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王宇，房建东，王艳荣，王莉莉
（1.内蒙古工业大学 信息工程学院，内蒙古呼和浩特 010080；
2.内蒙古工业大学 电力学院，内蒙古呼和浩特 010080）
应用电子技术创新实验遵从工程认证标准[1]，倡导了三个基本理念，分别为“以学生为中心”的教育理念、“产出导向”的教育体系、“持续改进”的质量观[2]。随着教学质量的不断提高，教育理念的不断更新，培养学生创新能力的方式逐渐多样化[3]。应用电子技术创新实验制定实际应用项目，充分利用优势资源制订学生创新训练计划，培养学生创新能力，激发学生学习兴趣，培养学生主动思考、开拓创新的意识[4]。
随着教学实践过程的不断深入，学生对抽象逻辑命题产生理解偏差，导致后续工作进展缓慢，生产实践教学与理论教学结合不够紧密，影响学生创新能力的培养[5]。而且学生实践时间较短，加之新冠肺炎疫情防控影响，线下教学转为线上教学，教学效果受到影响，进而影响了学生创新能力培养的质量[6]。针对以上问题，提出了植入状态机抽象逻辑虚拟仿真机制，结合四次过程阶段自评，进行教学的持续改革。虚拟仿真机制以抽象逻辑命题为基础，强化学生对选题项目的认知理解，培养学生的创新思维，提高学生的创新实践能力。组建团队和凝练创意[7]，采用团队阶段自评是让学生对每个阶段自己在团队内的贡献率进行打分，将其作为间接评价，其目的在于可以全面、客观、真实地反映团队的分工情况以及工作量分布情况，力求体现出最真实的分工状态，使评价减少不必要的误差。
应用电子技术创新实验以OBE理念为核心[8,9]，实行翻转课堂[10]，培养学生运用电子技术基础知识，增强逻辑思维能力，提高创新意识。课程在持续改进中，坚持以学为中心，强化学生对技术基础知识的认知理解，打破惯性思维，提高应用技术创新实践能力[11,12]。创新实验课程以翻转课堂的形式进行授课指导，按照课程目标为分四次答辩，答辩内容分别对应四个课程目标的内容，并制定了相对应的评分细则。具体对应关系如图1所示。
图1 对应关系图
虚拟仿真机制可以作为一种逻辑抽象的学习工具，帮助学生进行思维抽象。将选题中的实际问题逐一抽象为运用应用电子技术可以解决的专业问题，能够强化学生对选题项目的认知理解，培养学生的创新思维[13]，为提高学生的学习效率与仿真实测的可靠性奠定了基础。
2.1 状态机抽象逻辑虚拟仿真机制包含的内容
状态机抽象逻辑虚拟仿真机制通过学生自主定义状态转换真值表，然后自动生成状态转换图和时序波形图，一步一步地引导学生进行抽象逻辑命题解译。具体过程如图2所示。
图2 状态机抽象逻辑虚拟仿真工作过程图示
状态机抽象逻辑虚拟仿真机制的工作流程如下：
（1）根据自己组内所选的题目，针对实际问题明确输入、输出以及中间的状态量。
（2）将输入、中间的状态量、输出对应到虚拟仿真机制的定义状态转换真值表中。点击添加一行按钮可以将对应数据进行填充。点击编译表格数据，可以得到输入、状态量、输出的对应数值。
（3）点击生成状态转换图，便可得到状态转换真值表对应的状态转换图。
（4）在状态转换图下方文本框内输入对状态转换图的解译文字，进行内容的解译。
（5）点击生成时序波形图，便可得到状态转换图对应的时序波形图。
（6）在时序波形图下方文本框内输入对状态转换时序波形图的解译文字，进行相关内容的解译。
（7）最后可以导出内容，作为解译部分的参考内容。
2.2 教学成效分析
通过学生答辩分析的结果可以得出使用虚拟仿真辅助工具是必要的，学生通过对项目分析，列出真值表，然后对编码进行解译，解译出各个编码所代表的实际项目含义。然后自动生成状态转换图，可以自查状态机的类型。以某一小组的答辩展示为例，该小组很好地运用了虚拟仿真工具进行逻辑抽象，将不同的编码对应了不同的位置信息，并将最终结果以视频方式展示出来。具体虚拟仿真机制成效图如图3所示。经调查问卷可以了解到学生对虚拟仿真工具的评价，主要是可以加深自己对学过的理论知识的理解，可以轻松地将逻辑进行抽象，有助于解决设计和分析问题。
图3 虚拟仿真机制成效图
团队自评是采用小组为单位的方式，满分100分，对组内成员进行分数分配。由于组内成员的人数不固定，所以分得的分数就会有偏差。为了避免偏差，造成不必要的影响，设定了如（1）所示的公式纠正偏差。
其中，e为总的自评成绩，e1为第一阶段的自评成绩，e2为第二阶段的自评成绩，e3为第三阶段的自评成绩，e4为第四阶段的自评成绩，n为组内成员数，c为过程成绩，过程成绩包括答辩成绩、设计成绩、报告成绩、仿真成绩。其中自评成绩效果展示如图4所示。
图4 自评成绩效果展示
3.1 教学改革实践案例
为了验证状态机抽象逻辑虚拟仿真工具的必要性，对比了引入机制前后2019级、2020级两届选课学生的过程考核数据。主要从逻辑抽象达成度、方案论证达成度、设计原理达成度、实验测试达成度进行对比分析，如图5阶段达成度对比图所示。由图5(a)可以看出，引入机制后的2020级选课学生的逻辑抽象环节明显比引入机制前的2019级选课学生的逻辑抽象环节有了很大的提高。由此可得，状态机抽象逻辑虚拟仿真工具在逻辑抽象环节起到了重要作用。由图5(b)可以看出，2020级选课学生的方案论证达成度比2019级选课学生的方案论证达成度低。通过分析，得出原因主要有疫情原因线下教学转为线上教学，学生不适应并且加上学生自控能力差，效果就会下降，又由于各种技术因素，如网络信号不好和非技术因素，错过教师强调的重点内容，导致达成度不理想。由图5（b）、图5（c）可以看出，2020级选课学生与2019级选课学生的设计原理达成度和实验测试达成度均较高，说明学生对仿真实验内容和步骤清晰明了，实验现象及数据记录准确，实验测试结果分析清楚并且逐渐适应了线上授课的教学方式。
图5 阶段达成度对比图
3.2 持续改革方案
3.2.1 课程教学改革方向
以课程目标为导向，以激发学生的兴趣爱好为出发点，融入创新教学设计，实行翻转课堂，让学生由被动获取改为主动接受知识。依据课程目标的培养方案，自主调整过程评价考核指标，培养学生各方面的技能，推动教学持续改进。
3.2.2 间接评价改革方向
间接评价的目的是可以全面、客观、真实地反映团队的分工情况以及工作量分布情况，为了拉大团队成员自评成绩的差距，可以适当调整公式参数或者修改成为一个更合适的公式，力求体现出最真实的分工状态，使评价减少不必要的误差。
3.2.3 实践教学改革方向
将课程与实践环节相融合，形成创新能力拓展教学体系[14]。完善虚拟仿真工具的功能和性能，降低学生使用的难度。有助于学生快速进入项目研究，进行逻辑抽象、方案论证、设计原理、实验测试各项环节。
应用电子技术创新实验与传统的创新培养方式不同，该体系以课程目标为导向，以激发学生的兴趣爱好为出发点，以培养创新实践综合应用能力为主线。通过植入状态机抽象逻辑虚拟仿真机制的全新思路进行教学的持续改革。虚拟仿真机制以抽象逻辑命题为基础，强化学生对选题项目的认知理解，培养学生的创新思维，提高学生的创新实践能力。针对出现的问题提出新的改革方向，不断探索适合专业人才培养与发展的教学持续改革路径。
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