赛事引导的信号与电路实验教学探索与实践

摘要：信号与电路实验是增强学生工程思维、创新能力和实践能力的重要支撑。为进一步满足新工科及产学研创一体化人才培养模式需要，以赛事引导为核心，以小组合作、学科竞赛、跨学科交叉实践为主要手段，开展了教学改革探索及实践。围绕内容设计、考核体系，对课程在教学内容、思政引导、评价方法等方面的具体改革举措进行阐述。实践表明，教学改革取得了显著效果，有效促进了学生在多学科和多课程知识交叉融合中的实践创新能力。

关键词：信号与电路实验；教学改革；混合教学；赛事驱动；课程思政

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）09-0143-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

信号与电路实验是我国高等院校电子信息类专业的基础课程，具有鲜明的理论验证、应用导向和技术实践特点[1]。就整个教学体系而言，信号与电路实验课程是电路分析、模拟电路、数字电路、信号与系统、电工电子技术等重要前置课程的相关理论验证应用以及学科知识体系构造的重要支撑。同时，该课程还起着引导和支撑微机电系统、高频电子线路、数字信号处理、传感器技术等后续课程的重要作用[2]，是培养学生科学思维、实践与创新能力的关键手段。

信号与电路实验课程要求学生在给定任务下进行问题分析、任务分解、文献查阅、电路设计、仿真验证和实测等工作。学生需在实验过程中对异常现象进行再调研和再设计，最终以规范的课程设计报告形式总结展示成果[3]。因此，课程引导、内容和考核形式在实验课程中对学生科学思维和能力的培养起着决定性作用，直接影响学生的思考方式和实践反馈。

然而，在面向未来科技和产业变革的新工科背景下，尤其是产学研人才教育新阶段，现有信号与电路实验课程教学中在知识衔接、课程有效性及思政引导方面仍存在不足[4]。因此，开展信号与电路实验教学改革研究及实践对满足新时期人才培养需求意义重大。

针对以上问题，课程组在原有前期理论课程教学及要求背景下，以智能车、电子设计、计算机软件编程等多个教育部重点赛事为主要载体，围绕“课堂拓展”“赛事驱动”核心指导，立足于苏州大学未来科学与工程学院“本科科研”及“跨学科”大环境，对信号与电路实验进行了针对性的复合式课程改革研究及实践工作（框架如图1所示） ，在进一步提高学生在教学过程主体参与及创造作用的同时充分发挥赛事及产业联动效应，起到了良好教学效果。

1 教学过程存在的问题

当前信号与电路基础实验承接电路分析、模拟电路和信号与系统等先导性基础课程，并引入数字信号处理和高频电子线路等进阶专业课程，对集成电路设计、机械电子工程和电子信息工程等专业学生的知识体系构建和能力培养具有重要作用[5]。然而，当前信号与电路实验课程存在实践性减弱和内容陈旧等问题，严重影响课程教学和学生培养效果，主要体现在以下几个方面。

1） 课程前置课程衔接问题。信号与电路实验旨在通过理论仿真和电路设计分析验证前置课程的理论知识，并通过合理的实验设计实现多个课程间的知识交汇，从而支撑知识体系的构建。但电工技术基础、信号与系统等前置课程存在缺位、延后等问题，使得学生缺乏必要的理论基础与实操能力。

2） 课程内容有效性低问题。多数高校的信号与电路实验仍采用传统的验证性实验，分别对稳态电路和线性系统进行教学。然而，这些验证性实验间前后关联性不强，相互间也没有围绕恰当统一的学习目标，导致学生无法做到多课程理论知识与实践操作的融会贯通，在繁杂的课程内容中迷失方向，不利于问题发现、思考、解决能力的培养。

3） 课程思政引导问题。在小康社会全面建成后，我国已全面进军第二个百年目标宏伟蓝图。值此百年未有之大变局，我国面临着复杂的国际形势，先后遭遇以美国为首的西方利益群里的技术封锁、经济打压、舆论战争及军事威胁等挑战。这就尤其需要各级教育机构，尤其高等院校，全面坚守立德树人根本任务，加强学生思政引导及教育。

2 赛事驱动教学导入及引领

根据相关专业培养目标和毕业要求，信号与电路实验课程的目标主要围绕基本理论知识、实验测试技术和科研思维习惯三个方面[6-7]，对电路和信号系统中涉及的基本理论及其实验验证相关部件、环节进行模拟分析及实验验证，并能够运用现代仿真软件与专业测试仪器完成调试测试，同时培养良好的问题发掘→ 假设→验证→反馈→解决的严肃认真科学思维，达到转变学生问题思维及培养科学解决问题能力目的。

除基本教学活动中的知识传授外，课程目标的达成还需尤其注意与马克思主义、辩证唯物主义思想的结合。可将信号与电路实验中所蕴含的课程思政元素与赛事驱动下的课程目标深入有机融合，同步实现知识传播、思政引导及产学教育目的。具体而言，可以充分挖掘最新的时政事件（如俄乌冲突、加沙战争等） 或科技发展时事（如华为通信设备、比亚迪新能源车技术等） 中的信号和控制技术水平。通过具体的无人机群体作战、弹/炮导航、5G通信和芯片等热点问题，引导学生思考课程内容与技术发展，了解当今复杂国际环境背景下的我国面临的压力与机遇，知道只有不断发展才能保护家园、守护革命成果，鼓励学生发奋学习、刻苦钻研，以扎实的专业技术回报社会、回报祖国。

课程目标是具体教学工作的达成标准，具有明确性、抽象性、概括性和可评估性等特点。因此，课程目标一方面要符合学生培养方案要求，同时也要与时俱进，不断融合创新，符合新工科背景下的人才培养需要[8-9]。另一方面，也要服务于具体引导出对于课程中相关信号调制、放大、传输及控制等内容，同时结合相关学科赛事，重点联系信号电路基础实验课程内容，对不同功能单元进行模块化、层次化介绍讲解，引导学生进行问题选择、任务分解、团队合作等，提高学生开展自主学习。具体体现为：

1） 实践动手能力目标。掌握信号与电路实验涉及直流电源、信号源、示波器、频谱分析仪等设备使用，会使用相关仪器进行电路系统的焊接及功率、幅频、相频及动态特性等参数测试测量。学会芯片电路等数据手册阅读，掌握电路板原理图阅读、绘制，能够完成简单印制电路板设计工作。

2） 知识能力目标。掌握电路和信号系统基本理论及其验证方法，了解相关技术发展历史及其在工程应用领域的主要作用与发展前景。掌握电路系统功能分解与模块化设计的基本步骤，并能够通过仿真与实测相互印证，对理论知识进行归纳。了解理想电路模型在实际应用中的限制，掌握耦合干扰、寄生电阻/ 容/感对电路性能影响的定性分析。

3） 素质及思政目标。引导学生对相关理论技术历史及现状展开思考，了解我国在技术领域遭受的艰难场景，引发学生辩证看待技术问题，培养其深度分析、不畏艰难、勇于攀登的科学家及工程师精神，建立严谨务实的思维素养，强化学生家国情怀与技术兴国使命感。

3 赛事驱动教学方法改革

在赛事引导与多课程交叉的背景下，课程开展初期，学生尚未建立系统性思考和应用的习惯，对相关课程内容的理解和感悟不足，难以快速融入较大实践课程内容。因此，在赛事引导课程交叉实践教学过程中，更要注重教师的主导作用，否则将导致学生激情与兴趣快速消退，产生厌学情绪，使得教学效果严重下降。

相较于传统教学模式，大量相似课程及部分产业化相关内容的加入，使得赛事引导课程交叉实践教学具有信息量更大、呈现方式更多种多样的特点。这在一方面可提高课程教学的灵活性，给予授课教师更大的施展空间，但同时也给授课技能带来了更大的考验和要求。

以某电子设计大赛中的经典扬声器初选赛题为例，其基本要求是通过仿真和调试等手段，设计并实现人类可听频段的线性放大系统，涉及线性系统评估、信号失真分析和功率放大电路等内容。可首先引入信号与系统，回顾线性系统定义及线性响应分析方法，实现对模拟电路等关键前置课程，重点引入线性系统、滤波器等内容，实现温度信息采集，回顾自然信息到电信号转换、奈奎斯特采样、电路幅频响应等概念或原理，开展“体温采集-防疫防护”等结合实际生活工作，增强学生参与感；然后建立数据缓存与存储，讲解存储器基本原理，探究不同类型存储优缺点，回顾金属氧化物场效应管基本原理并介绍其变形与应用，并科普SLC、MLC、TLC等固态硬盘存储原理；以“攒机避坑小能手”为主题激发学生对专业及课程兴趣；最后进行PCB设计制作，回顾放大电路、电压转换、动态反馈等电路知识，并开展个性化课堂比赛，激发学生成就感与荣誉感。如此以具体项目开展逻辑为主线，围绕课程教学目标与计划，结合多课程知识融合，着力具体生活现象或场景，充分调动学生积极性，极大提升教学效果。

课题组鼓励并积极参与学生参与TI杯电子设计竞赛、集成电路创新创业大赛、蓝桥杯等各种学科竞赛。近三年，课题组累计指导学科竞赛超30人次，获得电子设计大赛省级二等奖、集成电路创新创业大赛全国二等奖、机器人奥林匹克大赛全国三等奖，以及蓝桥杯省级奖项十余次、国家级奖项4次，极大提升学生综合能力。

4 赛事引领课程考核方式改革

课程考核是提升教学效果的重要手段，贯穿整个教学过程。以2023年春季学习为例，按照培养计划要求，结合教学目标及内容，改变了传统简单实验报告方式，转而开展了半开放、全开放自拟题目综合课程设计考核。课程教学开展过程中，更多地利用学生自我探索、教师干预矫正、学生团队合作的方式，以信号与电路实验基本课程内容为核心，探索电子设计竞赛等学科竞赛中综合性研究及技术问题。最终以验证性实验报告、综合设计实验、期末团队汇报为主体，以团队成绩与个人贡献为标准综合决定学生分数，全面开展合作模式下的多维度考评研究与实践。

5 结束语

赛事引导的信号与电路实验教学方法探索与实践立足于产学研结合与多学科交叉，利用学科竞赛作为学生学习的驱动力和实践课程的指导，同时积极融入思政教学元素，建立合作模式下的多维度考核方式。这些措施切实提高了信号电路实践教学的效率，增强了学生的学习主动性和效果，为学院和学校的实践教学模式改革提供了经验和借鉴，有效支撑了课程和学科建设。教学组进行了信号与电路基础及数字信号处理课程的教学改革实验。实践表明，这一改革有效促进了课程教学过程，显著提高了学生的上课积极性、知识掌握和动手能力。