基于信号链的P-PMCP模式的混合式教学改革_杨梅.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2023-01-13;修回日期:2023-04-09基金项目:2022 年四川省教育厅第三批高校省级课程思政示范项目;2021 2022 年成都工业学院人才培养质量和教育教学改革项目(20210432);2022 年教育部产学合作协同育人项目(220406528252154)作者简介:杨梅(1972)，女，硕士，副教授，主要从事电路与系统的教学和研究工作，E-mail:619358041 qq com基于信号链的 P PMCP 模式的混合式教学改革杨梅(成都工业学院宜宾校区，成都 610031)摘要:以信息工程等学科为代表的现代技术的高速发展凸显了“模拟电子技术”教学与工程落地的脱节问题。课程抓住“脱离真实”这个痛点，借助现代信息技术设计了基于信号链的 P-PMCP 模式教学创新。在教学中用真实信号链开启课堂革命;改变教学形态;教学内容取材真实信号，实现教学内容多次元升华;实行过程考核和学习过程对抗的现场考核，颠覆传统考试形式。解决了教学中的痛点，提升了学生的获得感。关键词:教学痛点;P-PMCP(工程 课前+慕课+课堂+实践);信号链中图分类号:G311文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0018-04A Hybrid Teaching eform Based on P PMCP Mode of Signal ChainYANG Mei(Yibin Campus，Chengdu Technological University，Chengdu 610031，China)Abstract:The rapid advancement of modern technology represented by information engineering，electronic engineering，etc hasmade prominent the problem that there is often big gap between the learning outcomes of Analog Electronic Technology courseand the demand of engineering practice With the aid of modern information technology，this course design aims to solve thisproblem by designing P-PMCP teaching model based on signal chain，which starts a classroom revolution by applying authenticsignal chain This model changes teaching style by breaking the restriction of time，place and environment for study;changesteaching contents by using authentic signals;and changes the form of course examination by applying process-based exams andon-the-spot exams The course mode solves the problem in present teaching and enhances learners sense of accomplishmentKeywords:teaching pain point;P-PMCP(Engineering-Before class+MOOC+Class+Practice);signal chain今天的“模拟电子技术”(以下简称模电)已经从一门相对简单的学科课程发展成为众多学科共同的基础理论课，模电课程的发展标志着人类进入了高新技术的时代。因此，“模拟电子技术”已被列入电子信息工程、通信工程、自动化工程等专业的必修课程。面向电子技术的蓬勃发展，“模拟电子技术”课程如何更好地“为党育人、为国育才”，是课程组一直思索的问题。模电课程是在第三学期开设，学生处于由习惯了填鸭式教学的低年级本科生向需要较高科学思维和创新能力培养的高年级本科生转型的阶段。在模电课程的教学过程中不仅要进行知识的传授，更要关注学生的学习经历，关注学生学习的收获，同时关注对教学的评价和改进1。课堂外:学生观看、阅读教师准备的材料，在任何时间，在可选的数字工具上可重复使用训练材料;主要任务包括:观看互动视频、列出难理解的概念及术语、做简单的数学计算记录笔记、回答测试问卷等;课堂内:建立在学生课外所做的材料和任务的基础上，激发主动学习和深入学习的活动。课程教学的目标是:让电路理论深植于工程实际，使学生掌握面向未来的现代工具，掌握现代模拟电路系统的建模与仿真方法，具备理解和探索工程问题与科学问题的能力，培养对电子技术的浓厚兴趣及工程素养，建立时代使命感和社会责任感，立志成为电子技术领域的领军人才。1问题与现状对于“模拟电子技术”教学来说，基本上所有痛点都来自学习和思维、行动上的反差，主要表现在以下四点。1 1工程“落地”的问题在教学过程中，一直以来过于强调单元电路的学习，对系统学习的介入和要求较低，教与学处于较低层次。对于现代集成技术应用较多的场效应管的内容涉及较少，过多地讲解三极管器件及分立电路;导致的结果是知识点零散且陈旧，不能运用知识分析身边的现代技术应用。1 2硬件电路创新的问题长期以来，学生参加编程比赛、电子竞赛(选题偏软件方向)、双创活动(主要在商业的设计方面)非常积极，但整体来说，具有“欺软怕硬”的思想，重软件的学习，轻硬件的研究。这与当今电子技术高度创新的要求不符，学生不能接受和解决高阶挑战的硬件问题。1 3教学形态教学组织的问题目前的教学过程中仍旧存在唯分数的现象，包括课前测试、课后测试，最终呈现出来的是分数，而非能力。MOOC+翻转的教学组织形态比较单一，对能力的培养不够。在实际的教学实践过程中发现，学生学习过程中要求有更高的个性化发展和实际能力的培养，教与学两者之间的矛盾日益突出。1 4课程思政融入问题现在的学生都是网络的原住民，一部分学生沉迷网络与游戏，满足于过关就行的低级要求，缺乏“敢为天下先”的志向和舍我其谁的时代责任感。但中国的技术发展背后需要无数的创新者和奋斗者，教学中如何树立起学生正确的价值观和责任感，在专业基础课中建立起学生工程伦理、工程意识是值得研究的问题。以上这四个问题都指向同一个根源，就是课堂教学“脱离真实”应用场景。虽然我们天天在运用电路，但模拟电路理论分析的复杂性、工程性、近似性特征，使学生很难树立起分析或操控真实工程信号的兴趣和信心。2改革的理念与思路上述痛点并非今天才有，只是电子技术的高速发展使问题更突出。但在另一方面，教育教学理论的深入研究，现代信息化技术的发展也带来了解决问题的转机。基于大数据的现代信息化技术，通过网络教师 学生、学生 学生可以随时随地沟通，如果再辅以一个完整的工程实例电路可以解决上述痛点的大部分问题。基于此，在课程实践过程中提出了“基于信号链的 P-PMCP(工程 课前+慕课+课堂+实践)模式的混合式课堂”理念，如图 1 所示，变革传统模拟电子技术教学。图 1混合式课堂的理念与思路2 1真实信号链如何有工业革命过程中，机器智能的实质是机器对于信息的感知、反馈、控制的能力2，传感器是数据采集的入口，也是自动控制的重要组成部分。采集来的信号需要进行调理放大，于是集成运放在电路前端被大量使用。例如:在智能非接触健康指标监测仪中就有超声波、心率监测、频率监测、体位监测等数十种传感器，前期采集的信号需要有精度较高的调理技术、系统抗干扰技术等知识点，这些技术都涉及到“模拟电子技术”的知识，而传统的模电课程对知识的讲授是分散的，对检测部分的内容几乎没有，学生设计整体解决方案的能力不能得到有效的训练。因此，为建立真实的工程概念、完整的信号处理链条，在模拟电子教学中将后续课程“传感器检测与技术”中的基本概念提前引入是必要的。从传感器信号感知、检测、处理、A/D 转换、反馈控制、信号显示的输入到输出的完整过程，简称为信号链3。课程组设计一个工程实际应用的案例 温度检测控制电路，该电路构成了一个完整真实的信号处理系统，并将模电课程的主要内容尽可能地串接起来，使分散的知识点成为一个有机的整体，学生能感受到所学电路的意义，有助于学生形成系统观、建立科学的工程思维。电路结构框图如图 2 所示。2 2真实信号链如何用美国学者古德莱德(J Goodlad)曾根据课程决策的层次把课程分为五个层面:理想课程、正式课程、领悟课程、运作课程和经验课程。理想课程是指一些研究机构、学术团体和课程专家提出应开设的课程;正式课程是指教育行政部门规定的课程计91第 3 期杨梅:基于信号链的 P PMCP 模式的混合式教学改革图 2串联知识点的信号链模块划和教材;领悟课程是指教师所领会的课程;运作课程是指在课堂里实际实施的课程;经验课程是指学生实际体验到的东西4。“如何有”应该属于领悟课程和运作课程层面，“如何用”则是到了经验课程层面。怎样把正式课程有效地转化为学生的经验课程是教学改革过程中的关键。1)重构教学内容课程以 OBE(Outcome Based Education，成果导向教育)模式开展教学活动，以“区间温度检测与控制电路”为学习主课题(该课题获得第二届全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛一等奖)。教学设计中将“模拟电子技术”的学习内容系统地划分为十大任务，对应章节分解为不同的任务模块，学生在学习理论的过程中能体会到应用层面的设计需求，不仅正向学习电路原理、分析计算，还要反向参与仿真设计、选择器件、安装、测试等教学活动。教师引导学生阅读、理解、调试各单元模块电路，发现各模块电路存在的问题，对电路进行补充、修改和完善;再调试完整的信号检测控制系统，对设计的系统提供完整的解决方案。电路中涉及的频率 幅度关系、有源滤波等较难的知识点，可以通过教师推送的视频及仿真实践进行学习，降低学习难度。评价层更注重过程性，兼具有多元性和科学性的特点。Proteus 仿真软件不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计，仿真软件的学习资源和学习社团在网上也随处可寻，同时对学生后续“单片机”等课程的学习也有很高的前期引入价值，可以作为仿真首选软件5。教师负责收集学生学习中碰到的疑难问题，设计成案例挑战 思维挑战 项目挑战等螺旋上升的学习模式，做到项目引领，培养学生综合系统性思考，同时生成标志性成果。这样的教学内容重构有深度，需要学生面对高难度的项目挑战;有温度，需要形成师 生学习共同体完成挑战。教学内容重构过程中融入了人生观、价值观、世界观、法律法规、团队合作、工匠精神、设计创新等方面。课程思政与学习活动的逻辑关系构架如图 3 所示。与此案例类似的教学设计还有电源电路、双声道功率放大电路等6。图 3重构教学形态框图2)重塑课堂形态课前导学在每次课前 2 3 天，通过雨课堂发布课程导学材料，引导学生自学;自学效果通过雨课堂后台数据得到反馈。课堂学习过程通过问题导入引发思考，并结合教材、网络资料充分讨论，交流互动(师生交流、生生交流)，最终达到解决问题的目的。整个教学过程师生借助雨课堂的讨论和分享平台，学生在手机端自由发言，结论实时出现在教学屏幕上。教学过程以“区间温度检测控制电路”为主线，将一个大项目分解为十大任务，分别对应七个章节以及一定量的课外拓展学习材料，目的是让若干个独立的知识点通过学习过程串接起来，让学生对模拟电路的学习是系统而非零散片断的，为后续专业课的系统性学习打下坚实的逻辑基础。在模块化学习过程中，通过教学设计将爱国、敬业、诚信、友善融入到学业中，将文化自信、工匠精神、团队合作、设计创新、法律法规根植于学生成长立业的全过程。课后通过雨课堂发布学习任务，包括作业、测试、总结章节内容绘制思维导图、一定量的拓展学习等活动内容。通过线上线下的混合式教学活动，学生的学习兴趣、学习能力、人文素养都有不同程度的提高。教学过程如图 4所示。图 4基于信息化平台的课堂重塑02电气电子教学学报第 45 卷当所有教学内容都能基于工程真实时，学生的学习兴趣、工程落地、思政融合、高阶挑战性等难题都可以找到良好的解决路径6。3)重建考核方式一张试卷难以考出学生真实的工程能力。当课堂里天天接触真信号时，学生学的是真问题，见的是真东西，考的自然也是真能力。考核思路是基于真信号链建立过程性、多维度、实战化、激励型的考核。构建知识、能力与思政考核并重的“五化”考核评价体系:考核过程全程化、考核内容综合化、考核形式多样化、评价主体多元化、评分标准导向化。最终实现“学中做”“做中学”“思政浸润”，加强学习过程管理，提高学习质量的目的。3改革创新方法举措3 1手段创新:用真实信号链开启课堂革命常规必配:学生人人都有的手机，大部分学生都要有的电脑;教师配有的电脑，仿真软件、雨课堂APP、CDTU 无线网络，满足个性化分级化教学需求，贴近前沿。能力拓展:发挥学科竞赛、创新创业大赛优势，产教融合开发远程线上线下混合实验实习平台，教学通过网络、竞赛延展升级。3 2课堂创新:有网络的地方就是教室粉碎“课堂”边界:互联网彻底消除了教室、实验室的时空围墙，可以在任何地方教，也可以在任何地方学。重写“互动”内涵:除了常态化的研讨和翻转之外，还有真实工程案例的引入，增加了学习的真实性。3 3内容创新:教学内容的四次元空间升华借真实信号链见真实问题:让学生嗅探真实信号、剖析工程案例、探究问题，实现理论教学和工程实际的闭环。因工程而“顿悟”理论，又因理论而理解工程。借科技案例传承时代使命:看天问、看 5G，读懂信号传递背后的故事。借政策法规培育社会责任:讲电路设计规范、讲电磁污染，培养守法意识、职业规范、资源意识、环保意识。借高阶问题激发攀登精神:直接把学生拉向科技前沿，让学生见识到高阶应用的视点，鼓励学生跳一跳亲自品尝难点。4改革创新效果(1)电路理论实了:工程案例起头。原来只能靠想象的抽象理论变得生动直观，学生兴趣高涨，理论知识有效内化为学生的真实工程能力。(2)创新实践火了:学生的工程创新能力显著提升。学生的兴趣提高了，能主动找问题，找难题。参加电子竞赛、创新创业比赛的学生越来越多，成绩越来越好。(3)课堂思政活了:沉浸式思政润物无声。学生的思维活了，明白了必须循序渐进，经过长期的探索和追求，才能有所成就。(4)教学形态变了:课堂形态得到重塑，学生学习兴趣明显提升，课堂氛围活跃。5结语以温度/压力传感器信号检测调理控制电路为主线的混合式教学改革，通过模拟信号链这一可真实检测的信号，围绕工程性问题进行教学，打破原有课本部分“章节”的顺序，尊重学生的认知规律，融入工程实际案例重构教学内容。将由数学概念构成的抽象世界，通过重点的概念多案例渐进，枯燥的知识罗列分散讲的方式带领学生进入真实的电子世界7。这样的课堂及课程重构、智慧教学平台的融入使用，在保证知识体系完整的同时，丰富了教学方式，拓展了学习模式，多角度对学习效果进行评价。当然课程改革还有极大的提升空间，如何将多门课程融合成课程群，在更宽的范围引入学习共同体，营造学习社区，实现包括教师在内的每个个体的“卓越性”，实现自我内心的满足是未来课程改革的方向。参考文献 1 刘艳，朱昌平，宋凤琴，等 模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养 J 实验技术与管理，2019(2):110 112 2 付扬 基于 Multisim 技术的电子电路综合设计改革 J 实验技术与管理，2018(4):112 114，198 3 薛玉峰 基于信号链下的模拟电子技术课程改革 J 高师理科学刊，2020，40(4):90 93 4 沈建民 试论课程意识缺失的课堂表现及其培植策略 J 教育理论与实践，2009，29(4):61 64 5 叶朝辉，华成英，阎捷，等 模拟电子技术实践创新能力培养的探索J 实验技术与管理，2017，34(1):29 32 6 童诗白，华成英 模拟电子技术基础 M 3 版 北京:高等教育出版社，2001:1 9 7 张林，邓天平“模拟电子技术”课程教学内容改革探讨 J 电 气 电 子 教 学 学 报，2015，37(2):14 16，8012第 3 期杨梅:基于信号链的 P PMCP 模式的混合式教学改革