翻轉(zhuǎn)課堂在《電子EDA技術(shù)》課程中的應(yīng)用與實(shí)踐

高新華 鐘福如 田敏 周濤

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式造成了巨大沖擊，教師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念和教學(xué)策略以改變目前的教學(xué)狀況。文章嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)兩種教學(xué)模式結(jié)合在一起，在《電子EDA技術(shù)》課程中進(jìn)行課堂教學(xué)改革，旨在推動(dòng)實(shí)踐技能類(lèi)課程改革，為專(zhuān)業(yè)課教學(xué)提供一種新的教學(xué)模式。該模式以學(xué)生作為主體，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)，學(xué)生的課程參與度、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和綜合素質(zhì)都有所提高。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；PBL；教學(xué)模式；電子EDA技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）18-0063-04

一、引言

翻轉(zhuǎn)課堂是信息技術(shù)催生的一種教學(xué)模式，它將基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)放在課前，課堂上則用于答疑解惑，合作學(xué)習(xí)，內(nèi)化知識(shí)點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂契合了信息化時(shí)代學(xué)生學(xué)習(xí)的新變化，即通過(guò)微課進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)，借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中充當(dāng)輔助角色、導(dǎo)演角色，和學(xué)生是亦師亦友的關(guān)系，幫助引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，翻轉(zhuǎn)課堂既鍛煉了學(xué)生合作學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新能力，又有助于教師實(shí)現(xiàn)因材施教，打造高效課堂。目前大部分高校仍然采取“老師在課上演示，學(xué)生在課下操作”的傳統(tǒng)教學(xué)模式[1]，忽視了學(xué)生的差異性、創(chuàng)新性、互動(dòng)性及個(gè)性發(fā)展，不重視學(xué)生的質(zhì)疑及自主探究能力的發(fā)展。究其原因，一方面是教師的教學(xué)理念沒(méi)有改變，覺(jué)得教材上的知識(shí)點(diǎn)都很重要，多講可以讓學(xué)生較好地記憶知識(shí)；另一方面由于翻轉(zhuǎn)課堂本地化不夠，還沒(méi)有非常成功的可借鑒的案例和教學(xué)模式。盡管如此，翻轉(zhuǎn)課堂已經(jīng)成為教學(xué)改革的一個(gè)趨勢(shì)，許多教師開(kāi)始嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂授課[1-3]。但是翻轉(zhuǎn)課堂要求教師具有較高的信息素養(yǎng)，同時(shí)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的自律、自學(xué)和自主探究能力。這導(dǎo)致目前課堂翻轉(zhuǎn)在實(shí)際教學(xué)中往往只進(jìn)行了形式上的翻轉(zhuǎn)，即課前觀看視頻和查找資料，課堂上討論和練習(xí)，很難達(dá)到提升教學(xué)效果的目的。

研究表明[4-6]，課堂教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)是核心，課前的學(xué)生自學(xué)是關(guān)鍵。那么，如何做好這兩個(gè)環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)呢？筆者結(jié)合基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-based Learning，簡(jiǎn)稱(chēng)PBL）和翻轉(zhuǎn)課堂兩者的優(yōu)勢(shì)，在《電子EDA技術(shù)》課程中構(gòu)建了一種課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模式，為高校高等教育改革實(shí)踐提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

二、PBL的概念和內(nèi)涵

1.PBL的概念

PBL通過(guò)“項(xiàng)目”來(lái)實(shí)施課堂教學(xué)，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，在嘗試探索、交流等自主學(xué)習(xí)活動(dòng)中勇于探索，大膽分析、提問(wèn)、質(zhì)疑，在感悟中發(fā)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)中創(chuàng)新。信息時(shí)代，學(xué)習(xí)資源的極大豐富和信息獲取的方便、快捷，也為PBL教學(xué)模式提供了一個(gè)良好的技術(shù)支持平臺(tái)?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)基本過(guò)程包括：提出問(wèn)題、集體討論、確定項(xiàng)目、查詢(xún)和閱讀文獻(xiàn)資料、制定實(shí)驗(yàn)或調(diào)查方案、數(shù)據(jù)搜集和分析處理、整理研究成果和撰寫(xiě)研究論文、報(bào)告或設(shè)計(jì)產(chǎn)品等[7]?？偟膩?lái)說(shuō)， 基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式強(qiáng)調(diào)過(guò)程學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，追求對(duì)學(xué)生高階能力的培養(yǎng)， 實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

鑒于PBL的優(yōu)勢(shì)，其已經(jīng)成為國(guó)外研究性學(xué)習(xí)的主要模式之一，國(guó)內(nèi)的教育工作者也紛紛將其引入課堂。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的時(shí)磊將課外實(shí)踐和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃結(jié)合，在《動(dòng)物學(xué)》課程中實(shí)施PBL教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)該模式有助于滿(mǎn)足課程教學(xué)改革新要求和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)踐能力[7]。鄔彤將PBL教學(xué)模式運(yùn)用到信息技術(shù)課程中，認(rèn)為可以整合課程知識(shí)，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)[8]。馬納克將PBL引入到《大學(xué)英語(yǔ)》課程教學(xué)中，提出在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中注重“項(xiàng)目”和“小組合作學(xué)習(xí)”兩個(gè)環(huán)節(jié)，增加了課程的開(kāi)放性和挑戰(zhàn)性[9]。杜世友將PBL應(yīng)用在《教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》雙語(yǔ)課程中，證明PBL模式下的課程教學(xué)效果包括期末考試成績(jī)和學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。[10]

2.翻轉(zhuǎn)課堂和PBL

翻轉(zhuǎn)課堂打破了知識(shí)接收與知識(shí)內(nèi)化的時(shí)間順序和空間，將知識(shí)內(nèi)化的地點(diǎn)放在教室，通過(guò)教師和同學(xué)的幫助，提高知識(shí)內(nèi)化的效率。所以，無(wú)論是PBL還是翻轉(zhuǎn)課堂，均強(qiáng)調(diào)主體為學(xué)生，教師幫助學(xué)生搭建學(xué)習(xí)支架。由于國(guó)內(nèi)主要以學(xué)習(xí)成績(jī)特別是期末考試成績(jī)作為判斷教學(xué)效果的重要指標(biāo)，對(duì)批判性思維、創(chuàng)新能力和知識(shí)遷移等深度學(xué)習(xí)能力方面涉及較少，同時(shí)對(duì)過(guò)程評(píng)價(jià)也不夠重視，因此翻轉(zhuǎn)課堂仍處于探索實(shí)踐階段，還未能最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。但深度學(xué)習(xí)和深度思維對(duì)于創(chuàng)新人才非常重要，是創(chuàng)新的源泉。黎加厚教授認(rèn)為深度學(xué)習(xí)是指在理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者批判性地學(xué)習(xí)新思想和新知識(shí)，將它們與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相融合，將眾多思想相互關(guān)聯(lián)，將已有的知識(shí)遷移到新的情境中去，做出決策并解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)[11]。翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生課前進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)，課中進(jìn)行知識(shí)的內(nèi)化和遷移，課后進(jìn)行知識(shí)的鞏固和深化，這一過(guò)程本身就是由淺表學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)的過(guò)程。同時(shí)，翻轉(zhuǎn)課堂拓展了教學(xué)的時(shí)間和空間，突出了學(xué)生的主體性，正是對(duì)深度學(xué)習(xí)的有效支持。翻轉(zhuǎn)課堂和PBL具有同樣的追求目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，因此二者具有天然的相互支持性。

三、基于PBL模式的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施策略

1.實(shí)施模塊化教學(xué)，整合重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

《電子EDA技術(shù)》是一門(mén)語(yǔ)言兼工具類(lèi)課程，理論知識(shí)瑣碎而繁多，對(duì)實(shí)踐能力要求很高。筆者希望能以實(shí)際項(xiàng)目為紐帶，串起該課程各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，突出主要目標(biāo)，根據(jù)PBL教學(xué)理念，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施讓學(xué)生邊做邊學(xué)。因此，筆者基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，分為8講：

（1）緒論。有研究表明，中國(guó)乃至東方人的學(xué)習(xí)習(xí)慣是“先見(jiàn)森林，再見(jiàn)樹(shù)木”[11]，因此緒論就顯得很重要。本講除了在線(xiàn)學(xué)習(xí)外，還專(zhuān)門(mén)花2個(gè)課時(shí)面對(duì)面教學(xué)，學(xué)生通過(guò)對(duì)本門(mén)課程大概的了解來(lái)提高學(xué)習(xí)效率；

（2）原理圖仿真設(shè)計(jì)。要求學(xué)生掌握EDA的設(shè)計(jì)流程，原理圖學(xué)生比較熟悉，起了承上啟下的作用；

（3）組合邏輯電路設(shè)計(jì)。讓學(xué)生熟悉基本語(yǔ)法，體會(huì)自上而下的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)理念；

（4）時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)。借助D觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器等，體會(huì)時(shí)序電路“不完整語(yǔ)句”的特點(diǎn)；

（5）狀態(tài)圖設(shè)計(jì)。升華理解時(shí)序電路的設(shè)計(jì)；

（6）開(kāi)設(shè)討論課。針對(duì)易錯(cuò)和心得體會(huì)進(jìn)行討論和演說(shuō)，交流經(jīng)驗(yàn)；

（7）DDS的仿真設(shè)計(jì)。讓學(xué)生體會(huì)到復(fù)雜項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程，撰寫(xiě)報(bào)告的格式與重要性；

（8）課程大論文的匯報(bào)檢查。大論文以小組合作學(xué)習(xí)的方式完成，模擬真實(shí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)考查的方式督促學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容進(jìn)行回顧與總結(jié)，本講實(shí)際花費(fèi)時(shí)間可能不止4學(xué)時(shí)，一方面檢查時(shí)間不夠用，另一方面學(xué)生也不一定能按時(shí)完成。

教學(xué)目標(biāo)確定后，開(kāi)始擬定具體的項(xiàng)目，本課程擬定了流水燈、交通燈等8個(gè)項(xiàng)目，如表1所示。部分知識(shí)點(diǎn)在練習(xí)中體會(huì)掌握，部分知識(shí)點(diǎn)在自學(xué)后通過(guò)課后測(cè)驗(yàn)加以強(qiáng)化。

2.優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，講練結(jié)合

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是2學(xué)時(shí)/次，但是《電子EDA技術(shù)》是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)課程，本著“以練促學(xué)”的教學(xué)思路，采取課堂訓(xùn)練為主，討論結(jié)合的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。這樣2學(xué)時(shí)/次的課堂時(shí)間顯得有些捉襟見(jiàn)肘了，因此我們安排4學(xué)時(shí)/次。在課堂結(jié)構(gòu)上采用“171”模式，即教師導(dǎo)入、學(xué)生分組并合作討論質(zhì)疑的問(wèn)題、學(xué)生展示教師總結(jié)花費(fèi)時(shí)間的比例為1∶7∶1。課前一天對(duì)學(xué)生反饋的問(wèn)題進(jìn)行匯總分析，制定教學(xué)方案。課中將學(xué)生普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行分析講解引出新的課題內(nèi)容，由學(xué)生進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)仿真，并進(jìn)行匯報(bào)。期間教師進(jìn)行指導(dǎo)和講評(píng)。和傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，將課堂延伸到了課外，通過(guò)不斷督促學(xué)生課后進(jìn)行回顧和反思，培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。教學(xué)流程采用西南交通大學(xué)范怡紅老師的方案，如圖1所示。

3.強(qiáng)調(diào)過(guò)程考核，培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題的能力

過(guò)程考核的目的主要是體現(xiàn)公平，避免一考定終身。對(duì)教學(xué)效果的評(píng)估主要由兩方面構(gòu)成：平時(shí)成績(jī)及期末考試成績(jī)，兩部分成績(jī)均有考核量表進(jìn)行評(píng)定。過(guò)程考核關(guān)注學(xué)生在整門(mén)課程學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)，學(xué)生要得到優(yōu)秀就必須各階段都認(rèn)真對(duì)待，這種考核方式讓學(xué)生抄襲和投機(jī)的動(dòng)機(jī)降低。由于課程的實(shí)施不斷有問(wèn)題的引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力也得到了激發(fā)，提升了創(chuàng)新能力。大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)保證了教師能實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，對(duì)考核的結(jié)果進(jìn)行多方位的分析，從而能靈活調(diào)整授課方式和策略，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

4.重視課前資源建設(shè)及任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教師對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳的資料包括微視頻、課件PPT、學(xué)習(xí)資料、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)等，開(kāi)放討論區(qū)功能，及時(shí)得到學(xué)生的反饋來(lái)進(jìn)行教學(xué)方案的設(shè)計(jì)。課前自學(xué)任務(wù)書(shū)是翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵文件，需要有針對(duì)性，不能脫離班級(jí)學(xué)情。通過(guò)課前自學(xué)任務(wù)書(shū)的學(xué)習(xí)后，回到課題進(jìn)行重度體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化。好的課前自學(xué)任務(wù)書(shū)有利于引導(dǎo)學(xué)生快速有效地學(xué)習(xí)，從而提高課堂的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)高效課堂。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)背景、問(wèn)題進(jìn)行思考，提升探索未知世界的能力和學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施效果。

四、結(jié)果與反思

該課程實(shí)踐性強(qiáng)的特征決定了其課程考核主要以作品的形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)，我們也通過(guò)筆試考查學(xué)生對(duì)基本概念的理解記憶。通過(guò)分析期末總評(píng)成績(jī)和學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1.端正了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，不同階段學(xué)生需要制作不同的可展示的作品，這就要求學(xué)生保持持續(xù)的學(xué)習(xí)壓力和動(dòng)力，同時(shí)項(xiàng)目的趣味性和展示性也讓學(xué)生保持一定的學(xué)習(xí)興趣。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施保證了學(xué)生可以在課外進(jìn)行較為高效的學(xué)習(xí)，并獲得教師的及時(shí)幫助，從而使得學(xué)生的最近學(xué)習(xí)區(qū)得到有效拓展。大多數(shù)學(xué)生端正了學(xué)習(xí)態(tài)度，從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，整個(gè)課程的實(shí)施過(guò)程中學(xué)生要不斷思考，保證了學(xué)習(xí)的有效性。從外在表現(xiàn)看，學(xué)生課堂上玩手機(jī)的少了，無(wú)效學(xué)習(xí)的時(shí)間少了，交流多了，課后學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習(xí)多了。

2.培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力， 并激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與潛能

每一次課都有一個(gè)任務(wù)要完成，動(dòng)手技能得到較為充分的鍛煉，同時(shí)又融入了理論，保證了學(xué)習(xí)的可持續(xù)性。循序漸進(jìn)的任務(wù)引領(lǐng)、小組合作學(xué)習(xí)，可以讓每個(gè)學(xué)生都能進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐，從而對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣與潛能得到激發(fā)。通過(guò)一個(gè)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生都可以用VHDL語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)電路的仿真和驗(yàn)證，甚至進(jìn)行故障分析，學(xué)生的協(xié)作、匯報(bào)交流能力也得到了提高。

3.學(xué)生的創(chuàng)新能力有了提升，向深度學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變

將翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)模式相結(jié)合，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中掌握課程知識(shí)要點(diǎn)，還可以體驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)作的艱辛與樂(lè)趣。小組合作學(xué)習(xí)和先學(xué)后教的方式培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)作能力、問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新意識(shí)，改變了以往的學(xué)習(xí)方式。本門(mén)課程主要應(yīng)用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)要求較低，自由發(fā)揮余地較大，因此學(xué)生的創(chuàng)新和自學(xué)探索能力得到更好的發(fā)揮。項(xiàng)目設(shè)置的開(kāi)放性和挑戰(zhàn)性以及翻轉(zhuǎn)課堂保證了對(duì)學(xué)生解決問(wèn)題能力和批判性思維能力的訓(xùn)練，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式向深度學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。例如在設(shè)計(jì)論文時(shí)，我們要求自主選題，學(xué)生展現(xiàn)了他們的無(wú)限想象力，各式各樣的電路結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)出來(lái)。同時(shí)，項(xiàng)目式教學(xué)讓學(xué)生更有成就感，也大大提高了學(xué)習(xí)興趣。

4.反思

和部分文獻(xiàn)暴露出來(lái)的問(wèn)題類(lèi)似[13]，在《電子EDA技術(shù)》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，部分學(xué)生并不適應(yīng)，主要表現(xiàn)為自學(xué)效率很低，習(xí)慣于教師講授。但是我們現(xiàn)在還只能選擇一種模式進(jìn)行授課，難以做到因材施教和個(gè)性化學(xué)習(xí)，這還需要學(xué)校從管理的角度進(jìn)行優(yōu)化和統(tǒng)籌安排。另外，專(zhuān)業(yè)課程教師面臨科研壓力和教學(xué)團(tuán)隊(duì)的限制，難以在教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)中投入更多時(shí)間進(jìn)行完善，這使得翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到更好的發(fā)揮。

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（編輯：魯利瑞）