基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)研究與實(shí)踐*

許忠宇

(石河子大學(xué)理學(xué)院 新疆 石河子 832000)

劉效勇 盧 佩

(桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 桂林 541006)

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程具有很強(qiáng)的應(yīng)用性、實(shí)踐性，因此在理工科專業(yè)課教學(xué)中具有舉足輕重的地位[1].但是，在傳統(tǒng)的實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)中往往存在很多問題：

(1)課時(shí)數(shù)較少，教學(xué)內(nèi)容大多以演示性、驗(yàn)證性、操作性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理；

(2)大多采用教師授課指導(dǎo)學(xué)生亦步亦趨的教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)效果不理想，對(duì)學(xué)生的綜合性、創(chuàng)造性和研究性能力方面訓(xùn)練不夠；

(3)理論知識(shí)不能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果緊密聯(lián)系，致使學(xué)生容易對(duì)實(shí)驗(yàn)失去興趣，嚴(yán)重挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性.

(4)受實(shí)驗(yàn)條件限制，一些自主實(shí)驗(yàn)不能完全實(shí)現(xiàn)，使得學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的良機(jī)變?yōu)閷W(xué)習(xí)課程的阻力[2，3].

基于此，我們依托石河子大學(xué)提供的軟硬件環(huán)境以及學(xué)生的實(shí)際情況，開展了該門課程的混合式教學(xué)改革和探索，包括對(duì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備預(yù)習(xí)的專題調(diào)研、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)環(huán)境多元化和實(shí)驗(yàn)器材管理靈活化、考評(píng)機(jī)制常態(tài)化等，有效地改善和提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力.

1 混合式教學(xué)改革的內(nèi)容

(1)教學(xué)內(nèi)容的改變

按照石河子大學(xué)人才培養(yǎng)方案要求，根據(jù)我校學(xué)生實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器和電子線路仿真軟件，我們自編了《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)指導(dǎo)書，包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和虛擬儀器實(shí)驗(yàn)3大部分，其中，既有必修實(shí)驗(yàn)，也有自主選修實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)類型除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)外，設(shè)置了多個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)以拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣.其中，把傳統(tǒng)獨(dú)立分散的、以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改為知識(shí)點(diǎn)涵蓋較為全面的、系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如電子秒表和交通燈電路設(shè)計(jì)與仿真等，這些題目比較新穎有趣，實(shí)用性和可行性較強(qiáng)，而且它們的組成基本包含了課程標(biāo)準(zhǔn)要求的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，能幫助學(xué)生將教材上分立的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)系統(tǒng)地聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試數(shù)字電路的能力.同時(shí)，在尊重學(xué)生的個(gè)性差異和工程素養(yǎng)差異基礎(chǔ)上，根據(jù)各自的情況進(jìn)行自主選題，相同的實(shí)驗(yàn)題目，設(shè)計(jì)既可以簡單也可以復(fù)雜些，以體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的可伸縮性和開放性.

(2)教學(xué)方法的改變

在教學(xué)方法上，我們依托學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的硬件資源，將部分演示性實(shí)驗(yàn)、基本操作要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等部分學(xué)習(xí)內(nèi)容遷移到線上教學(xué)，利用多媒體視頻、PPT、虛擬儀器、微課視頻等以演示操作、講解等方式呈現(xiàn)，以加強(qiáng)學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)的理解.同時(shí)，在設(shè)計(jì)方案的制定上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主動(dòng)手，自主設(shè)計(jì)，自主調(diào)試的自主式實(shí)踐，將整個(gè)系統(tǒng)分模塊、分階段提供基本參考方案.學(xué)生分為多個(gè)項(xiàng)目小組，小組成員按提出問題、分析問題、設(shè)計(jì)問題具體解決方案、與教師溝通討論方案、收集資料、解決問題的過程進(jìn)行，突出學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、自主性，加強(qiáng)學(xué)生之間的協(xié)作，有利于深度學(xué)習(xí).與傳統(tǒng)教學(xué)法相比，突出了3個(gè)中心的轉(zhuǎn)變，即由以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，由以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)驗(yàn)為中心，由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐為中心.告別了傳統(tǒng)模式的“看圖連線，機(jī)械模仿”，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們主動(dòng)思考，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，理論和實(shí)驗(yàn)高度融合，鉆研興趣更加濃烈，提高了實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐效果.此外，我們采用ABCD教學(xué)法，結(jié)合具體內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了線上授課單元設(shè)計(jì)，師生通過共同實(shí)施一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目而展開教學(xué)活動(dòng).

(3)教學(xué)手段的改變

由于受學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件、培養(yǎng)方案及課時(shí)的限制，導(dǎo)致學(xué)生沒有充分的時(shí)間去理解數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)理論、操作重點(diǎn)，因而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)安排內(nèi)容偏少，學(xué)生對(duì)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作能力欠佳，不利于學(xué)生的培養(yǎng)和發(fā)展.在教學(xué)手段的采用上，我們應(yīng)用混合式教學(xué)模式，進(jìn)行了部分教學(xué)改革和探索.

一是實(shí)行在線教學(xué)過程.教師分階段提供相關(guān)的文檔資料，提供開放的教學(xué)資源，如精心設(shè)計(jì)的多媒體課件、針對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)錄制的微課，虛擬實(shí)驗(yàn)室、電子教材等，供學(xué)生觀看下載.學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、查找資料、仿真、在線提交各階段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及仿真結(jié)果，學(xué)生提出問題，教師答疑解惑，實(shí)現(xiàn)師生在線交流.

二是結(jié)合面對(duì)面教學(xué)，制定詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃，緩解學(xué)生的畏難情緒.對(duì)于具體實(shí)驗(yàn)的基本要求、步驟和方法、注意事項(xiàng)以及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案，在課堂上進(jìn)行面對(duì)面的教學(xué)和討論.

三是實(shí)施開放教學(xué)，包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間開放、實(shí)驗(yàn)器材開放.提供開放的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，解決有限的時(shí)間內(nèi)不能完成的實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)學(xué)生利用開放時(shí)間還可與教師以及其他同學(xué)進(jìn)行溝通學(xué)習(xí).實(shí)驗(yàn)室常用儀器設(shè)備均向?qū)W生開放，另外項(xiàng)目制作需要的元器件、焊接工具、面包板等學(xué)生也可以帶出實(shí)驗(yàn)室.

四是將虛擬儀器技術(shù)引入數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和器材難以完成的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用虛擬儀器軟件Multisim進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn).該項(xiàng)目立項(xiàng)前，理學(xué)院物理系電子線路實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、利用率不高，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)后，建設(shè)了更加完善的教學(xué)資源庫.

五是將數(shù)字電路知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué).在指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文/設(shè)計(jì)中，我們設(shè)置相關(guān)研究課題，以增強(qiáng)學(xué)生開發(fā)、創(chuàng)新、動(dòng)手能力，提升理論和實(shí)踐技能，為未來學(xué)習(xí)就業(yè)和工作奠定良好的基礎(chǔ).把傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)有機(jī)結(jié)合起來，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才需求的變化.

(4)考核方式的轉(zhuǎn)變

改革實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)方式，構(gòu)建以全過程評(píng)價(jià)為主的評(píng)價(jià)體系，盡可能公平、公正地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)水平，在考核方式上，體現(xiàn)整體性.在實(shí)際教學(xué)過程中，嚴(yán)格按照原授課計(jì)劃進(jìn)行.為促進(jìn)混合式教學(xué)模式的發(fā)展，其中選出部分實(shí)驗(yàn)為仿真軟件的學(xué)習(xí)應(yīng)用，主要使學(xué)生熟悉仿真軟件的操作、元件選取、電路連接及實(shí)現(xiàn)的基本方法.另外結(jié)合數(shù)字電路教材理論知識(shí)，精心選取部分實(shí)驗(yàn)在電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成.為此我們制定了詳盡的考核方式和成績評(píng)定標(biāo)準(zhǔn).課程最終考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、平時(shí)實(shí)際操作能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整性、原始數(shù)據(jù)記錄.這樣，充分體現(xiàn)和考察了學(xué)生知識(shí)能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)情況.

(5)調(diào)查問卷

通過設(shè)置調(diào)查問卷收集學(xué)生反饋意見，調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)方法，彌補(bǔ)不足之處.教師通過該方式得到學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋信息.

2 教學(xué)改革成果

我們將混合式教學(xué)方法應(yīng)用于2014級(jí)和2015級(jí)的物理學(xué)專業(yè)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)4個(gè)班級(jí)的《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)過程中，取得了良好的教學(xué)效果.

(1)編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)講義

在充分領(lǐng)會(huì)學(xué)校制定的培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱精髓的基礎(chǔ)上，以國內(nèi)教材和相關(guān)《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》教材構(gòu)建教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容體系，汲取各種教材中的精華，編寫了突出實(shí)用性、通俗性和相應(yīng)學(xué)科動(dòng)態(tài)的《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》指導(dǎo)書一部以及部分《數(shù)字電路仿真實(shí)驗(yàn)》講義.

(2)完成理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)的改革，并進(jìn)行了相關(guān)程序的開發(fā)

《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》除了強(qiáng)調(diào)理論水平提高之外，還應(yīng)注重學(xué)生實(shí)踐能力的提升.在理論教學(xué)過程中，將虛擬儀器融匯到《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)過程中，以具體實(shí)例佐證虛擬儀器技術(shù)在電子線路專業(yè)學(xué)習(xí)過程中的重要作用[4].這種課程融合式教學(xué)不僅可幫助學(xué)生理解晦澀難懂的概念，還可以激發(fā)學(xué)生的想象力，使學(xué)生即能以較高的效率掌握現(xiàn)有理論的精華，又能以較快的速度去創(chuàng)新和探索.同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)過程中，緊密與科研相結(jié)合，以確保教學(xué)內(nèi)容先進(jìn)，能及時(shí)反映學(xué)科領(lǐng)域的最新科技成果.

(3)應(yīng)用于學(xué)生的畢業(yè)論文/設(shè)計(jì)實(shí)踐

在兩年的課程改革探索期間，筆者共指導(dǎo)了6名大四本科畢業(yè)生的畢業(yè)論文，在論文選題上大多設(shè)置和電子線路虛擬儀器相關(guān)的課題，包括《信號(hào)交通燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》《八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》《基于虛擬儀器的電工學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》《基于ELVIS Ⅱ的電路開發(fā)設(shè)計(jì)研究》等.指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文實(shí)踐過程中，緊密與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科研態(tài)度和獨(dú)立處理和分析、解決問題的能力.通過學(xué)生努力，指導(dǎo)的2名本科畢業(yè)生的畢業(yè)論文獲校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文，2名本科畢業(yè)生的畢業(yè)論文獲院級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文.

(4) 積累經(jīng)驗(yàn)，提升教師自身教學(xué)能力和水平

我們結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，探索傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段相結(jié)合的途徑，完成相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，同步網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源共享，并應(yīng)用于數(shù)字電路的實(shí)踐教學(xué)中，是順應(yīng)我國高校精品課程建設(shè)工程的需要.同時(shí)，我們積極參加了學(xué)校教務(wù)處和清華大學(xué)聯(lián)合舉辦的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)班，完成了相關(guān)課程設(shè)計(jì)，獲得培訓(xùn)證書，并公開發(fā)表2篇相關(guān)教學(xué)研究論文，積累了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提高了自身教學(xué)水平.

3 結(jié)束語

通過數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)，我們的教學(xué)理念和教學(xué)方法得到了有效提升，取得了一些教學(xué)成果：

(1)打破了傳統(tǒng)的師生關(guān)系，倡導(dǎo)生本模式.即學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性與教師教學(xué)的啟發(fā)性有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，更多地關(guān)注在課程教學(xué)活動(dòng)過程中學(xué)生的參與和知識(shí)的獲得.

(2)加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和工程問題解決能力，構(gòu)建創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的課程教學(xué)體系.

(3)打破了傳統(tǒng)“一考定成績”的考核方式，將學(xué)生考核貫穿于整個(gè)教學(xué)過程.

當(dāng)然，在實(shí)踐過程中，由于自身水平和條件限制仍然存在一些不足，如學(xué)生生源太少，課程設(shè)置課時(shí)不足，教學(xué)方案改變，實(shí)驗(yàn)硬件限制等.盡管在我校幾次本科人才培養(yǎng)方案中不斷變更該門課程名稱，但在該課程幾輪上課過程中收獲的心得和積累的經(jīng)驗(yàn)在其他課程,如大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)中也可以加以借鑒、吸收和轉(zhuǎn)化.隨著信息技術(shù)的發(fā)展、知識(shí)體系的深度融合、學(xué)生對(duì)象的差異化、輔助工具的更新優(yōu)化，課程教育教學(xué)改革永遠(yuǎn)在路上.