【教學(xué)創(chuàng)新大賽】《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)創(chuàng)新成果報(bào)告

《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)創(chuàng)新成果報(bào)告摘要：《數(shù)字電子技術(shù)》課程以工程教育專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，以“學(xué)生能力培養(yǎng)”為核心，創(chuàng)新教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。課程組按一流課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建線下為主、線上為輔的混合式教學(xué)模式;緊緊圍繞“兩性一度”項(xiàng)層設(shè)計(jì)，基于“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”要求設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，使知識(shí)、能力和素質(zhì)有機(jī)融合。通過(guò)構(gòu)建“理論學(xué)習(xí)-軟件仿真-面包板實(shí)物制作-PCB板制作-實(shí)物制作調(diào)試”的層次化教學(xué)過(guò)程,開展基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的過(guò)程教學(xué)，重構(gòu)課程知識(shí)體系，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和“工匠精神”。教學(xué)過(guò)程運(yùn)用“課聯(lián)網(wǎng)”，打造應(yīng)用型教學(xué)“課程鏈”，有效培養(yǎng)了學(xué)生的綜合運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提升了教學(xué)質(zhì)量，具有很大推廣價(jià)值。一、課程建設(shè)發(fā)展歷程《數(shù)字電子技術(shù)》課程團(tuán)隊(duì)由1名教授和3名講師組成，團(tuán)隊(duì)成員教學(xué)成果豐碩，共主持國(guó)家級(jí)一流課程1門、省級(jí)一流課程3門:主持省級(jí)教改項(xiàng)目5項(xiàng)，發(fā)表相關(guān)教改論文4篇。在各類教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)案例比賽中，團(tuán)隊(duì)成員先后獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、。二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，校教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)9人次。在團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，《數(shù)字電子技術(shù)》課程建設(shè)經(jīng)歷了探索期、提高期和創(chuàng)新期三個(gè)階段。1.探索期:2012年，本課程被列入校級(jí)課程教學(xué)模式改革試點(diǎn)課，探索基于proteus虛擬仿真項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課堂教學(xué)模式，并采用了探究式的項(xiàng)目討論法，學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力有了較大的提高。2.提高期:2013年被列入浙江省高等教育課堂教學(xué)改革課程，總結(jié)前期課改成果，發(fā)現(xiàn)仿真項(xiàng)目有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提高課堂教學(xué)效果，但具有局限性，單純的仿真會(huì)導(dǎo)致實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失，無(wú)法真正鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。課程開始采用“虛實(shí)結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式，要求學(xué)生對(duì)于仿真通過(guò)的項(xiàng)目，進(jìn)一步利用面包板搭建實(shí)際電路進(jìn)行調(diào)試，這種教學(xué)模式使學(xué)生實(shí)踐能力有了很大提高。3.創(chuàng)新期:經(jīng)過(guò)8年的建設(shè),形成了基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式和多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，2020年課程被認(rèn)定為省級(jí)線下一流課程。反思課程建設(shè)質(zhì)量的瓶頸與制約因素，課程建設(shè)將在創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)方式等方面進(jìn)行突破，逐步實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)換。二.課程創(chuàng)新解決的痛點(diǎn)通過(guò)對(duì)學(xué)情分析、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)和教學(xué)過(guò)程反思，發(fā)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)普遍存在以下痛點(diǎn)。1.工程應(yīng)用能力缺乏:教學(xué)過(guò)程普遍注重理論知識(shí)的訓(xùn)練，學(xué)生習(xí)慣做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。2.差異化學(xué)習(xí)需求得不到滿足:傳統(tǒng)同質(zhì)化的教學(xué)資源，一視同仁的教學(xué)要求，漠視了學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，導(dǎo)致學(xué)生主動(dòng)性不足，缺乏學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。3.知識(shí)構(gòu)建能力差:教學(xué)過(guò)程知識(shí)碎片化、學(xué)習(xí)碎片化，導(dǎo)致了課程內(nèi)各知識(shí)點(diǎn)孤立、課程與其它關(guān)聯(lián)課程之間知識(shí)孤立，學(xué)生缺乏綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，學(xué)習(xí)成果缺乏“高階性和挑戰(zhàn)度”。針對(duì)以上教學(xué)過(guò)程中存在的痛點(diǎn)，本課程組重點(diǎn)要解決的問(wèn)題是:(1)解決如何增強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的問(wèn)題:(2)解決如何體現(xiàn)學(xué)生成果“兩性--度”的問(wèn)題:(3)解決如何提升學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的問(wèn)題。三.課程教學(xué)創(chuàng)新的主要舉措1.以進(jìn)階項(xiàng)目為主線，重構(gòu)了理論與實(shí)踐有機(jī)融合的教學(xué)內(nèi)容體系本課程共設(shè)計(jì)了5個(gè)工程應(yīng)用項(xiàng)目作為學(xué)生項(xiàng)目，如圖3-1所示。其中，4個(gè)為低階性的個(gè)人項(xiàng)目，1個(gè)為高階性的綜合性團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，項(xiàng)目難度由淺入深進(jìn)階，特別是綜合性項(xiàng)目的主要功能所對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)層層遞進(jìn)。課程內(nèi)容以這些層次性知識(shí)點(diǎn)為主線，重構(gòu)了理論與實(shí)踐有機(jī)融合的教學(xué)內(nèi)容體系。學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作，可以將課程知識(shí)點(diǎn)串起來(lái)，從而有效解決了課程知識(shí)碎片化問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力:通過(guò)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作，增強(qiáng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。課程在教學(xué)過(guò)程中，充分利用“課程鏈”團(tuán)隊(duì)，梳理了課程之間的關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)，圖3-2所示為綜合性項(xiàng)目“八路搶答器”中包含的相關(guān)“課程鏈”課程中的知識(shí)點(diǎn)，項(xiàng)目在制作過(guò)程中，“課程鏈”團(tuán)隊(duì)協(xié)同支持，有效解決了各課程之間知識(shí)孤立問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。通過(guò)課程間綜合性知識(shí)的運(yùn)用，使學(xué)生能從全局、系統(tǒng)的層次上思考學(xué)習(xí)專業(yè)問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高階思維。2.以工程項(xiàng)目為教學(xué)案例，實(shí)現(xiàn)了教師科研成果向教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化由于教材教學(xué)內(nèi)容滯后性較大，缺乏新穎工程應(yīng)用實(shí)例，缺乏電子技術(shù)方面的前沿新技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生課程所學(xué)與工作所需嚴(yán)重脫節(jié)。將教師的學(xué)術(shù)成果和工程經(jīng)歷很好地轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，是解決目前教學(xué)內(nèi)容理論與實(shí)際應(yīng)用脫離的有效途徑。課程團(tuán)隊(duì)是一個(gè)教學(xué)科研型團(tuán)隊(duì)，科研能力較強(qiáng)。課程負(fù)責(zé)人被列入浙江省151人才工程梯隊(duì)和浙江省重點(diǎn)企業(yè)研究院“青年科學(xué)家”培養(yǎng)計(jì)劃。課程團(tuán)隊(duì)共主持完成省重大專項(xiàng)等省部級(jí)項(xiàng)目7項(xiàng)、市級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)、校企項(xiàng)目200余萬(wàn)元。團(tuán)隊(duì)成員積極開展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，并能將工程經(jīng)歷中的問(wèn)題提煉成教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹科技發(fā)展前沿和我國(guó)科研發(fā)展現(xiàn)狀。例如，將“空壓機(jī)組控制系統(tǒng)、水箱水位控制、溫度控制、交通燈控制、稱重系統(tǒng)、病房呼叫系統(tǒng)和多傳感器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)”等工程項(xiàng)目作為教學(xué)案例，從而實(shí)現(xiàn)教師科研成果向教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步提升了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。3.以學(xué)科競(jìng)賽為載體，將學(xué)科競(jìng)賽融入課程教學(xué)內(nèi)容數(shù)字電子技術(shù)是電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、智能車競(jìng)賽和機(jī)器人競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽的重要的基礎(chǔ)課程，課程團(tuán)隊(duì)積極參與學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)，并且具有豐富的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課程團(tuán)隊(duì)將學(xué)科競(jìng)賽的內(nèi)容融入到課程教學(xué)中，例如，將“智能車自動(dòng)尋跡中的數(shù)模轉(zhuǎn)換問(wèn)題、機(jī)器人尋寶過(guò)程中開關(guān)控制問(wèn)題”等融入到案例講解中,突出課程的創(chuàng)學(xué)習(xí)新性,增加學(xué)習(xí)內(nèi)容的挑戰(zhàn)度。通過(guò)“以賽促學(xué)、以學(xué)促能”的創(chuàng)新教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自我管理、主動(dòng)學(xué)習(xí)，取得了很好的教學(xué)效果。2020年，自動(dòng)化191班的學(xué)生在數(shù)字電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)期間有近三分之一的學(xué)生就參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、物理科技創(chuàng)新競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽，在并獲得了省一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；2021年，該班學(xué)生獲得電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、省一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。4.課程元器件庫(kù)的建設(shè)及應(yīng)用本課程的教學(xué)設(shè)施配套完善,有省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心--電工電子實(shí)驗(yàn)中心和市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心--機(jī)電控制及自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，均能為學(xué)生開設(shè)電子技術(shù)的專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)，也能支持學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手開發(fā)能力十分有利。為了更好地支撐學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)，本課程已經(jīng)單獨(dú)建有課程元器件庫(kù)，近2年新購(gòu)買元器件的經(jīng)費(fèi)超過(guò)8萬(wàn)元，采購(gòu)了數(shù)字電子技術(shù)及相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽所需的大量元器件，為學(xué)生的實(shí)踐制作提供了充分的保障，學(xué)生的動(dòng)手能力得到了較大提高。5.以立德樹人為根本，將思政元素融入課程教學(xué)內(nèi)容課程組堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思政教育貫穿教育教學(xué)全過(guò)程。課程教學(xué)中積極融入“課程思政”元素，充分發(fā)揮課堂育人的主渠道作用?！罢n程思政”元素的主要切入點(diǎn)有:①責(zé)任感:課程組及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，融入科技前沿知識(shí)，使學(xué)生了解科技發(fā)展前沿和我國(guó)科研發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合科技進(jìn)步在國(guó)家富強(qiáng)、民族復(fù)興中的地位和作用，激發(fā)學(xué)生的家國(guó)情懷和責(zé)任感。②“工匠”精神:課程采用基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的過(guò)程教學(xué)，通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作，弘揚(yáng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、精益求精、勇于創(chuàng)新的“工匠”精神。③協(xié)作精神:通過(guò)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。④敬業(yè)精神:通過(guò)教師分享自己的教學(xué)科研經(jīng)歷，培養(yǎng)學(xué)生努力工作、敬業(yè)愛(ài)崗的勞動(dòng)精神。⑤節(jié)約精神:節(jié)約是美德，需要我們代代相傳。在項(xiàng)目制作過(guò)程中，要求同學(xué)們進(jìn)行方案優(yōu)選，成本計(jì)算，并按元器件清單領(lǐng)取所需器件。項(xiàng)目驗(yàn)收完成后，盡可能多地回收可重復(fù)利用的器件。在教學(xué)的潛移默化下，同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和工匠精神已經(jīng)入心入腦。圖3-3為學(xué)生分享項(xiàng)目制作過(guò)程中的心得體會(huì)。四.課程教學(xué)環(huán)境及組織實(shí)施情況1.線下為主、線上為輔的教學(xué)環(huán)境課程教學(xué)采用線下為主，線上為輔的教學(xué)環(huán)境，線下完成課堂教學(xué)、項(xiàng)目制作討論、實(shí)驗(yàn)和期末考試等教學(xué)環(huán)節(jié)，線上完成視頻學(xué)習(xí)、課后作業(yè)和階段性測(cè)試等教學(xué)環(huán)節(jié)。課程已在超星課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上建設(shè)了在線開放課程(略)，提供了課程視頻、課件、作業(yè)等教學(xué)資源，方便學(xué)生在線學(xué)習(xí)，具體實(shí)施的教學(xué)內(nèi)容如圖4-1所示。2.三段式管理和八步法教學(xué)教學(xué)以學(xué)生為中心，實(shí)施過(guò)程采用三段式管理和八步法教學(xué)，如圖4-2所示。三段式管理分別為課前、課堂和課后管理。教學(xué)組織采用八步法，課前布置項(xiàng)目任務(wù)，要求學(xué)生根據(jù)任務(wù)完成八個(gè)過(guò)程，具體為:①線上學(xué)、②網(wǎng)上查、③線下做、④問(wèn)題引、⑤教師講、⑥學(xué)生秀、⑦師生評(píng)、⑧課后改。3.多維度項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和多元團(tuán)隊(duì)協(xié)同支持本課程在教學(xué)內(nèi)容上以多維度項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作為驅(qū)動(dòng),并利用多元團(tuán)隊(duì)協(xié)同支持來(lái)完成教學(xué)過(guò)程。多維度項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作為驅(qū)動(dòng)，包括:虛擬仿真——面包板實(shí)物制作——實(shí)驗(yàn)板電路制作——PCB板實(shí)物制作調(diào)試，如圖4-3所示。將綜合性項(xiàng)目按知識(shí)點(diǎn)分解成若干功能模塊，由淺入深，層層遞進(jìn)；課程堅(jiān)持“以學(xué)生為主體”，采用課堂講授、案例分析、項(xiàng)目制作相結(jié)合的啟發(fā)式和討論式教學(xué)方法，正視學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和個(gè)體能力差異問(wèn)題，構(gòu)建了層次化教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了教師講授向?qū)W生項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作的轉(zhuǎn)化，也滿足了不同類型、不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。通過(guò)項(xiàng)目制作培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力，學(xué)生成果體現(xiàn)了高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度?！罢n程鏈”團(tuán)隊(duì)和學(xué)科競(jìng)賽協(xié)同支持，共同完成教學(xué)過(guò)程的實(shí)施，如圖4-4所示，進(jìn)一步提升了綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4.建立學(xué)習(xí)過(guò)程跟蹤與評(píng)估體系課程根據(jù)教學(xué)大綱中所支撐的畢業(yè)要求，制定了學(xué)生學(xué)習(xí)跟蹤和評(píng)估體系，如圖4-5所示。教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行跟蹤評(píng)估，對(duì)不及時(shí)完成作業(yè)及項(xiàng)目的同學(xué)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警督學(xué)。學(xué)期結(jié)束，對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)期的學(xué)業(yè)情況進(jìn)行評(píng)估，對(duì)不達(dá)標(biāo)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)業(yè)預(yù)警和幫扶。5.課程成績(jī)?cè)u(píng)定方式課程學(xué)習(xí)效果采多元化評(píng)價(jià)，包括線下項(xiàng)目設(shè)計(jì)、線上學(xué)習(xí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和考試成績(jī)等，見圖4-6所示。其中線下項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要考察點(diǎn)為基本分析解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、綜合分析能力、拓展能力、創(chuàng)新能力等。五、課程創(chuàng)新點(diǎn)及效果總結(jié)1.課程主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)①通過(guò)基于“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”要求設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，使知識(shí)、能力和素質(zhì)有機(jī)融合:通過(guò)構(gòu)建“理論學(xué)習(xí)-軟件仿真-面包板實(shí)物制作-PCB板制作-實(shí)物制作調(diào)試”的層次化教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和“工匠精神”，同時(shí)也滿足了不同類型、不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。②教學(xué)過(guò)程運(yùn)用“課聯(lián)網(wǎng)”，打造應(yīng)用型教學(xué)課程鏈，有效解決了課程間知識(shí)銜接不暢的問(wèn)題，有效培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提升了教學(xué)質(zhì)量，具有很大推廣價(jià)值。③運(yùn)用現(xiàn)代仿真軟件、口袋式面包板和PCB板制作調(diào)試等多維度工具，有效提升學(xué)生工程實(shí)踐動(dòng)手能力，使學(xué)習(xí)結(jié)果具有個(gè)性化和創(chuàng)新性，學(xué)生反饋普遍較好。2.課程效果總結(jié)①學(xué)生能力提高經(jīng)過(guò)課程學(xué)習(xí)學(xué)生綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力逐年提高,課程目標(biāo)達(dá)成度也較高。圖5-1為近三年自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成度，課程目標(biāo)4和5逐年提升，反映了學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力得到了提升。②競(jìng)賽成績(jī)突破名《數(shù)字電子技術(shù)》作為學(xué)科競(jìng)賽的重要前修課程，為學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽打好了扎實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)前期的課程改革，學(xué)生綜合分析能力均有了明顯的提升,在科技創(chuàng)新平臺(tái)例如大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大學(xué)生物理創(chuàng)新競(jìng)賽、大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽等中均取得很好的成績(jī)。在2021年全國(guó)大