《测控电路》混合式教学设计案例

“信号放大电路”混合式教学设计一、课程教学整体思路1.课程的建设发展历程“测控电路”课程已经经历了十多年的教学建设和改革，从最早的精品课程群建设，到工程项目驱动式教学改革，到面向工程教育理念的教学创新实践，再到精品线下课程建设改革，到课程思政教学改革，到近期的混合式教学翻转课堂的改革与建设，一路走来，积累了很多的宝贵经验和成果，逐步形成了基于OBE教育理念的工程项目导向的异步SPOC线上、线下混合式教学模式和课程特点。

2.课程的基本信息：课程性质、课时安排、课程特色等“测控电路”是合肥工业大学测控技术与仪器专业的专业基础课程，是测控技术与仪器教育专业认证的重要支撑课程。

课程立足国家战略，开展特色化制造业测试领域人才培养，契合国家集成电路产业需求，解决智能感知和集成电路测试行业困境，并引导学生树立“精益求精”的专业精神和“工业报国”的远大抱负，是该课程的专业定位和人才培养目标。

课程的线上课时为16学时，线下课时为32学时。

总结本课程设计的特色和亮点主要表现在以下四个方面：①以CDIO工程教育理念为基础，在新工科建设背景下，以复杂工程项目驱动为主线打造的教学实践新模式；②探索了多学科和多课程融合的交叉综合实践模式和教学系统；③基于OBE教育理念，以学为中心、以学习效果最大化为目标的翻转混合式课堂教学模式，多元化教学活动和方法，促进学生主动学习、培养学生高阶能力；④将优势双创教育、实际科研、课程思政融入课程教学，培养学生的专业精神、科学精神和爱国情怀。

3.混合式教学改革要解决的重点问题“测控电路”课程改革要解决的问题包括：①课程学科间具有关联性、交叉性、综合性，而学生综合性、交叉性思维锻炼不足；②课程与实际联系紧密、实践性极强，而学生没有充分的实践内容锻炼、纸上谈兵；③模电、数电、测控电路等电路课程学了很多，而学生还是不会实际电路的设计，尤其是解决复杂工程问题的系统整合能力培养和高阶思维锻炼不足；④学生的基础、学习能力、接受快慢存在差异，而相同的课程内容和上课速度导致课堂教学不能满足所有学生需求、无法保证教学效果；⑤课程内容丰富、涉及知识面广，而课堂授课时间不足。

4.课程教学改革的理念为达成“测控电路”课程的专业定位和教学目标，解决学生困惑和问题，本课程开展了基于OBE教育理念、以工程项目驱动为主线的混合式翻转课堂教学模式的建设与改革。

我们以CDIO工程教育理念为基础，在新工科建设背景下，打造教学实践新模式，来解决“纸上谈兵、整合能力差、综合性、高阶性思维锻炼不足”的课程痛点。

同时，开展基于OBE教育理念，以学习效果最大化为目标的完全翻转混合式课堂教学模式，建立宽基础且重实际的可供个性化选择的线上资源库，扩大课外的线上学习课时，来解决“学生差异化、课程内容丰富而授课时间不足”的课程痛点。

5.课程教学整体设计思路、教学模式等本课程开展了基于OBE教育理念、以工程项目驱动为主线的混合式翻转课堂教学模式的建设与改革。

教学实践新模式结合实际科研进行选题立项，涉及多学科、课程交叉知识体系，任务要求设计符合复杂工程问题的素质培养目标，教学期间采用项目进度来推进混合式课程教学进度，同时运用现代仿真工具助力课程教学和项目设计，并利用电子制作环节开展工程项目实物搭建和调试，以培养学生三大能力、工程思维方式、解决复杂工程问题的高阶能力和素养。

在混合式教学资源建设中，团队建设了自己的课程资源库用于开展异步SPOC混合式教学，自建视频资源31个，其中包括学生制作的微课视频6个；同时采用吸纳了国家级精品课程、国家一流本科课程等4门优质MOOC资源，作为线上学习资源。

同时我们设计了完全翻转课堂的课堂教学方式，教学活动与组织包括讲授方法（课前自学内容的回顾、总结和归纳）、探究问题引导法（对电路问题进行层层挖坑、逐步前进）、案例研讨（采纳身边案例、实际工程案例、竞赛案例等）、小组竞赛（引入社会热点问题，设计闯关游戏竞争等）、电路仿真实战（对基础电路、应用电路、综合电路进行仿真体验）、开展同伴教学方式（团队小组集体备课，并准备微视频在线上平台共享，课堂进行同伴教学和互评）。

（具体设计请见“教学过程与实施方法”）在课程成绩的评定方面，设计了四维学习效果评估体系，如下图所示，四维包括线上成绩评定、课堂成绩评定、项目成绩评定、以及期末考试评定四个维度，期末占40%，其余各占20%。

其中线上成绩评定又包含视频学习、习题测试、课后讨论题、讨论区发帖和回帖情况等，课堂成绩评定又包含课堂讨论、弹幕互动、课堂小测、阶段测试等，项目成绩评定又包含立项报告、进展报告、结题报告成绩。

二、学情分析“测控电路”课程是测控技术与仪器专业的一门实践性很强的专业基础课，授课对象是测控技术与仪器专业的大三本科生，授课十余载，一路走来发现学生的困惑和问题主要表现为：学了很多有关电的课程，如：电工技术、模电、数电、传感器技术、单片微机原理、检测技术等等，但仍然不明晰课程间的相互关联和作用；基本知识和原理掌握得较扎实，基础打得较好，但却不会实际应用，表现为高阶思维能力不足；对多学科、课程体系间的交叉综合运用能力还较为薄弱；另外还存在学生之间的差异化和个性化问题，如：学生的基础、学习能力、自主能力、接受快慢等方面存在较大的差异和不同；同时，由于课程内容丰富，涉及电路知识面广，而课堂授课时间不足，今年的授课课时又减为32课时，愈发突出课堂授课课时的不足问题。

根据上述学情和课程专业定位，我们制定了“测控电路”的教学目标：使学生学会测控电路专业知识、信号调理、变换等基本方法和基本电路，深化理解测控系统总体思想和系统概念；提高学生对功能电路的分析能力、选用合理器件进行功能电路的设计能力、满足测控任务要求的系统级综合设计与整合能力等三大能力的培养；逐步培养学生具备实际工程思维方式、创造性思维、分析和解决复杂工程问题的高阶能力和素养；于教学中潜移默化地使学生养成“精益求精”的专业精神、科学精神和爱国情怀。

三、教学内容介绍以“信号放大电路”单元为例，本单元内容包括集成运放的重要性分析；集成运放的实际特性参数与理想特性的区别，实际特性参数仿真分析；同相、反相、差放三种基本放大电路的电路结构、特点和适用性，以及仿真分析和验证；仪用放大器（三运放）的电路结构特点、性能优点、适用场合，电路输入输出关系分析，实际电路与原理电路的区别、以及分立元件电路与集成电路的使用区别；使用三种基本放大电路和三运放电路设计其他功能电路（调零放大电路、高输入阻抗放大电路、电桥放大电路、可调增益放大电路），各种功能电路的特点和适用性，以及实际放大电路的应用设计；新冠病毒检测综合电路分析，以及结合科研成果的拓展提高。

四、教学目标本单元的学习目标为：①了解集成运放在测控电路中的重要性。

②掌握实际运放的实际特性参数与理想的不同。

③初步学会运用运放的实际特性，合理设计和仿真放大电路。

④熟悉同相、反相、差放三种基本放大电路的电路结构、特点和适用性，并学会使用仿真软件来验证。

⑤重点掌握仪用放大器（三运放）的电路结构特点、性能优点、适用场合，并会分析其电路输入输出关系，了解实际电路与原理电路的区别，分立元件电路与集成电路的使用区别。

⑥学会使用三种基本放大电路和三运放电路设计其他功能电路（调零放大电路、高输入阻抗放大电路、电桥放大电路、可调增益放大电路），并了解各种功能电路的特点和适用性，并学会实际放大电路的应用设计。

⑦根据本章所学放大电路内容，合理选用和设计你们的项目中的放大电路。

本单元学习目标包含知识、原理、概念的掌握，电路分析、设计能力的培养，实际工程思维和高阶能力的培养，以及联合了信号放大单元、信号滤波单元、调制解调单元的综合测控系统案例的高阶整合能力、挑战性的培养、以及专业精神和爱国情怀的养成。

本单元目标与课程目标相互呼应，符合课程专业定位和课程目标要求。

五、课程资源使用的资源包括本教学团队自建的课程资源库，以及国家级精品课程、国家一流本科课程等优质MOOC资源，具体如下：1.引用的平台线上视频学习资源：①学堂在线MOOC “测控电路”：第二章信号放大电路②学堂云校内平台自建资源：2.2 集成运放——理想的丰满与现实的骨感2.7 其他功能的放大电路选学内容：运放振荡的烦恼与救星学生微视频-差动放大技术-反卷大队学生微视频-高共模抑制比放大技术-风驰组（英文）③智慧树MOOC“生物医学电子学”：第一章从实验到运放参数的理解3.2基于运算放大器的反相放大器3.3基于运算放大器的同相放大器3.4基于运算放大器的仪用放大器④天津大学“测控电路”国家精品课程视频：第二章信号放大电路2.自建的课程资源库（自制PPT、参考资料、仿真资源、课程项目设计和制作等其它电子资料）：六、智慧教学支持混合式教学过程中所涉及的信息技术应用与学习支持软硬件智慧教学条件有：1. 慕课平台：学堂在线、学堂云、智慧树；2. 智慧教学工具：雨课堂；3. 校内综合教学平台。

七、教学过程与实施方法本课程单元“信号放大电路”的混合式教学的实施过程与方案如图1所示。

在课程开始前先建立学生期望，每位同学写出自己的目标成绩，以此激励学生表现地更好。

在项目进展的放大模块的设计任务需求的驱动下，学习本章知识、锻炼相应能力，通过课前线上自主学习、课堂活动、课后提高、效果反馈的多元环节，获得合理的评价和自我满足。

课前线上自主学习环节通过在雨课堂平台发布课前学习导引任务单，来引导学生自主学习，帮助学生明确单元学习目标、需学习的内容、了解课堂内容和形式、以及自我检验和提出疑问。

课前学习导引任务单采用了手机PPT的方式发布，进一步方便学生查看。

本课程单元的课前学习导引任务单如图2所示，它指引了线上视频学习、习题测试、课后讨论题、线上讨论区的发帖提问和回帖等所有线上任务。

图1 混合式教学的实施过程与方案图2“信号放大电路”课程单元的课前学习导引图3 “信号放大电路”单元的课堂设计组织图4 同伴教学实施方式图5 学生对同伴教学的评价反馈本课程单元“信号放大电路”的课堂设计组织如图3所示，课堂设计由浅入深，层层递进、从基础知识问题到实际应用到高阶拓展到综合案例，构成“信号放大电路”单元培养目标指导下的完整教学设计闭环。

主要教学活动包括同伴教学、每日一练、课前进阶小测、探究问题层次讨论和仿真实战、进阶实际电路问题讨论、结合优势双创的应用电路设计、高阶思维拓展锻炼、综合案例研讨与课程思政、引入科研成果高阶性拓延等环节。

本课程探索了“同伴教学”方法，实施方式如图4所示，该方法可引导学生关注课前学习，巩固课堂学习，同时促进学生合作能力、制作教学视频、课堂教学能力、表达能力、自信的人格塑造等多方面才能的培养。

相关的学生评价反馈如图5所示。

在前半学期的每次课堂教学中，会进行一项锻炼学生分析电路能力的“每日一练”环节，因为分析电路的能力是测控电路课程中必须要掌握的能力，是课程目标中的三大能力之一，只有会分析已有电路才会设计自己的电路。