个项目进行操作考核。考核的要求是正确搭建电路、展示实验结果及简要回答与该项目相关的问题。在此次考核中，有32%的学生在20 分钟内就能完成考核任务，所有学生的平均完成时间为29 分钟。由此说明，实施基于“三融合”理念的实验教学改革，能提高学生的实践能力。

总之，电子技术既是电子信息类及电气类等专业的核心课程，也是其专业基础课程。近年来鉴于该课程传统教学模式存在诸多不足，笔者基于理论、仿真、实践“三融合”理念对该课程的教学进行了积极改革探索。基于“三融合”理念的电子技术课程理论教学的改革重点是深度融合仿真技术呈现理论知识。基于“三融合”理念的电子技术课程实验教学的改革重点是遵循“先仿真、后实验”原则。“实验全过程评价”不可或缺，即时评价每组学生的每个实验阶段，既能督促学生认真对待每个实验阶段，又能全面掌控实验进程。深入挖掘电子技术课程中的思政元素，自然融入课程思政，能达到润物无声的效果。基于理论、仿真、实践“三融合”理念的教学改革符合新工科建设理念，教学改革探索实践表明，改革实施后电子技术课程的教学效率和质量明显提高。本文的教学改革策略和措施，对其他课程的教学改革亦有借鉴作用。