?基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的模塊化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

廉玉欣 侯云鵬 侯博雅 史庚蘇 吳建強(qiáng)

摘? 要 基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，不僅解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱經(jīng)常出現(xiàn)的接觸不良、接插件損壞等問題，而且具有易于操作、性能穩(wěn)定、通用性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。該裝置有利于全開放、自主學(xué)習(xí)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的開展，有助于提高實(shí)驗(yàn)系列課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能水平。

關(guān)鍵詞 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論;電子技術(shù);實(shí)驗(yàn)裝置;自主學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）10-0125-03

Abstract Based on constructive learning theory and modular design idea， an electronic technology experimental device is designed， which not only solves the problems of loose contact and damage of?connectors in traditional experimental device， but also has the advan-tages of easy operation， stable performance， good universality， safetyand reliability. The device is conducive to the development of open and self-learning experimental teaching mode， and helps to improve the teaching quality of experimental courses and experimental skills for student.Key words constructive learning theory; electronic technology; experimental device; independent study

1 引言

基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的模塊化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置是哈爾濱工業(yè)大學(xué)國家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的重要硬件平臺(tái)，承擔(dān)國家級(jí)精品課程、國家級(jí)精品資源共享課——電工電子實(shí)驗(yàn)系列課程中的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)等八門實(shí)驗(yàn)課程的硬件實(shí)驗(yàn)，每年有近3000名學(xué)生來該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，年均約八萬人時(shí)數(shù)。

基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的模塊化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，既可以整體組成一套完整的模擬、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可以根據(jù)學(xué)生自身需求，分離成個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平臺(tái)。不僅解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱經(jīng)常出現(xiàn)的接觸不良、接插件損壞等問題，而且更加有利于全開放、自主學(xué)習(xí)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的開展，保證了電工電子實(shí)驗(yàn)系列課程的教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生電工電子實(shí)驗(yàn)技能水平。

2 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論是在瑞士心理學(xué)家讓·皮亞杰（J.

Piaget）的結(jié)構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上創(chuàng)立的。皮亞杰認(rèn)為，兒童自身的知識(shí)是由兒童與周圍環(huán)境相互作用的過程中逐漸建構(gòu)的[1]。其后，慢慢衍生出建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的一般化觀點(diǎn)：學(xué)習(xí)是獲取知識(shí)的過程，是在一定情境下，借助他人的幫助而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程[2]。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，不僅要求學(xué)生由外部刺激的被動(dòng)接受者和知識(shí)的灌輸對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者，而且要求教師要由知識(shí)的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)建構(gòu)意義的幫助者、促進(jìn)者。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，教師和學(xué)生的地位、作用和傳統(tǒng)教學(xué)相比，已經(jīng)發(fā)生很大變化。這就意味著教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)過程中采用全新的教學(xué)模式、全新的教學(xué)方法和全新的教學(xué)設(shè)計(jì)思想，摒棄以教師為中心、單純強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授、把學(xué)生當(dāng)作知識(shí)灌輸對(duì)象的傳統(tǒng)教學(xué)模式[3]。傳統(tǒng)高等教育的灌輸式教學(xué)，學(xué)習(xí)主體和客體之間缺乏有效的相互作用。

早在2006年，胡曉光教授就提出基于建構(gòu)主義的電子技術(shù)課程教學(xué)模式，將課程重點(diǎn)與難點(diǎn)以問題探究的形式給出，教師以此進(jìn)行課程導(dǎo)論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)學(xué)習(xí)平臺(tái)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)研究，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)質(zhì)量的目的[4]。此外，他也提到這樣的教學(xué)模式必須要有相應(yīng)的軟、硬件環(huán)境配套，才能達(dá)到預(yù)期的效果。

國內(nèi)一些學(xué)者分別在2010年和2013年提出將建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論應(yīng)用于模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并給出具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施方案和步驟，但是沒有將該理論應(yīng)用到數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中[5]。

3 模塊化的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置的教學(xué)應(yīng)用

模塊化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置? 與傳統(tǒng)意義的模擬、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱不同，模塊化的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置由基礎(chǔ)平臺(tái)和35種子模塊組成。子模塊可分為模擬實(shí)驗(yàn)單元模塊、數(shù)字實(shí)驗(yàn)單元模塊和拓展模塊三類。

1）基礎(chǔ)平臺(tái)?；A(chǔ)平臺(tái)為多孔插件底板，相當(dāng)于一塊大的面包板;采用塑料材質(zhì)，能夠兼容所有單元模塊，不帶電氣連接。

2）模擬實(shí)驗(yàn)單元模塊。模擬實(shí)驗(yàn)單元模塊包括電阻排、電容排、二端元件、三端元件、電位器、電源模塊、直流可調(diào)電源模塊、功率三極管、集成插座模塊等10類共計(jì)17種模塊。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，將電阻、電容、集成運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓管等元件安放到對(duì)應(yīng)模塊上。

3）數(shù)字實(shí)驗(yàn)單元模塊。數(shù)字實(shí)驗(yàn)單元模塊包括十位邏輯電平輸出模塊、十位邏輯電平顯示模塊、共陰數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、脈沖源、數(shù)碼管等七類共計(jì)10種模塊，可實(shí)現(xiàn)邏輯電平輸入、邏輯電平顯示、時(shí)鐘脈沖信號(hào)、數(shù)碼顯示等功能。

4）拓展模塊。拓展模塊包括揚(yáng)聲器、蜂鳴器、LED顯示、轉(zhuǎn)換接口、復(fù)位按鈕、開關(guān)、直流風(fēng)機(jī)、功能擴(kuò)展模塊等八種模塊。功能擴(kuò)展模塊提供熱敏電阻、光敏電阻、溫度傳感器、整流橋、繼電器、穩(wěn)壓管、駐極體話筒、發(fā)光二極管等元件。

模塊化的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置可以整體組成一套完整的模擬、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖1所示。學(xué)生也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，利用子模塊在基礎(chǔ)平臺(tái)上建構(gòu)自己個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)電路，如圖2所示。

實(shí)際教學(xué)應(yīng)用

1）滿足多個(gè)專業(yè)和課程的教學(xué)要求。該裝置能夠貼近實(shí)際教學(xué)，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，滿足不同專業(yè)不同課程的教學(xué)要求：面向電類專業(yè)和非電類專業(yè)本科生開設(shè)“模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”“數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”“電工學(xué)實(shí)驗(yàn)”“電子線路實(shí)驗(yàn)”“電工與電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)1、2、3”“數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)”等實(shí)驗(yàn)課程;面向全校碩士研究生開設(shè)一門創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程“高級(jí)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)”，可開設(shè)“電子儀器儀表的綜合應(yīng)用”“共射基本放大電路的研究”“集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用”“波形發(fā)生電路”“水溫控制系統(tǒng)”“時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用”“組合邏輯電路及其應(yīng)用”等42個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2）建立個(gè)性化、多樣性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。模塊化的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置有利于開展個(gè)性化、多樣性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容研究，可以讓學(xué)生根據(jù)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，在該裝置上建構(gòu)獨(dú)具特色的實(shí)驗(yàn)電路和解決方案，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造潛力，從而更加有利于培養(yǎng)創(chuàng)造型高素質(zhì)人才;可應(yīng)用于不同類型、不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)涵蓋驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性、啟發(fā)性、創(chuàng)新性不同層次。多層次、多類型實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，突出學(xué)生個(gè)性化的培養(yǎng)，有助于學(xué)生掌握科學(xué)方法，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能。

3）促進(jìn)教學(xué)方法與教學(xué)模式的改革。基于該裝置，面向?qū)W生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，開設(shè)自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭髮W(xué)生自主構(gòu)思、策劃、安排、完成、總結(jié)一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程，可以是對(duì)應(yīng)理論課中某一個(gè)特定章節(jié)的內(nèi)容，也可以是幾個(gè)章節(jié)內(nèi)容的綜合，但核心是這個(gè)實(shí)驗(yàn)必須是學(xué)生自己“想”出來并完成的。該裝置能夠滿足自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目的多樣性以及實(shí)驗(yàn)方案的發(fā)散性，有助于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。

重新編寫模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，進(jìn)一步夯實(shí)全開放、自主學(xué)習(xí)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式;并在高等教育出版社出版實(shí)驗(yàn)教程一部，用于電類專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

4 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境將軟、硬件有機(jī)結(jié)合，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為學(xué)生營造全開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境[6]。

硬件環(huán)境建設(shè)

1）電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室更新了56套模塊化的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。

2）升級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的服務(wù)器，擴(kuò)充校園網(wǎng)用戶訪問中心網(wǎng)站的數(shù)量。

3）建立虛實(shí)結(jié)合遠(yuǎn)程在線仿真實(shí)驗(yàn)室，共40臺(tái)套。

軟件環(huán)境建設(shè)

1）利用“愛課程網(wǎng)”國家級(jí)精品資源共享課平臺(tái)、高等教育出版社數(shù)字課程平臺(tái)以及國家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)協(xié)同共享，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的硬件資源，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，更新預(yù)考核試題，提供方波、三角波發(fā)生電路等10個(gè)虛實(shí)結(jié)合遠(yuǎn)程在線仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，就已經(jīng)掌握實(shí)驗(yàn)操作流程和基本要求，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

3）采用文本、圖片、動(dòng)畫、仿真、視頻、Flash等方式，建立完備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理資源庫，包含儀器儀表的使用視頻課件、實(shí)驗(yàn)操作視頻、教學(xué)錄像、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)視頻課件等教學(xué)資源。

由于實(shí)驗(yàn)課程的特殊性，為了更加清晰細(xì)致地多角度、多方位詮釋實(shí)驗(yàn)講授和操作全過程，借鑒MOOC建設(shè)思路，以知識(shí)點(diǎn)為牽引，編寫實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，撰寫教學(xué)錄像腳本，設(shè)計(jì)教學(xué)錄像環(huán)節(jié)，錄制實(shí)驗(yàn)教學(xué)微視頻41個(gè)。這些經(jīng)過精心設(shè)計(jì)、反復(fù)雕琢的實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像，能夠較好地反映實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的全過程，實(shí)用性強(qiáng)，易于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。圖3所示為矩形波發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)微視頻。

5 結(jié)語

哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室從2016年開始實(shí)施基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的模塊化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，迄今已經(jīng)運(yùn)行近兩年，總體效果良好。實(shí)驗(yàn)室充分利用國家級(jí)精品資源共享課平臺(tái)、高等教育出版社數(shù)字課程平臺(tái)和國家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)協(xié)同共享，構(gòu)建建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境，配合模塊化的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，踐行學(xué)校“以學(xué)生為中心、學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展成效驅(qū)動(dòng)”的教育理念，有利于推進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力。

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