“模擬電子技術(shù)”教學(xué)改革探索與實(shí)踐

鄧天平， 張 林

(華中科技大學(xué) 電子信息與通信學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

0 引言

當(dāng)前，在堅(jiān)持知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的背景下，我國(guó)高校在人才培養(yǎng)模式、課程體系和教學(xué)方法上的改革進(jìn)一步深化。在人才培養(yǎng)模式上，我院也進(jìn)行了一些探索，為此新設(shè)有數(shù)理提高班、電子信息卓越班、種子班等創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班。為了增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，促進(jìn)學(xué)生多元化和個(gè)性化的發(fā)展，這些實(shí)驗(yàn)班課程的教學(xué)學(xué)時(shí)會(huì)少于普通班，但課程的教學(xué)要求卻更高。在這樣的背景下，如果堅(jiān)持傳統(tǒng)的教學(xué)模式就會(huì)面臨如下的主要問題：

(1) 學(xué)時(shí)越來越少，內(nèi)容卻越來越多，教師很難在有限的學(xué)時(shí)完成教學(xué)；

(2) 課堂過于封閉，教師主導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生被動(dòng)接受學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果較差；

(3) 強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，限制了學(xué)生思想的發(fā)展；

(4) 培養(yǎng)方式共性化。

在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班教學(xué)實(shí)踐中，我們針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，開展了一些改革活動(dòng)。以“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)為例，我們引入了“翻轉(zhuǎn)課堂”和PBL教學(xué)方法，在大幅減少學(xué)時(shí)的背景下，較好地完成教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也提高了學(xué)生各方面的能力。

1 “翻轉(zhuǎn)課堂”和PBL教學(xué)方法

所謂的“翻轉(zhuǎn)課堂”就是改變傳統(tǒng)的課堂的教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)的自主權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生先在課下利用資源共享課和MOOC提前學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間不受限制。課堂上，教師主要是通過和學(xué)生的討論，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中遺留的問題。但是，在具體實(shí)施的分組討論過程中，如何保證討論的有效性，是“翻轉(zhuǎn)課堂”必須考慮的問題。為此，我們將PBL的教學(xué)模式應(yīng)用于課堂教學(xué)[1]。

PBL(Problem-Based Learning)是以問題為中心，以學(xué)生為主體的教育與學(xué)習(xí)模式，最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育。PBL強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)要圍繞著具體的任務(wù)或者問題展開，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、反思式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生高級(jí)思維能力[2]。

PBL教學(xué)方式的精髓體現(xiàn)在：以問題為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，以小組學(xué)習(xí)的方式，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，通過查閱資料，共同討論和分析來解決問題，而教師只是參與者和指導(dǎo)者[2]。

“翻轉(zhuǎn)課堂”結(jié)合PBL教學(xué)方法，在學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源完成基本知識(shí)的學(xué)習(xí)后，教師可以結(jié)合本章節(jié)的知識(shí)，提出一些高于課本知識(shí)的問題，交給學(xué)生分組討論。在學(xué)生討論過程中，教師要適當(dāng)給予引導(dǎo)，保證解決問題方向的正確性，同時(shí)，在問題討論的過程中，學(xué)生也會(huì)提出一些問題，教師可以利用這些問題加以引導(dǎo)，讓學(xué)生在帶著問題學(xué)習(xí)，在討論中學(xué)習(xí)。這樣，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了知識(shí)，還學(xué)會(huì)了自主學(xué)習(xí)的方法，而不是教師“填鴨式”的教學(xué)。

2 PBL教學(xué)法如何應(yīng)用于課堂教學(xué)

PBL最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)，是因?yàn)獒t(yī)學(xué)上的病例的出現(xiàn)，本身就是一個(gè)問題，因此問題的提出和解決顯得是順理成章的。但是在“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”這門課程中，如何結(jié)合本課程的教學(xué)要求，結(jié)合本學(xué)科的知識(shí)背景，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，提出適當(dāng)?shù)?、有價(jià)值的問題，讓學(xué)生從問題的解決中學(xué)會(huì)知識(shí)，是值得研究的。

因此，結(jié)合在卓越班和提高班的兩屆完整的教學(xué)過程，我們通過歸納、總結(jié)，得到若干的問題庫，庫中的部分問題列于表1[3]。

表1中，我們利用不同的星級(jí)來表示問題的難易程度，三星及三星以下的問題，學(xué)生可以在看完教材和視頻的基礎(chǔ)上完成，四星級(jí)的問題，需要對(duì)書本上的知識(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)后完成，而五星級(jí)的問題，需要利用所學(xué)習(xí)的知識(shí)，加以運(yùn)用，完成電路的設(shè)計(jì)，然后利用PSpice或者M(jìn)ultisim等EDA工具，對(duì)設(shè)計(jì)電路加以驗(yàn)證。這就要求學(xué)生需要通過分組討論，分工合作，最后找到問題的答案。

除了每個(gè)單元章節(jié)的問題以外，考慮到知識(shí)和知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，我們還設(shè)計(jì)一些綜合性的問題，列于表2[4]。

表1 “模擬電子技術(shù)”PBL基本問題庫

表2 “模擬電子技術(shù)”PBL擴(kuò)展問題庫

表2中所涉及到的問題，可能會(huì)跨越本課程的若干章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，因此，我們一般會(huì)在課程基本學(xué)習(xí)完成后，通過大作業(yè)的形式布置這些問題，要求學(xué)生通過合理的分組，對(duì)整個(gè)問題進(jìn)行剖析、分解后形成若干模塊，組長(zhǎng)再將各模塊分給組內(nèi)每個(gè)成員，然后全組共同完成電路設(shè)計(jì)、電路仿真、電路的PCB板設(shè)計(jì)和制作以及電路的測(cè)試，最后是各分組展示成果。

分組展示成果時(shí)，其他組的學(xué)生都可以提出問題，最后進(jìn)行自評(píng)和組內(nèi)互評(píng)，教師參考這些評(píng)價(jià)，對(duì)每個(gè)小組給出總評(píng)成績(jī)并計(jì)入最后的課程成績(jī)。

通過兩屆的實(shí)際運(yùn)行情況，我們發(fā)現(xiàn)，分組不能完全由學(xué)生自由組合，這樣可能會(huì)出現(xiàn)分組之間差別過大的情況，因此，教師要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，在學(xué)生自愿組織的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的干預(yù)，合理安排分組，實(shí)現(xiàn)學(xué)生之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

在后面的拓展問題的解決過程中，會(huì)出現(xiàn)很多的問題，因?yàn)閷W(xué)生面臨的是書本上找不到答案的問題，而且很多問題是結(jié)合工程實(shí)際的，因此教師要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)給予指導(dǎo)和點(diǎn)撥，如果過早、過多的引導(dǎo)，將妨礙學(xué)生的創(chuàng)新思維的發(fā)展，教師要在學(xué)生感覺到“山重水復(fù)疑無路”時(shí)，指出“柳暗花明的又一村”，讓學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)，討論中獲得創(chuàng)新，因此，這個(gè)指導(dǎo)的時(shí)機(jī)是教師必須把握的。

3 PBL教學(xué)法應(yīng)用效果

“翻轉(zhuǎn)課堂”和PBL的教學(xué)方法應(yīng)用于“模擬電子技術(shù)”的課程教學(xué)，在本院的14級(jí)和15級(jí)的提高班和卓越班進(jìn)行了兩屆四輪的實(shí)踐。我們主要是采用小班分組教學(xué)的模式，每個(gè)教學(xué)班的人數(shù)為30，分成七個(gè)小組。

課程結(jié)束后，我們通過和學(xué)生座談，發(fā)送調(diào)查問卷的方式，獲取學(xué)生對(duì)該教學(xué)模式的評(píng)價(jià)，得到的評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。

表3 “翻轉(zhuǎn)課堂”和PBL教學(xué)法的教學(xué)效果

從表3的應(yīng)用效果可以看出：

(1) 對(duì)于參與教改的數(shù)理提高班和電子信息卓越班，絕大多數(shù)學(xué)生能夠在課前利用教材、網(wǎng)絡(luò)資源、教師教案進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，這是保證“翻轉(zhuǎn)課堂”得以順利進(jìn)行的重要保證，否則教學(xué)效果會(huì)很差；

(2) 通過兩屆四輪的統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)于這種教學(xué)模式還是比較認(rèn)可的；

(3) 采用“翻轉(zhuǎn)課堂”和PBL的教學(xué)方式，對(duì)于學(xué)生來說，面臨最大的問題可能就是在本課程上所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)有所增加，因?yàn)椤胺D(zhuǎn)課堂”需要學(xué)生提前自學(xué)一些基本知識(shí)，考慮到這個(gè)問題，為了不給學(xué)生增加過多的時(shí)間負(fù)擔(dān)，我們會(huì)將課程教學(xué)學(xué)時(shí)的1/3左右拿出來給學(xué)生自學(xué)，學(xué)生可以利用這個(gè)時(shí)間完成知識(shí)的預(yù)習(xí)。

對(duì)于教師來說，問題難度的把握以及課堂節(jié)奏的控制很重要，如果問題過難，不僅會(huì)花費(fèi)學(xué)生太多的時(shí)間，還有可能會(huì)打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；課堂節(jié)奏控制不好，可能會(huì)在某些問題上扯得過遠(yuǎn)，浪費(fèi)了寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間。另外，這種教學(xué)模式對(duì)教師也提出了更高的要求，因?yàn)橛行W(xué)生提出的問題，可能是教師并沒有預(yù)料到的，需要教師對(duì)本課程有較好的理解和掌控。

(4) 相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式而言，學(xué)生的感受還是較為明顯，絕大多數(shù)的學(xué)生覺得能夠很大程度上提高自己的自學(xué)能力，也鍛煉了自己提出問題和解決問題的能力。

此外，相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式而言，教師首次實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，需要重新修訂教案、提前給學(xué)生準(zhǔn)備用于學(xué)習(xí)的資源、設(shè)計(jì)一定數(shù)量的測(cè)試題用于課前和課后測(cè)試等，教師的人力投入基本上是傳統(tǒng)課堂的3倍左右。

4 結(jié)語

近年來，大規(guī)模在線開放課程(MOOC)等新型在線開放課程在世界范圍的迅速興起，正在促使教學(xué)內(nèi)容、方法、模式和教學(xué)管理體制發(fā)生積極的變革，給高等教育教學(xué)改革發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在此背景下，我們下一步會(huì)將MOOC與“翻轉(zhuǎn)課堂”、PBL等教學(xué)模式相結(jié)合，進(jìn)一步改善教學(xué)學(xué)時(shí)不斷減少，而教學(xué)內(nèi)容可能相對(duì)增加帶來的困境。這樣的一種教學(xué)模式，可以逐步實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育，可以進(jìn)一步提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、協(xié)作意識(shí)以及表達(dá)能力等。

[1] Johnston, N. n., & Karafotias, T. t. Flipping the Classroom to Meet the Diverse Learning Needs of Library and Information Studies (LIS) Students. Journal of Education For Library & Information Science, 57(3), 226-238.(鄧天平等文)

[2] Schmidt, Henk G; Rotgans, Jerome I，etc. The process of problem-based learning: What works and why. Medical Education. 2011:45 (8): 792-806.

[3] Donald A.Neamen. Electronic Circuit Analysis and Design.Mc Graw Hill. 2010.

[4] 康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分，第六版。北京：高等教育出版社，2013，12.