【校级一流本科立项课程】“数字电子技术基础”课程——数字电子技术基础线上线下混合一流课程

点击数:    |    加入时间:2022-05-18

课程简介

《数字电子技术基础》是北航自动化等专业的工程基础核心课程。在胡晓光教授的带领下,课程团队自2005年以来,深入研究国内外前沿教学理念和发展趋势,不断开拓创新,于2005年提出采用基于构建主义学习理论的研究性教学模式,课堂教学基于问题展开,组织开展项目研究,提高了学生自主学习和解决实际工程逻辑问题的能力。该教学模式的研究与实践取的显著效果, 2007年被评为北京市精品课。为了提高研究性教学的效果,团队继续深化试点开展小班化研究性教学。2008年电工电子类技术基础课大面积实现‘研究性教学’的研究与实践,获北京市教学成果二等奖。2009年教学团队评为北京市优秀教学团队。

图1 北京市优秀教学团队和教学成果二等奖。

2018年建设了线上教学资源,胡晓光教授主讲的MOOC在北航上线,2020 年在中国大学 MOOC 课程上线。

图2 中国大学MOOC线上教学

目前正在利用MOOC平台开展线上线下混合式教学的教师有胡晓光、徐东、刘丽、彭朝琴和马耀飞,取得了很好的教学效果。

图3 线上线下混合教学的主要人员

团队充分利用多维度平台继续深入开展研究性教学,并得到北航重点教改项目立项支持,课程被评为北航双百工程A级课程。2020年根据教育部一流课程的建设要求,按照工科课程思政和“两性一度”建设标准审视课程建设,完善教学设计,2021年被评为北航线上线下混合式教学一流课程立项建设,工信部推荐申报第二批国家一流课程。线上教学成果在自动化教指委组织的2020年春季自动化线上教学分享。

图4 课程团队“五位一体”的线上教学分享

2022 年,获批教育部首批虚拟教研室《电子技术基础课程虚拟教研室》试点建设(清华大学牵头)。

教学团队简介

团队依托自动化学院的电工电子教学实验中心,核心成员共16人,包括:胡晓光、徐东、刘丽、王建华、彭朝琴、张静、马耀飞、肖瑾、张秀磊、范昌波、岳昊嵩、徐萍、李莉、刘敬猛、黄亚玲、申文达等。

图5 教学团队部分成员

课程负责人胡晓光教授/博士生导师,自2013年开始担任教育部自动化类教学指导委员会委员。2005年任数字电子技术基础课程负责人以来,坚持以学生为中心,成果导向,提出基于构建主义学习理论的自主探究式学习模式,给出“四位一体”融合的教学设计,设计项目驱动的教学内容。因材施教,基于航空航天工程案例教学培养学生空天报国情怀、创新思维和能力。2010年获北京市第六届高等学校教学名师奖,2009年评为北京市优秀教学团队带头人,2013年获北京市高等教育教学成果一等奖,2019年获享国务院特殊津贴专家。主编“十二五”工信部规划教材《数字电子技术基础》已四次出版,发表教学研究论文14篇。

图6 北京市教学名师和国务院津贴专家

近几年担任课程教学研究与改革的主要成员:主讲教师徐东、刘丽和王建华副教授/硕士导师,是团队课程建设中的骨干,积极投入教学创新研究与实践,发表6篇教学研究论文,编写2部专著,获8项北航教学成果奖。主讲教师彭朝琴讲师和马耀飞副教授,博士毕业/硕士导师,近三年开始担任课程主讲,是课程团队的新生力量,积极投入教学设计和教学改革,发表教学论文4篇,获北航教学成果奖5项。副教授范昌波、肖瑾、讲师张秀磊、张静开发了创新实验项目。

课程特色描述及经验总结

课程全面贯彻立德树人,坚持以德施教,教师主导、以学生为中心,强调基础、突出应用、注重创新,将理论、实践能力培养和素质教育有机融合。课程的特色主要包括以下几点:

(1)构建基于研究性教学理念的线上线下融合的混合式教学模式,提出线上学习指导和要求,开展线上师生互动;

(2)精心设计线下翻转课堂问题集和课堂讨论题,并基于问题展开课堂教学,实现自主的个性化学习和互动式的集体学习相结合;

(3)基于项目的研究性学习,将科研成果提炼出的问题融入到课程研究项目中,因材施教,让学生能体验到“跳一跳才能够得着”的学习挑战;

(4)设置了创新综合实验,强化技术基础知识的应用,增加课程内容的广度和深度,培养深度分析和知识应用的能力。

课程创新点:

(1)提出了成果导向的研究性“四位一体”融合教学模式。坚持构建主义学习理论为指导,将长期教改研究成果固化为“四位一体”融合教学模式:学生问题导向线上MOOC学习,自主构建逻辑电路知识平台;翻转到课堂针对集成逻辑电路的设计和应用等重点难点,基于案例深入消化理解;线下组队项目研究,以航空航天工程逻辑问题牵引,提出创新设计方案;延伸设置创新综合实验,将组队研究的项目进行实验电路验证。

图7 四位一体的教学模式

(2)建立了具有前沿性和先进性新的课程内容体系。课程团队围绕课程目标达成,提炼课程中不同内容的相同核心模型,进行模型化和模块化,给新知识腾出空间,把握新的电子技术发展的方向,注重大规模集成技术应用,形成了紧密跟踪现代电子技术的课程新体系。为此每隔四年把新体系内容充实到新修订出版的教材中,并出版了学习指导和习题解答。2007年以来出版的四版教材见图7。

图8 出版教材

课程评价及改革成效

团队教学效果好,学生评价高,深受学生欢迎,学生反馈中提到学起来虽然有压力,但真正学到了知识,提高了能力。教材《数字电子技术基础》在国内北京和上海等多所大学使用,受到好评。课程受益面积大,每年给4个学院8个专业开课,学生选课人数超500名。

图9 教师指导学生创新实验调试

指导学生参加全国/北京市电子大赛、北航冯如杯和大创等竞赛,近5年学生获国际竞赛一等奖1项、国家一等奖5项、国家二等奖8项、北京市一等奖13项,各级奖项80余项。

课程思政

课程利用航空航天工程的逻辑电路为实际教学案例,开展课程思政工作。本课程是学生遇到的第一门实践性很强的技术基础课,入门有难度,部分学生学习兴趣不够浓厚。团队教师以奉献教学的精神耳濡目染影响学生,采用航空航天工程案例,培养学生学习兴趣。教学中挖掘课程中蕴含的“思政元素”,培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生空天报国的使命担当。

在课程讲解中,结合国家时政,让学生了解相关领域的技术现状,例如,在当前国际形势下,中国一些领域被西方多次“卡脖子”,其中一个最重要的就是“芯片”相关的技术,这些相关技术与本门课程的内容息息相关,课堂上与同学们探讨为了挣脱芯片设计“卡脖子”困境,国产数字系统设计自动化(EDA)的路该怎么走?由此激发学生爱国热情和主动学习积极性。在创新实践内容的设计方面,适当增加基于FPGA的控制电路设计的相关内容,一方面让学生在调研EDA软件的过程中亲身感受国产软件目前的市场占有率,感受到我们所面临的困难,另一方面,在设计实际电路的过程中培养学生求真务实的科研素养,培养创新精神和工匠精神。

团队注意提高教师立德树人能力,言传身教地提升学生的政治素养。在授课的各个环节,教师积极向上的态度、严谨的工作作风,潜移默化地引导学生养成良好的学习态度和习惯。通过介绍例如文传源等老先生的优秀事迹、优秀毕业生的事迹等方式引导学生认识到学习的重要性,用工匠精神锻造大学生,在这个生活节奏日益加快的时代,使他们拥有“沉”“潜”的气质,脚踏实地地为中华民族的伟大复兴作贡献,为实现自我价值不断奋斗。

编辑:贾爱平


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