“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

宋彩霞， 蘇萬(wàn)力， 丁 男， 曹美榮

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109； 2.大連理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024；3.山東警察學(xué)院 計(jì)算機(jī)信息管理系，山東 濟(jì)南250014)

“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

宋彩霞1，2， 蘇萬(wàn)力1， 丁 男2， 曹美榮3

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109； 2.大連理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024；3.山東警察學(xué)院 計(jì)算機(jī)信息管理系，山東 濟(jì)南250014)

本文探討了“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，提出了一個(gè)完整的教學(xué)設(shè)計(jì)框架：將傳統(tǒng)教學(xué)中在課堂上講授的內(nèi)容讓學(xué)生在課前通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自學(xué)，課堂時(shí)間主要用來(lái)討論，課后加以鞏固，通過(guò)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)將信息及時(shí)反饋給教師，幫助教師安排課堂教學(xué)。通過(guò)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高了學(xué)習(xí)成績(jī)、鍛煉了主動(dòng)自學(xué)能力與實(shí)踐能力、增強(qiáng)了從事工程事業(yè)的信心。

翻轉(zhuǎn)課堂；基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)；信息反饋

0 引言

“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”是我校一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課，理論性很強(qiáng)，且注重工程實(shí)踐[1, 2]。

當(dāng)前，工程教育正從傳統(tǒng)的“課堂授課—舉例—作業(yè)”形式向“注重應(yīng)用，以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)”形式轉(zhuǎn)變[3]。這種轉(zhuǎn)變給教師帶來(lái)很多難題，教師不僅要教會(huì)學(xué)生如何積極主動(dòng)學(xué)習(xí)以提高分析解決問(wèn)題的能力，還要教會(huì)學(xué)生如何掌握大量知識(shí)點(diǎn)。而解決這一問(wèn)題，一種有希望的方法便是運(yùn)用“翻轉(zhuǎn)課堂”( Flipped Classroom) 教學(xué)模式。

1 什么是翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂又名“顛倒課堂”、“反向課堂”，其中的“翻轉(zhuǎn)”、“顛倒”、“反向”主要指的是顛倒了傳統(tǒng)教學(xué)中的知識(shí)傳授與知識(shí)內(nèi)化(吸收)兩個(gè)階段的順序[4]。在傳統(tǒng)教學(xué)中，知識(shí)傳授是在課堂上通過(guò)教師講授完成的，知識(shí)內(nèi)化則通過(guò)學(xué)生課后作業(yè)來(lái)完成。翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了這種順序：其知識(shí)的傳授是在課前，通過(guò)布置的閱讀材料、視頻講解、幻燈片及網(wǎng)上資料查詢(xún)來(lái)完成；課堂上，教師基于問(wèn)題的解答及學(xué)生間的交流協(xié)作完成對(duì)知識(shí)的內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂更注重主動(dòng)學(xué)習(xí)、學(xué)生參與以及理論與實(shí)踐的結(jié)合[5]。最新的研究表明：在課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，留出了更多的課堂時(shí)間進(jìn)行師生與學(xué)生之間的互動(dòng)，在沒(méi)有縮減教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上更加鞏固、拓寬了課程內(nèi)容。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂中更加懂得需要學(xué)什么，更加明白課程內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)。

2 翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施

我校“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程，通過(guò)幾年的改革與研究，2013年被評(píng)為山東省應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色名校建設(shè)工程校級(jí)精品課程，且已建立了內(nèi)容豐富，功能比較完善的教學(xué)網(wǎng)站。此教學(xué)網(wǎng)站為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革奠定了良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上，我們積極探索了“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

為此，我們提出了如圖1所示的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)框架。這一框架是一個(gè)反饋系統(tǒng)，其特點(diǎn)是通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的及時(shí)反饋，為教師的課堂活動(dòng)安排提供指導(dǎo)，構(gòu)建積極的師生關(guān)系，提高學(xué)習(xí)效果。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)框架

2.1 課前準(zhǔn)備

課前準(zhǔn)備主要目的是鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，了解一些基本概念，知道一些有關(guān)“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課堂內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用情況，確保在課堂活動(dòng)中有足夠的時(shí)間進(jìn)行討論與解決問(wèn)題。

在每一章開(kāi)始之前，我們會(huì)安排一些本專(zhuān)業(yè)高年級(jí)學(xué)生作專(zhuān)題報(bào)告。這些學(xué)生是學(xué)院創(chuàng)新小組成員，大多參加過(guò)全國(guó)、省級(jí)或者校級(jí)的各類(lèi)電子設(shè)計(jì)比賽，有豐富的參賽與完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。他們用親身經(jīng)歷介紹參賽心得，以及如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，并指出在設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”知識(shí)，這一活動(dòng)會(huì)激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。每周末，我們會(huì)將下周學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)視頻放在網(wǎng)站上，供學(xué)生下載觀看。網(wǎng)站上還有一些相關(guān)的電子產(chǎn)品介紹、技術(shù)的、設(shè)計(jì)的相關(guān)話(huà)題以及我們自己錄制的授課錄像等，這是課程內(nèi)容傳播的主要方式。對(duì)于一些還沒(méi)搞懂的或者是想進(jìn)一步了解的內(nèi)容，學(xué)生可以通過(guò)：谷歌、百度、IEEE、Springer、中國(guó)知網(wǎng)、維普等國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，從而掌握調(diào)研和自主學(xué)習(xí)的方法。學(xué)生作完這些課前準(zhǔn)備后，會(huì)被要求進(jìn)行一次簡(jiǎn)短的課前測(cè)試，他們的成績(jī)會(huì)反饋給教師，幫助教師獲知學(xué)生對(duì)基本概念的理解程度，為教師有效分配課堂時(shí)間組織學(xué)生討論和對(duì)概念進(jìn)行更深層次的講解提供參考。

現(xiàn)以課程第五章“觸發(fā)器”為例，其課前安排如表1所示：

表1 “觸發(fā)器”課前安排

通過(guò)這些課前準(zhǔn)備工作，學(xué)生對(duì)觸發(fā)器的概念以及使用都有所了解，對(duì)一些容易混淆的概念進(jìn)行了網(wǎng)上查詢(xún)，記錄下問(wèn)題以便在課堂上進(jìn)行討論。

2.2 課堂活動(dòng)

課堂活動(dòng)是學(xué)生知識(shí)內(nèi)化的過(guò)程，通過(guò)教師演示、分組討論、學(xué)生反思以及協(xié)作式學(xué)習(xí)活動(dòng)提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，因而需要精心規(guī)劃這90分鐘的時(shí)間。課堂時(shí)間的具體安排如下：

在每堂課開(kāi)始后的前10分鐘用來(lái)回顧課前準(zhǔn)備的內(nèi)容：創(chuàng)新小組成員作的報(bào)告，從網(wǎng)站上面獲得的本節(jié)課涉及到的知識(shí)。

接下來(lái)的10分鐘用來(lái)回顧上節(jié)課的主要內(nèi)容，同時(shí)引出本節(jié)課新的知識(shí)點(diǎn)。隨后的60分鐘，組織學(xué)生通過(guò)獨(dú)立或者是小組協(xié)作的方式解決遇到的問(wèn)題，通過(guò)各種演示以及實(shí)踐活動(dòng)來(lái)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。需要解決的問(wèn)題從簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算操作到為實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)的有限狀態(tài)機(jī)。學(xué)生聯(lián)系自己以前所學(xué)知識(shí)并結(jié)合新知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象。最后的10分鐘用來(lái)總結(jié)本堂課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，教師一般選出本堂課的1-3個(gè)知識(shí)點(diǎn)要求學(xué)生重點(diǎn)掌握，外加一個(gè)需要進(jìn)一步討論的知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生課后查資料討論解決。這些知識(shí)點(diǎn)在下一次上課時(shí)會(huì)被復(fù)習(xí)到，也是學(xué)生進(jìn)行期中或者期末考試的重點(diǎn)。

表2以“觸發(fā)器”為例，給出課堂時(shí)間的具體安排。

表2 “觸發(fā)器”課堂活動(dòng)及課后鞏固步驟

2.3 課后鞏固

在每一堂課后，我們會(huì)布置一些課后習(xí)題并且對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次課后測(cè)試。課后習(xí)題來(lái)自教材所附的習(xí)題與教師布置的一些題目，其目的是讓學(xué)生利用本次課內(nèi)容分析解決問(wèn)題，以便達(dá)到鞏固目的；課后測(cè)試主要是課堂上面的一些概念，采用填空、選擇、問(wèn)答形式，測(cè)試題放到網(wǎng)站上面，學(xué)生自行下載解答，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)上交。課后習(xí)題加測(cè)試的方式給教師提供了及時(shí)、有益的反饋，借此了解學(xué)生對(duì)本次課的掌握情況，為下次上課提供指導(dǎo)作用。這個(gè)閉環(huán)式的教育過(guò)程幫助教師更加有效的利用課堂時(shí)間，更加積極的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)包含兩部分：學(xué)生成績(jī)與學(xué)生調(diào)查。

學(xué)生成績(jī)是對(duì)學(xué)生課程的掌握程度進(jìn)行的客觀評(píng)價(jià)，包括期中考試(閉卷)、期末考試(閉卷)、課前預(yù)習(xí)情況、平時(shí)上課的表現(xiàn)、課后作業(yè)完成情況以及實(shí)驗(yàn)成績(jī)等?？荚嚦煽?jī)的多元化構(gòu)成有效避免了考前突擊式學(xué)習(xí)，大大減少了學(xué)生之間抄襲作業(yè)的惡習(xí)，培養(yǎng)了平時(shí)努力，自主協(xié)作學(xué)習(xí)的習(xí)慣[7]。

學(xué)生調(diào)查是從學(xué)生主觀角度對(duì)“數(shù)字電路”翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果所進(jìn)行的反饋。分兩個(gè)階段：期中與期末。針對(duì)七個(gè)問(wèn)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表3所示。

從表中可以看出雖然并不是所有的學(xué)生都同意課前測(cè)試能幫助學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。但是由于在后來(lái)的課堂教學(xué)中，教師會(huì)根據(jù)學(xué)生的課前測(cè)試成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)并以此來(lái)更好的規(guī)劃課堂時(shí)間，學(xué)生開(kāi)始嚴(yán)肅地對(duì)待課前測(cè)試并且引起了對(duì)課前視頻的高度關(guān)注。學(xué)生對(duì)課堂講義以及互動(dòng)的討論方式有助于課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)的贊同始終是比較一致的，從中可以看出在課堂上留出足夠的時(shí)間進(jìn)行分組討論確實(shí)能幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解與掌握，這也歸功于課前視頻以及網(wǎng)絡(luò)上的資料查詢(xún)，因?yàn)橹挥姓n前充分準(zhǔn)備才能在課堂上深入討論發(fā)表自己的見(jiàn)解。大家逐漸意識(shí)到創(chuàng)新小組學(xué)生的報(bào)告可以快速的讓自己了解“數(shù)字電路”的實(shí)際應(yīng)用，給自己以后的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供參考。座位的安排是隨機(jī)的，對(duì)于座位(分組)的安排學(xué)生一開(kāi)始都感覺(jué)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境影響不大，但是因?yàn)榻M內(nèi)討論是成績(jī)的一個(gè)重要組成部分，促使學(xué)生積極準(zhǔn)備踴躍發(fā)言，也逐漸意識(shí)到座位的安排能提供積極的學(xué)習(xí)環(huán)境。

兩種形式的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)及時(shí)反饋給教師，幫助教師合理安排課堂時(shí)間，組織課堂討論。

表3 期中與期末學(xué)生的調(diào)查報(bào)告

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)一學(xué)期對(duì)“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)踐，我們感受到了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)不但可以涵蓋更多的知識(shí)面，而且能幫助學(xué)生更加有效的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和批判性思維形成。

參加本課程改革的學(xué)生是任意選出一個(gè)班級(jí)進(jìn)行的，學(xué)生素質(zhì)與性別分配具有一般性，與其它班級(jí)的學(xué)生同卷同時(shí)間考試，從考試結(jié)果來(lái)看，采用翻轉(zhuǎn)課堂模式的學(xué)生的期中與期末成績(jī)平均分比其它班級(jí)的學(xué)生分別高出6.5分和8.7分。這一成績(jī)與我們的初衷比較吻合。從問(wèn)卷調(diào)查中可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)能使學(xué)生更加深刻體會(huì)到“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望和能力大大提高。

總之，一學(xué)期的改革實(shí)踐是卓有成效的。 在工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂這一教學(xué)模式目前在國(guó)內(nèi)很少，幾乎沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。我們將繼續(xù)探索，同時(shí)借鑒國(guó)外以及國(guó)內(nèi)相似課程的一些成功經(jīng)驗(yàn)，不斷提高我?！皵?shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程的教學(xué)質(zhì)量。

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Teaching of Flipped Classroom of Digital Circuits and Digital Logic Course

SONG Cai-xia1,2, SU Wan-li1, DING Nan2, CAO Mei-rong3

(1.CollegeofScienceandInformation,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China2.CollegeofComputerScienceandTechnology,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China3.Departmentofcomputerinformationmanagement,ShandongPoliceCollege,Jinan250014,China)

The reform of flipped classroom of Digital Circuit and Digital Logic course is carried out in this paper. An integrated instructional design framework is proposed. In this framework, the students learn the course contents which are taught in classroom in traditional teaching method by themselves through website, and discussions among teacher and students or among students and students are conducted in classroom. The course contents are consolidated after classroom, and students' learning status information will provide timely feedback to teacher by learning assessment and help teacher arrange classroom activities more effectively. The reform greatly stimulates the students' passion of learning Digital Circuit and Digital Logic course, improves their performances, enhances their ability of active learning and practical ability, and increases their confidences in pursuing technology career.

flipped classroom; problem based learning (PBL); information feedback

2015-09-02;

2015-11-13

山東省應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色名校建設(shè)工程校級(jí)精品課程(XJP2013032)。

宋彩霞(1977-)，女，博士，講師，主要從事車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信、資源分配、博弈論的教學(xué)和科研，E-mail:cassiesong@mail.dlut.edu.cn

G642

A

1008-0686(2016)03-0037-04