摘要: 协同育人要求校企合作在应用型本科院校中培养应用型本科人才以适应社会经济需要，如何将其贯彻到课程教学改革中是协同育人的重要一环。本文以电子技术课程改革为例探讨这一问题。电子技术的课程内容分为成熟技术发展和未来技术趋势两部分。成熟技术发展是已经确定的、不可改变的，其协同育人的常见方式是参加企业的实践环节。未来技术趋势要以产业发展的实际趋势为核心构筑课程内容，常见的做法是利用各种资源开展前沿讲座。不管针对成熟技术的企业学校共同导师制，还是针对前沿技术的前沿讲座，都存在各自的缺点。成熟技术的实践环节由于时间和环境的限制，大多只能提供一个见习和应用的场所，其中只涉及很少一部分成熟技术的原理性验证，而大多数的书本知识需要在工作和学习中花费较长的时间领悟。而前沿讲座往往缺乏系统性，对学生的素质要求较高，使学生云里雾里，最终效果大打折扣。针对以上问题，本文提出一种教学改革的新方式：基于知识图谱在教学内容中重现技术产生的应景环境，将现有的课程知识和应景实践环境呈现出来，实现全过程应用型教学。
Abstract:
Collaborative education requires school-enterprise cooperation in applied undergraduate colleges and universities to cultivate applied undergraduate talents to meet the needs of the social economy, and how to implement it into the curriculum teaching reform is an important part of collaborative education. This paper discusses this issue by taking the reform of electronic technology course as an example. The course content of electronics technology is divided into two parts: mature technological development and future technological trend. Mature technology development is already determined and unchangeable, and its common way of collaborative education is to participate in the practical sessions of enterprises. Future technology trend should be constructed with the actual trend of industrial development as the core of the course content, and the common practice is to utilize various resources to carry out cutting-edge lectures. Whether it is enterprise-school co-mentorship for mature technologies or cutting-edge lectures for cutting-edge technologies, both have their own drawbacks. Due to time and environmental constraint, most of the practical sessions for mature technologies can only provide a place for apprenticeship and application, which involves only a small portion of the principle-based verification of mature technologies, while most of the book knowledge needs to be comprehended over a longer period of time in work and study. The cutting-edge lectures often lack systematicity and require students having high quality, which makes students cloudy and the final effect is greatly reduced. To address the above problems, this paper proposes a new way of collaborative education: based on knowledge mapping to reproduce the technology-generating contextual environment in the teaching content, present the existing curriculum knowledge and contextual practice environment, and realize the whole process of application-based teaching.
1. 引言
2017年12月5日，国务院办公厅发布实施《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》[1]，文件指出，教育事业人才培养供给侧和产业需求侧在结构、质量、水平上还不能完全适应，“两张皮”问题仍然存在。深化产教融合，促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接，是推进人力资源供给侧结构性改革的迫切要求，对新形势下全面提高教育质量、扩大就业创业、推进经济转型升级、培育经济发展新动能具有重要意义。大力支持应用型本科和行业特色类高校建设，紧密围绕产业需求，强化实践教学，完善以应用型人才为主的培养体系[2] [3] [4]。推进专业学位研究生产学结合培养模式改革，增强复合型人才培养能力。这对应用型本科教育指明了方向，即要以企业需求和社会经济发展为目标来开展教育建设和实施人才培养[5] [6] [7]。不仅专业的设立、建设和淘汰要以社会产业需求为导向，而且满足社会经济需求的专业要以企业实际需求和产业技术发展需要培养适应性人才[8] [9] [10]。在专业建设和人才培养过程中，企业和社会需要广泛参与，形成产业、企业和学校协同育人的新局面。
课程建设是专业建设的载体和基本元素，对专业建设结果具有直接的决定性的影响。在应用型本科院校的课程建设中如何开展协同育人和教学改革以适应社会经济产业发展需求是高校教师的重要任务[11] [12]。如何在应用型本科院校将协同育人理念贯彻到课程教学改革中是协同育人的重要一环。电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术，是电类专业的核心专业基础课程。该课程满足当前我国产业需求和未来产业发展需要，对学生的职业生涯具有重要影响。本文以电子技术课程改革为例探讨这一问题，探讨教学改革过程中协同育人的一些新方式方法。
2. 基于知识图谱的电子技术课程教学改革
2.1. 基于知识图谱的理论课程内容教学改革的必要性和意义
电子技术的教育教学和课程资源建设已经取得了丰硕的成果，目前已经有较为丰富的教材资源和网络课程资源。但不管是教材、网络课程或教改成果，其大多采用传统的书本结构形式组织知识并加入网络课程和实际应用案例，其本质仍然是传统书本教材的改良，是以知识为核心构建教材和教学资源的，和实际产业技术的现状和发展之间的逻辑关系未能得到充分体现。为了克服这一问题，有必要基于知识图谱和协同育人对课程资源进行改进。
理论课程内容分为成熟技术发展和未来技术趋势两部分。成熟技术发展是已经确定的、不可改变的，其协同育人的传统方式是参加企业的实践环节，在学校导师和企业导师的共同指导下打通理论与实践的隔阂。未来技术趋势要以产业发展的实际趋势为核心构筑课程内容。由于前沿技术普及面窄，能够提供实践环节的机构较少，常见的做法是利用各种资源开展前沿讲座。不管针对成熟技术的企业学校共同导师制，还是针对前沿技术的前沿讲座，都存在各自的缺点。成熟技术的实践环节由于时间和环境的限制，大多只能提供一个见习和应用的场所，其中只涉及很少一部分成熟技术的原理性验证，而大多数的书本知识需要在工作和学习中花费较长的时间领悟。而前沿讲座往往缺乏系统性，对学生的素质要求较高，使学生云里雾里，最终效果大打折扣。
针对以上问题，本文提出一种电子技术课程改革的新方式：基于知识图谱以产业发展的实际环境为主线构建教学内容，在教学内容中重现技术产生的应景环境，将现有的课程知识和应景实践环境呈现出来，按照实际问题产生的原因、解决方案和新问题的出现构建和安排知识，实现全过程应用型教学。
2.1.1. 基于知识图谱的成熟技术课程内容教学改革
电子技术教学资源目前已经较为丰富，有较多的教材、电子教案和网络课程可供学习。这些教学资源讲授电子技术的历史发展技术理论知识，继承了传统书本教材的特征，以知识为核心构建教学内容，未涉及实际电子产业的发展状况，割裂了电子技术理论知识和产业实际发展之间的逻辑关系。这种割裂必然造成学生不能理论联系实际的缺点。要克服这一缺点，需要构建基于知识图谱的协同育人课程内容，即以技术和产业发展的实际过程和实际需求为导向重组和重构历史技术和理论知识。由于这一部分内容是已经成熟的技术理论，是对过去技术发展的总结和讲解，所以现有教材内容已经比较完善，对知识的组织已经比较系统，其不足之处在于未能和技术产生的应景产业环境相结合，割裂了理论和实际应用的关系，使理论和实际产业发展呈现两张皮现象，削弱了学生联系实际的能力。为了克服这一问题，本课程提出一种新的基于知识图谱的协同育人方式，将成熟技术按照时间节点重现技术产生过程中的社会产业环境和解决方案，以达到应用型教学的目的。
首先，基于知识图谱将电子相关技术按照关联性、社会和产业影响力分为若干主干技术节点，其他技术作为主干技术节点的一个分支。其次，基于知识图谱理清技术节点之间的内在发展关系，按照时间顺序安排技术节点。最后，基于知识图谱按照技术节点的发展顺序重构课程内容，每一个技术节点以技术应景社会和产业环境为主线和基础，讲解技术问题产生的实际原因，采取的实际解决方案和面临的社会技术限制。基于知识图谱将现有的课本知识分散到各技术节点中，实现以产业发展为主的应用型教学内容构建。基于知识图谱的电子技术节点和知识重构列举如图1所示。
图1列举了基于知识图谱的电子技术由产生到当前发展应用的技术进步，涵盖了当前的教材内容，每一个知识点按照问题产生、应用实践和面临的新问题三个逻辑阶段安排内容并讲解。为了重现技术的社会经济背景，基于知识图谱将知识和实际应用混为一体完成知识构建，需要采用多种现代信息技术方式达到目标。采用的手段包括PPT、视频、动画等方式，必要时还要借助VR/AR/XR技术完成产业背景的重现。
Figure 1. Sequencing diagram of technical nodes of mature electronics courses
图1. 成熟电子技术课程技术节点排序图
图1中每一个知识图谱化的技术节点按照实际问题的产生、解决方法、实际应用、新问题的产生构建知识，符合事物的发展过程并且和实际问题紧密联系。显然，该时序技术节点图基于知识图谱以实际应用为基础构建知识，将知识和教学资源整合在实际应用环境背景中，将打破传统教学资源以知识为核心的构建形式，实现真正意义上的应用型教学资源构建。以图1为基础构建的每一个课程内容以技术产生的社会技术背景为场景展开，将所有知识点内嵌到社会技术发展的时序背景中，将知识和实际应用混为一体完成知识构建。采用图1开展教学，再辅以现代信息技术，会使学生在学习过程中产生身临其境的氛围，达到在传统教学过程中校企协同育人的效果。
2.1.2. 基于知识图谱的未来技术趋势课程内容教学改革
当前，未来技术课程讲授普遍采用前沿讲座方式完成。但前沿讲座往往缺乏系统性，对学生的素质要求较高，使学生云里雾里，最终效果大打折扣。另外，由于前沿技术普及面窄，能够提供实践环节的机构较少，本科阶段协同育人普及率较低，而且往往采取参与项目研究的方式实现，这在一些国内的研究型大学和机构可以少量实现，而对于大多数非研究型机构和院校，类似资源极其有限，没有协同育人的条件和渠道。
为了克服这一问题，需要转换思路，以产业发展的实际趋势为核心基于知识图谱构筑未来技术趋势课程内容，在产业应用和发展趋势中完成课程内容的构建。首先跟踪电子技术发展的前沿技术节点，基于知识图谱按重要程度、应用前景和成熟度分类。然后，对每一个技术节点，基于知识图谱按照产生原因、面临的产业和技术限制、如何解决、解决方案的技术经济要求进行归纳。最后，将每一个技术节点的相关内容基于知识图谱采用现代信息技术呈现，借助AR/VR/XR栩栩如生地呈现出来，构建身临其境的课程内容和效果，实现将产业环境触手可及的即视感和即触感。
例如，未来电子技术发展的一个重要方面围绕低功耗技术展开，其前沿技术包括氮化镓技术、石墨烯集成技术等。基于知识图谱将每一个技术节点按照产业当前发展现状，问题产生、解决方案、方案优缺点、克服缺点的方法、产业应用前景构建课程内容，这符合事物的发展过程并且和实际问题紧密联系。低功耗未来技术时序节点如图2所示。
Figure 2. Sequencing diagram of technical nodes of future electronics courses
图2. 未来电子技术课程技术节点排序图
再例如，图3展示了MOSFET结构的演变：双栅、三栅、π栅、Ω栅和环栅。由于结构简单且易于制造，双栅极和三栅极FinFET很常见。尽管GAA技术是在FinFET之前提出的，但后者更适合执行生产，所以普及更早。图3形象展示了MOSFET结构的演变过程，再配以少量的社会经济环境注解，就可以将数十年的技术发展之路讲解清楚。图3中Gate为栅极，Pi指π。
Figure 3. MOS structure evolution diagram
图3. MOS结构演变图
3. 教学改革的目标和成果
电子技术目前的教学资源已经较为丰富，通过教学改革可以在以下几个方面促进教学资源和教学过程全面向应用型教学过渡：第一，形成基于知识图谱的课程内容新构架。新构架以产业技术发展为主线，知识图谱中的知识节点以产业技术的实际发展状况为参照构建，将产业技术以知识图谱的形式呈现和组织；第二，课程内容纳入产业技术背景的框架中，按照技术产生的原因和背静、应用、局限性、新的发展模式完成课程内容的构建；第三，课程内容以PPT、动画等现代技术相结合呈现产业背景和技术内涵和应用。
通过教学改革，可以形成新的课程内容，开发出和产业背景紧密结合的教学案例和教具，教学案例综合采用现代信息技术呈现，具有即视性和身临其境的沉浸感。教学案例还给学生提供具体的制作实践机会，为学生量身订做力所能及的课外实践任务。例如，三极管的放大和开关原理课程内容，要求学生制作实际的简单分立元器件电路，达到应用型教育的目的。另外，教学过程和新内容还可以汇编成册形成新的教材。
4. 结论
提出了基于知识图谱的电子技术课程协同育人的新形式，每一个课程内容基于知识图谱以技术产生的社会技术背景为场景展开，将所有知识点内嵌到社会技术发展的时序背景中，将知识和实际应用混为一体完成知识构建。将现有的课程知识和应景实践环境呈现出来，开发出新的教学案例、教具和教材，实现全过程应用型教学。基于知识图谱的知识构建必须要采用多种现代信息技术方式达到目标。采用的手段包括视频、VR/AR/XR、动画等方式，完成产业背景的重现。产业背景重现过程中需要校企深度协同，协同方式可以借助现代信息技术采用多种方式完成。
基金项目
陕西省“十四五”教育科学规划2022年度课题(No.SGH22Y1496)。教育部产学合作协同育人项目2024年第一批次立项项目：智慧教育背景下电子技术课程线上线下混合式教学改革研究（No.231104973131653)。
NOTES
*通讯作者。