1. 引言
数字电子技术与模拟电子技术是电子信息、自动化、计算机等工科专业奠基性的核心课程群，二者犹如电子工程领域的“双翼”，共同支撑着学生对电子系统从“信号产生–处理–传输–控制”全流程的认知与实践。从学科价值看，数电的逻辑抽象与模电的物理具象，构成了电子技术知识体系的基本维度，是学生理解集成电路原理、掌握硬件开发技能的“入门密钥”；从工程应用看，小到智能手环的信号处理，大到航天器的电子系统，无不依赖数电与模电技术的深度融合，其教学质量直接关乎工程人才的硬件创新能力与实践素养培养。
当前，数电与模电课程教学正面临“学生畏学、教师困教”的双重挑战。学生因课程概念抽象(如模电的晶体管特性、数电的时序逻辑)、知识关联度高，常陷入“原理理解碎片化、实践操作盲目化”的学习困境；教师则受限于传统教学模式、资源条件与产业发展的脱节，难以实现“理论深度”与“工程广度”的平衡，教学效果与行业对复合型电子人才的需求形成明显落差。
2. 国内外研究现状
2.1. 国内外研究现状综述
1) 从国际研究来看，欧美高校在电子技术课程教学改革中较早践行“工程化导向”，如美国麻省理工学院(MIT)的“项目式学习(PBL)”模式，将数电模电知识融入真实工程项目设计，强调学生自主探究与跨学科协作；德国应用科学大学则依托“双元制”教育体系，通过企业深度参与课程设置与实践教学，实现教学内容与岗位需求的精准对接。这些研究为课程实践环节的优化提供了重要参考，但受教育体制差异影响，其“双元制”模式难以直接适用于我国高校的教学场景。
2) 国内方面，相关研究多聚焦于单一维度的改革探索：在教学方法上，部分学者提出“翻转课堂”“虚拟仿真教学”等模式，试图提升学生学习主动性，但缺乏与产业前沿技术的深度结合；在师资建设上，虽有院校尝试“校企合作”，但多停留在短期讲座、企业参观等浅层合作，未形成稳定的协同育人机制；在考核体系上，部分改革尝试增加过程性评价权重，但评价指标仍侧重知识记忆与简单操作，对工程思维与创新能力的评估缺乏科学方法。总体而言，现有研究尚未形成涵盖师资、内容、考核、资源的系统性改革方案，难以全面破解“教产脱节、学生畏学”的核心困境。
2.2. 本研究的理论支撑与创新点
1) 本研究以建构主义学习理论为核心支撑，该理论强调学习是学习者在特定情境中通过主动探究、意义建构形成知识体系的过程。基于此，改革方案通过“项目驱动”“数模协同案例教学”等设计，为学生创设真实工程情境，引导其在实践中主动整合理论知识；同时，结合多元智能理论，针对学生基础差异与学习能力分化问题，构建个性化教学与评价体系，实现“因材施教”。
2) 本研究的创新点主要体现在三方面：一是构建“四位一体”系统性改革框架，突破现有研究单一维度优化的局限，实现师资、内容、考核、资源的协同联动；二是深化校企融合深度，建立“双聘双培”长效机制，将企业认证标准与真实研发项目全面融入教学全过程，解决教产脱节问题；三是创新“数模协同”教学模式，开发跨课程案例与实验平台，打破两门课程的教学壁垒，培养学生系统设计能力。
3. 数电与模电课程教学现状分析
3.1. 不同类型院校/专业的教学要求差异
1) 在电子信息类核心专业中，数电与模电教学要求呈现“精深化、工程化”特点。数电需深入覆盖FPGA系统设计、硬件描述语言工程化应用，模电则聚焦高速模拟电路、电源管理等专业领域，实验教学占比超总学时的45%，且要求学生能独立完成从“电路设计–PCB制作–系统调试”的全流程工程实践。
2) 在非电子类交叉专业中，数电与模电教学更侧重“工具化、应用型”导向。数电以数字逻辑基础、简单数字系统应用为核心，模电聚焦信号放大、滤波等通用功能电路，教学内容广度优先于深度，实验环节以验证性、综合性实验为主，旨在让学生掌握电子技术的基本应用工具，满足其专业领域对电子知识的交叉需求[1]。
3.2. 现有教学模式的共性问题
1) 教学内容与产业发展脱节：数电教学仍以传统的TTL/CMOS器件、经典时序电路为主，对FPGA、SoC等产业主流技术的融入不足；模电教学聚焦基础放大、滤波电路，对高速、低功耗模拟电路设计等前沿方向涉及较少，学生所学知识与企业实际岗位需求存在“代差”。
2) 教学方法重“讲授”轻“探究”：课堂教学以教师“单向灌输”为主，数电的逻辑代数推演、模电的电路参数计算多停留在理论层面；实验教学虽有开展，但“照方抓药”式的验证性实验占比超70%，缺乏从“需求分析–方案设计–硬件实现–性能优化”的全流程工程训练，学生的主动探究与创新设计能力难以得到有效培养。
3) 考核评价重“结果”轻“过程”：课程成绩主要由期末笔试(占比60%~75%)和实验报告(占比20%~30%)构成，评价维度集中于理论知识记忆与简单操作规范，对学生的电路设计能力、团队协作能力、问题解决能力等过程性素养缺乏科学且全面的评估，难以客观反映学生的综合工程素质[2]。
4. 数电与模电教学现存问题剖析
4.1. 教师层面：师资结构与实践能力的双重短板
部分院校存在师资数量与结构失衡问题，青年教师占比过高且缺乏系统培训，导致教学经验不足；同时，具备数电与模电跨领域教学能力的复合型教师稀缺，难以实现两门课程的协同教学设计。此外，教师工程实践能力与产业脱节现象普遍，多数教师从高校毕业后直接进入教学岗位，缺乏企业研发、项目实战经历，对FPGA高端开发、混合信号电路设计等产业前沿技术的掌握不足，难以在教学中融入真实工程案例与行业发展动态，削弱了教学的工程性与前瞻性[3]。
4.2. 学生层面：基础差异、学习动力与工程思维的多重不足
1) 数理基础与学习能力分化：数电的逻辑运算、模电的微积分分析对数理基础要求较高，部分学生因高等数学、大学物理知识掌握不扎实，在理解半导体器件伏安特性、负反馈放大电路放大倍数的分析计算、组合逻辑电路的设计分析、时序电路时序分析等内容时存在明显障碍；同时，学生学习能力差异显著，传统“一刀切”的教学模式难以兼顾不同层次学生的学习需求。
2) 学习主动性与目标感缺失：课程理论内容的抽象性易使学生感到枯燥无趣，产生抵触心理和畏难情绪，且其多数学生满足于课堂被动接受知识，对学习到的知识只停留在浅层的理论层面，缺乏主动深入探究电路原理、拓展学习新型电子技术的内在动力，对“数电模电知识在专业领域有何用”的工程价值认知模糊，学习行为呈现“应试化”倾向。
3) 工程思维与系统设计能力薄弱：学生习惯从理论到理论的推导，缺乏“需求定义–技术选型–电路设计–系统集成”的工程思维闭环，在面对综合性电子系统设计任务时，常因无法将数电与模电知识融会贯通、转化为实际方案而陷入技术困境。
4.3. 教学资源层面：实验条件与线上资源的建设利用瓶颈
1) 实验设备方面：部分院校实验仪器更新滞后，数电实验仍以传统逻辑芯片为主，缺乏FPGA开发板、高速示波器等先进设备；模电实验设备精度低、功能单一，难以开展高频小信号放大、开关电源设计等前沿实验，限制了学生对产业主流技术的实践体验。同时，数电与模电实验设备各自独立，缺乏“数模混合”实验平台，难以支撑二者协同的系统级实验教学。
2) 线上资源方面：虽有MOOC、智慧云校园、虚拟仿真平台等线上资源，但存在“资源碎片化、应用形式化”问题。优质教学资源(如精品课程、工程案例库)缺乏系统性整合，学生自主学习时易陷入“资源过载却无有效指引”的困境；线上资源的互动性与反馈机制不足，难以实现“线上理论预习–线下实验操作–线上线下答疑研讨”的闭环教学，资源利用率与教学效益偏低[4]。
那么如何面对当前数电与模电教学面临“学生畏学、教师困教”的双重困境，教学内容与企业脱节、教学方法固化、考核体系单一、师资与资源支撑不足等问题突出，则成了当下急需解决的事情。为破解上述遇到的问题，本方案从师资建设、教学内容与方法革新、考核评价优化、教学资源升级四大维度，提出系统性改进策略，旨在实现“理论与实践融合、教学与产业同步、能力与素养并重”的教学目标，为电子类专业人才培养提供有力支撑，助力解决“卡脖子”技术领域的人才短板困境，实现科技自立自强与经济高质量发展的战略目标。
5. 师资队伍建设改进方案
5.1. 优化师资结构，弥补复合型人才缺口
1) 建立“校企双聘”机制：与电子信息领域龙头企业(如华为、中兴、中国移动、中芯国际等)合作，聘请企业资深工程师担任兼职教师，参与课程设计、实验指导与项目评审，每学期至少开展4次行业技术讲座，将FPGA高端开发、智能模拟系统与数模融合设计、异构集成与系统级设计等产业前沿技术引入课堂。
2) 实施校内教师“跨学科培养计划”：组织数电与模电教师定期开展跨课程教研活动，每学期联合开发12个“数模协同”教学案例(如温度监控系统设计、智能传感器信号处理系统、北斗卫星测控信号ADC采集系统设计等)；鼓励教师参与跨领域培训(如FPGA工程师认证、电子高级工程师认证、高速模拟电路设计培训)，制定短期目标，如3年内实现80%以上教师具备数电与模电交叉教学能力[5]。
5.2. 强化工程实践能力，缩小教企差距
1) 推行教师“企业实践研修制度”：如要求45岁以下青年教师每3年需到合作企业开展不少于6个月的顶岗实践，参与企业真实研发项目(如SiC/GaN器件应用、模拟电源管理模块设计、数字信号处理算法实现)，实践成果需转化为12个课堂教学案例，纳入课程资源库。
2) 搭建“教师科研与教学融合平台”：支持教师将自身在数电模电领域的科研项目(如低功耗集成电路设计、嵌入式系统开发)拆解为适合学生的小型课题，引导学生参与科研实践，既提升教师工程应用能力，又培养学生科研思维[6]。
6. 教学内容与方法革新方案
6.1. 重构教学内容体系，实现“教企同步”
1) 核心专业内容升级：如数电课程减少传统TTL/CMOS器件教学占比(从40%降至20%)，新增FPGA系统设计(占30%)、硬件描述语言(Verilog/VHDL)工程化应用(占25%)；模电课程弱化基础放大电路重复讲解(从35%降至20%)，增加高速模拟电路(占25%)、电源管理技术(占20%)、混合信号电路设计(占15%)，确保内容与企业岗位需求匹配[7]。
2) 交叉专业内容优化：数电以“数字逻辑工具化”为导向，聚焦简单数字系统(如计时器、触发器、报警器)的应用与调试(占60%)；模电以“信号处理实用性”为核心，强化放大、滤波电路的工程选型与故障排查(占65%)，配套行业案例(如智能手环信号采集、智能家居控制模块)，提升教学内容的实用性。
6.2. 创新教学方法，激发“探究式学习”
1) 课堂教学“翻转化”：如采用“线上预习 + 线下研讨”模式，课前通过MOOC推送核心理论(如时序逻辑分析、晶体管伏安特性)，课中以“项目驱动”开展研讨——例如围绕“智能温湿度监测系统”，引导学生分组设计数电控制模块(如单片机接口)与模电信号采集模块(如传感器放大电路)，教师仅作难点点拨(占课堂时间30%)，学生自主探究占比70%。
2) 实验教学“工程化”：如将验证性实验占比从70%降至30%，新增“设计性 + 综合性”实验(占70%)。设计性实验要求学生独立完成“需求分析–方案设计–PCB制作–系统调试”全流程(如基于FPGA的数字闹钟设计)；综合性实验聚焦“数模协同”，如“小型直流稳压电源 + 数字显示系统”设计，培养学生系统集成能力。实验过程中引入“企业评审标准”，要求提交设计报告与调试日志，模拟真实工程场景。
7. 考核评价体系优化方案
7.1. 构建“过程 + 结果”双维度评价框架
1) 调整成绩构成：如将期末笔试占比从60%降至40%，实验环节占比从20%提升至35%，新增“过程性表现”(占25%)，包括课堂研讨参与度、项目设计进度、团队协作贡献等，全面评估学生综合能力。
2) 细化评价指标：笔试内容减少理论记忆题(占30%)，增加工程应用分析题(占70%)，如“基于模电知识设计低噪声音频放大电路并分析性能指标”“基于数电知识优化时序电路以解决竞争冒险问题”；实验评价从“操作规范”(占30%)、“设计创新性”(占30%)、“问题解决能力”(占40%)三个维度评分，例如评估学生在电路调试中是否能自主调整优化参数并解决白噪声干扰、时序不匹配等问题；过程评价通过课堂签到、小组汇报评分、项目阶段性检查等方式记录，确保评价客观可追溯。
7.2. 引入“多元评价主体”
1) 邀请企业兼职教师参与实验项目评审与期末答辩，从行业实际需求角度评价学生设计方案的可行性与实用性；推行“学生互评”，在小组项目中要求成员依据贡献度打分，培养学生的团队协作与责任意识，最终成绩由“教师评价(60%) + 企业评价(25%) + 学生互评(15%)”构成[7]。
8. 教学资源升级方案
8.1. 升级实验设备，搭建“数模协同”平台
1) 更新基础实验设备：数电实验淘汰传统逻辑芯片，配备FPGA开发板(如Xilinx Artix7)、逻辑分析仪各40套；模电实验新增高速示波器(带宽 ≥ 100 MHz)、高精度信号发生器各30套，支持高频小信号放大、开关电源设计等前沿实验，满足核心专业教学需求。
2) 构建“数模混合”实验平台：整合数电与模电设备，搭建10个“数模协同”实验工位，配套智能传感器(如温湿度、光敏传感器)、嵌入式处理器(如STM32单片机)，支持“传感器信号采集(模电)–数字信号处理(数电)–结果显示与控制(数模协同)”全流程实验，如“智能交通灯控制系统”“环境监测终端设计”。
8.2. 整合线上资源，构建“闭环教学”体系
1) 建设“系统化资源库”：整合优质MOOC (如学堂在线“数字电子技术”)、学习运用虚拟仿真软件(如Multisim、嘉立创EDA、eLabsim等)、虚拟仿真实验(如“模电电路故障诊断仿真”)、企业案例(如华为“5G基站电源设计”)，按“理论预习–实验指导–课后拓展”分类，嵌入课程学习平台，每个知识点配套1个视频讲解 + 1个练习题 + 1个工程案例，避免资源碎片化。
2) 强化“互动与反馈机制”：在学习平台设置“在线答疑区”，教师尽可能在24小时内回复学生问题；新增“虚拟实验互评”功能，学生完成虚拟仿真实验后，可查看其他同学的设计方案并进行互评，教师结合互评结果进行点评；每章节结束后推送“个性化学习报告”，基于学生答题与实验数据，指出薄弱环节并推荐补充资源，实现“线上线下”教学闭环。
本改进设计方案从师资、教学、考核、资源四大核心维度出发，针对数电与模电教学现存的“教产脱节、学生畏学、评价单一、资源不足”等问题，提出了可落地的解决策略。通过优化师资结构、革新教学内容与方法、完善考核体系、升级教学资源，有望打破“学生畏学、教师困教”的困境，提升课程教学质量，培养具备扎实理论基础、较强工程实践能力与创新思维的电子类专业人才，为电子信息产业发展提供有力的人才支撑，为实现科教兴国战略、人才强国战略赋能。可参考本教改设计方案后续结合院校实际情况，分阶段推进方案实施，并通过教学反馈持续优化，确保方案的有效性与适应性。
9. 改革方案实施效果分析
(一) 学生学习成效
评价维度 |
改革前 |
改革后 |
变化幅度 |
课程成绩分布 |
及格率75% |
及格率92% |
+17% |
学生参与度 |
课堂互动率40% |
课堂互动率85% |
+45% |
考核方式 |
笔试100% |
笔试70% + PBL20% + 平时10% |
—— |
学生满意度 |
72% |
94% |
22% |
(二) 竞赛获奖成效
年份 |
全国一等奖 |
全国二等奖 |
省一等奖 |
省二等奖 |
省三等奖 |
成功参赛奖 |
纪念奖 |
2025 |
4 |
8 |
10 |
6 |
5 |
13 |
9 |
2024 |
2 |
5 |
6 |
4 |
5 |
6 |
5 |
累计 |
6 |
13 |
16 |
10 |
10 |
19 |
14 |
(三) 教学反馈
指标 |
改革前 |
改革后 |
提升幅度 |
动手能力评分(满分100) |
60 |
84 |
40% |
教学满意度(%) |
75 |
90 |
15% |
实验参与率(%) |
70 |
95 |
25% |
就业率(%) |
80 |
95 |
15% |
(四) 资源建设成果
资源类型 |
数据 |
数电微课数量 |
81个(国家智慧教育平台) |
微课总时长 |
650分钟 |
在线习题数 |
280道 |
实验设备更新投入 |
超500万 |
实验设备完好率 |
99%以上 |
在线资源月访问量 |
10万+次 |
(五) 实验教学成效
实验指标 |
改革前 |
改革后 |
提升幅度 |
实验参与率 |
70% |
95% |
25% |
实验成功率 |
65% |
98% |
33% |
虚拟实验平台使用率 |
30% |
80% |
50% |
10. 讨论
10.1. 改革成功的关键因素
1) 校企协同机制的深度落地：“校企双聘”“企业实践研修”等制度打破了高校与产业的壁垒，使企业资源全面融入教学各环节，既弥补了教师工程实践能力的不足，又确保了教学内容与岗位需求的同步，为改革提供了核心支撑。
2) 学生主体地位的充分凸显：基于建构主义理论的“翻转课堂”“项目驱动教学”，将学习主动权交还给学生，通过真实工程任务激发其探究兴趣，有效破解了“学生畏学”的困境，实现了从“被动接受”到“主动建构”的学习转变。
3) 资源与考核的协同保障：实验设备的升级与线上资源的系统化整合，为实践教学提供了硬件支撑；而“过程 + 结果”的多元考核体系，则引导学生重视能力培养而非单纯的理论记忆，形成了“学–练–评”的闭环。
10.2. 实施的边界条件
1) 资金投入要求：改革需较大规模的硬件升级与资源建设资金，实验设备更新投入超500万，对于经费紧张的院校而言，难以快速复制全套方案。
2) 政策支持依赖：“校企双聘”“教师企业研修”等机制的落地，需要教育主管部门与企业的政策协同，如企业参与教学的激励政策、教师实践期间的待遇保障等，否则难以形成长效机制。
3) 师资基础门槛：改革对教师的跨学科能力与工程素养要求较高，若院校青年教师占比过高且缺乏系统培训，短期内难以达到改革所需的师资条件。
10.3. 研究的局限性
1) 样本范围有限：本研究基于单一院校的教学实践，不同类型院校(如高职、民办本科)的教学基础存在差异，改革方案的普适性需进一步验证。
2) 长期效果未充分跟踪：目前成效数据主要来自短期(1~2年)跟踪，学生毕业后在行业内的长期发展表现(如职业晋升、技术创新成果)尚未纳入评估，难以全面衡量改革的长远影响。
3) 评价指标的完善空间：虽构建了多元考核体系，但对学生创新思维、跨学科协作能力等核心素养的评估仍需更精准的量化指标，当前评价仍存在一定主观性。
10.4. 推广应用的挑战
1) 区域资源差异：中西部地区电子信息产业资源相对薄弱，校企合作的深度与广度难以达到东部发达地区水平，如何在产业资源匮乏地区落地改革方案，是推广面临的主要挑战。
2) 教师适应成本：传统教学模式下的教师需重新学习前沿技术与新型教学方法，适应成本较高，可能出现抵触情绪，影响改革推进效率。
3) 教学管理适配：改革后的“个性化教学”“项目式学习”对教学管理模式提出更高要求，如课程安排灵活性、学生成绩管理复杂度等，需配套的管理机制改革作为支撑。
11. 结论与展望
11.1. 改革方案有效性总结
数电与模电教学改革方案通过师资、教学、考核、资源四大维度的系统性优化，有效破解了“学生畏学、教师困教”的核心困境，教学成效显著。在学生学习层面，课程及格率从75%提升至92%，课堂互动率增长45%，学生满意度达94%，动手能力评分提高40%，且竞赛获奖数量逐年攀升，2025年全国一等奖数量较2024年翻倍，充分证明学生的理论掌握、实践能力与创新思维得到全面提升。在教学质量层面，教学内容与产业需求实现同步，FPGA、高速模拟电路等前沿技术融入课堂；考核体系从“重结果”转向“过程与结果并重”，企业与学生共同参与评价，更客观反映综合能力；实验设备投入超500万，“数模协同”平台建成，实验参与率、成功率分别提升25%、33%，资源支撑能力大幅增强。从就业端看，学生就业率从80%升至95%，进一步验证改革培养的人才符合行业需求，为电子信息领域输送了具备工程素养的优质人才。
11.2. 后续优化方向
1) 深化虚拟仿真实验应用：当前虚拟实验平台使用率虽从30%提升至80%，但仍存在场景覆盖不足、交互深度有限的问题。后续需扩大仿真场景范围，针对数电的FPGA复杂系统设计、模电的高频信号处理等难以实体开展的实验，开发高保真虚拟项目，如“5G基站数模混合信号处理仿真”“航天器电源系统故障诊断虚拟实验”。同时，增加虚拟实验的协作功能，支持多学生在线共同完成系统级设计任务，模拟企业真实研发场景，进一步弥补实体实验在高危、高成本、高复杂度项目上的局限。
2) 推进校企联合教学深度融合：现有“校企双聘”“企业实践研修”机制虽已落地，但合作仍停留在课程参与、案例引入层面。后续需构建“校企协同育人共同体”，与龙头企业共同制定人才培养方案，将企业认证标准(如FPGA工程师认证、电子高级工程师认证)融入课程目标；联合开发“企业真实项目库”，让学生直接参与企业的小型研发任务，如智能传感器模块设计、低功耗电源开发，项目成果纳入课程考核。此外，建立教师与企业工程师的“结对培养”机制，定期开展技术研讨，确保教师持续掌握产业最新动态，实现教学与行业发展的无缝衔接。
3) 优化线上资源与个性化教学：目前线上资源虽已整合MOOC、虚拟仿真等内容，但个性化指导不足。后续需基于学习平台数据，为学生生成“个性化学习画像”，根据数理基础、学习进度差异，自动推送适配的预习视频、练习题与拓展案例，如为基础薄弱学生推送模电晶体管特性的简化讲解，为能力较强学生推荐SoC系统设计的进阶资源。同时，强化线上互动功能，增加“一对一在线答疑”“小组线上研讨室”模块，缩短教师反馈周期，实现“精准推送–实时互动–效果跟踪”的闭环个性化教学。
4) 探索跨学科教学融合路径：数电与模电作为电子信息领域的基础课程，与人工智能、物联网等新兴领域的交叉需求日益凸显。后续可联合计算机、自动化等专业，开发跨学科教学模块，如“基于AI算法的模电信号降噪系统设计”“物联网终端的数模协同控制模块开发”，引导学生将数电模电知识与其他专业技术结合，培养跨领域解决复杂工程问题的能力。同时，组织跨专业联合竞赛，如“智能物联网设备设计大赛”，进一步打破学科壁垒，提升学生的系统思维与综合创新能力。
基金项目
本文系湖南省教育厅重点教改项目“‘双一流’背景下应用型高校电子信息类专业群建设研究与实践”(项目编号：HNJG-2022-0276)，怀化学院——国家级一流专业建设点“通信工程”专业建设阶段性成果。
NOTES
*通讯作者。