中國大學(xué)MOOC與Proteus仿真軟件等平臺(tái)在數(shù)字電路線上課程中的應(yīng)用

劉佳潔　李錫豐

一、引言

2019年底，新型冠狀病毒給各行各業(yè)帶來了沉重打擊，為有效降低因人員聚集而引發(fā)交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，保障師生健康安全，教育部于2020年1月27日發(fā)布《教育部關(guān)于2020年春季學(xué)期延期開學(xué)的通知》，要求適當(dāng)推遲春季學(xué)期開學(xué)時(shí)間。2月17日，教育部又發(fā)布了“‘停課不停學(xué)該如何教怎么學(xué)”的文章，要防止照搬、套用正常課堂教學(xué)方式直接用于線上。2月25日，廣東省教育廳印發(fā)《關(guān)于線上教育安排的通知》，對(duì)全省各級(jí)各類學(xué)校開展線上教育作出明確規(guī)定。

本文以中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程《數(shù)字電子技能與實(shí)訓(xùn)》為例，以中國大學(xué)MOOC、雨課堂、QQ群教學(xué)為載體，以學(xué)生為中心，對(duì)線上教學(xué)進(jìn)行了探索實(shí)踐與反思。

二、課程簡介以及學(xué)情分析

《數(shù)字電子技能與實(shí)訓(xùn)》是中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是筆者所在學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)必修課中的專業(yè)核心課程，該課程理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密，應(yīng)用性較強(qiáng)。課程教學(xué)目標(biāo)是掌握數(shù)字電路的組成、原理及分析方法，掌握數(shù)字電路在生產(chǎn)、生活中的基本應(yīng)用知識(shí)，掌握數(shù)字電路的安裝和故障判斷及故障排除的技能。內(nèi)容涉及各種門電路、組合電路和時(shí)序電路的基本概念、數(shù)字集成電路的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)、引腳功能，原理圖繪制，軟件仿真，儀器儀表的使用，電路制作與測(cè)試等。

學(xué)習(xí)本課程的學(xué)生為中職一年級(jí)第二學(xué)期學(xué)生，和普通高中生相比，學(xué)生思維比較活躍，有強(qiáng)烈的獨(dú)立自主需要，但在自理和自控能力方面又不足;同時(shí)，他們是跟隨互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)成長的一代，具備一定的信息素養(yǎng)。

三、新冠肺炎疫情下線上教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

開展線上教學(xué)離不開網(wǎng)絡(luò)與教學(xué)平臺(tái)的支持，由于大規(guī)模同時(shí)開展，網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)出現(xiàn)了卡頓不能通暢運(yùn)行的情況。并且一段時(shí)間過后，學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)新鮮期已過，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)惰性;農(nóng)村地區(qū)的部分學(xué)生存在WIFI信號(hào)質(zhì)量差、學(xué)習(xí)設(shè)備不足等問題;部分實(shí)驗(yàn)課程無法通過在線方式開展。另外，教師授課經(jīng)驗(yàn)缺乏、教學(xué)條件受限、專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)配套難以跟進(jìn)、教學(xué)內(nèi)容繁雜、學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)管和課業(yè)評(píng)價(jià)困難等現(xiàn)實(shí)問題，使得線上授課不盡人意。

四、中國大學(xué)MOOC、雨課堂、仿真軟件、QQ 群等多平臺(tái)在線教學(xué)模式

針對(duì)線上教育，國內(nèi)已經(jīng)存在不少優(yōu)秀的在線課程平臺(tái)，如中國大學(xué) MOOC、學(xué)堂在線、智慧樹、雨課堂、超星學(xué)習(xí)通等。這些平臺(tái)各有其特色和優(yōu)勢(shì)，筆者根據(jù)教學(xué)實(shí)際要求與學(xué)生總體情況，主要選用了中國大學(xué)MOOC、雨課堂、QQ群、Proteus仿真軟件作為教學(xué)工具，其中中國大學(xué) MOOC 平臺(tái)中的課程設(shè)計(jì)和編排是依據(jù)國標(biāo)的教學(xué)大綱，全面覆蓋知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)顆粒度大小適中，每個(gè)教學(xué)視頻長度 5 至 10 分鐘，比較切合學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的需求。不僅可以在電腦上觀看學(xué)習(xí)，也提供了手機(jī)客戶端 App，讓學(xué)生在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以學(xué)習(xí)，降低了學(xué)習(xí)設(shè)備的要求。

2016年，學(xué)堂在線與清華大學(xué)共同研發(fā)了混合式教學(xué)智慧工具——雨課堂，它的到來是為了全面提升課堂教學(xué)體驗(yàn)，讓師生互動(dòng)更多、教學(xué)更為便捷。雨課堂目前只是PPT中的一個(gè)插件，電腦端只需要有2010版本及以上的Microsoft office或者WPS office個(gè)人版，即可安裝雨課堂。它是基于微信開發(fā)的課堂工具，所以手機(jī)端不需要再安裝雨課堂APP，只需要在微信上關(guān)注雨課堂公眾號(hào)即可使用。

QQ作為一款即時(shí)通訊軟件，具有廣泛的使用基礎(chǔ)，最大的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)給學(xué)生帶來額外的軟件和硬件負(fù)擔(dān)。利用QQ群，可以方便地開展課前的學(xué)情調(diào)研、課中的在線講授和討論，以及課后的輔導(dǎo)答疑等活動(dòng)。

根據(jù)《數(shù)字電子技能與實(shí)訓(xùn)》課程理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，由于疫情期間無法實(shí)地指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，筆者選用Proteus軟件對(duì)課程中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真教學(xué)。仿真又稱模擬，是利用模型模擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，利用仿真軟件等系統(tǒng)工具的模擬功能對(duì)電路環(huán)境和電路過程進(jìn)行模擬，達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的目的。Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有二十年左右歷史，在全球應(yīng)用廣泛。Proteus可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等全部功能。

五、數(shù)字電路技能與實(shí)訓(xùn)課程多平臺(tái)在線教學(xué)模式的實(shí)施——以《組合邏輯電路的設(shè)計(jì)》為例

課程開展的基礎(chǔ)是建立教師和學(xué)生順暢的交流溝通渠道，基于QQ在學(xué)生中的廣泛使用及其強(qiáng)大的功能，教師在開課前一周建好課程學(xué)習(xí)QQ群，與每一位參加學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行了確認(rèn)，選定課代表設(shè)為管理員，協(xié)助教師組織學(xué)生的學(xué)習(xí);發(fā)布群公告，使全體學(xué)生了解課程在線教學(xué)的開展方式、課程資源的網(wǎng)址和所需軟件等;引導(dǎo)和幫助學(xué)生安裝“中國大學(xué)MOOC”APP和“雨課堂”微信小程序。

參考廣東省教育廳托底課程的線上教學(xué)模式：“線上導(dǎo)學(xué)（直播、錄播、答疑）+線下自學(xué)的方式進(jìn)行安排，一般情況下一節(jié)課安排10至20分鐘的導(dǎo)學(xué)，留出學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思考的時(shí)間和空間?！北鹃T課的教學(xué)過程由課前MOOC視頻預(yù)習(xí)與問卷星限時(shí)作答、課中雨課堂QQ群分享屏幕講解和教師答疑等環(huán)節(jié)組成，減少視頻時(shí)間，增加課堂討論，以降低學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)流量壓力，并促進(jìn)學(xué)生真正參與在線學(xué)習(xí)。

根據(jù)廣東省教育廳的要求，線上課程教師講授（直播、錄播）時(shí)間一般不超過20分鐘。筆者以《組合邏輯電路的設(shè)計(jì)》這一課題為例，分享該課程的線上授課時(shí)間分配，如表1 所示。

以下是具體實(shí)施過程。

1.課前

將預(yù)習(xí)教學(xué)課件《3.1.3組合邏輯電路的設(shè)計(jì)》以及視頻鏈接在該講前上傳到QQ群文件，如圖1所示，使學(xué)生提前了解教學(xué)內(nèi)容和過程，做好充分準(zhǔn)備，也解決了學(xué)生學(xué)習(xí)資料缺乏的問題。

留給學(xué)生一定的預(yù)習(xí)時(shí)間之后，通過問卷星發(fā)布本節(jié)課限時(shí)作業(yè)，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，如圖2所示。

2.課中

經(jīng)過充分的課前準(zhǔn)備，課程按照正常的課表安排時(shí)間進(jìn)行授課。教師在上課前，準(zhǔn)備好電腦和手機(jī)，上課前5分鐘在雨課堂發(fā)布簽到，并在QQ群通知學(xué)生準(zhǔn)備上課;讓學(xué)生掃碼進(jìn)入課堂，學(xué)生簽到完成后，開始上課。

首先，發(fā)布課前預(yù)習(xí)作業(yè)的完成情況，如圖3所示，利用QQ群分享屏幕功能對(duì)習(xí)題進(jìn)行直播講解，時(shí)長5分鐘左右。通過當(dāng)堂作業(yè)點(diǎn)評(píng)展示，督促學(xué)生更好地完成各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)。也讓學(xué)生從理論上再次鞏固組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟：變量設(shè)定—列真值表—寫表達(dá)式—畫邏輯圖，為后續(xù)實(shí)際問題的設(shè)計(jì)做好知識(shí)鋪墊。

接著，利用QQ群共享屏幕直播通過如何設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)視交通燈工作狀態(tài)的電路來講解組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟。課中，教師通過雨課堂的隨機(jī)點(diǎn)名來提問學(xué)生檢查其知識(shí)掌握情況。被點(diǎn)到名的學(xué)生回答教師的問題，同時(shí)其他未被點(diǎn)到名的學(xué)生可以利用雨課堂發(fā)送投稿回答問題，學(xué)生遇到困惑時(shí)，可以通過發(fā)送彈幕、發(fā)送投稿、點(diǎn)擊不懂按鈕，及時(shí)向教師提出。

畫出實(shí)驗(yàn)電路之后，采用Proteus電子仿真軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如圖4所示。

最后，利用雨課堂推送本次課的思考題：“為什么在進(jìn)行組合邏輯電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡？”設(shè)置答題時(shí)間為10分鐘，學(xué)生在手機(jī)雨課堂端進(jìn)行作答，如圖5、圖6所示。

3.課后

答題時(shí)間結(jié)束后，教師收題，點(diǎn)擊手機(jī)遙控端的作答情況，查看學(xué)生詳情，包括已作答人數(shù)和未答人數(shù)等信息。在下一次課上，教師根據(jù)學(xué)生的作答情況進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。

同時(shí)，根據(jù)雨課堂自動(dòng)生成的各類學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)難點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，在QQ群中予以反饋，對(duì)于進(jìn)度拖后的學(xué)生單獨(dú)進(jìn)行督促;及時(shí)解答學(xué)生在課后學(xué)習(xí)中通過QQ提出的問題。

4.教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

學(xué)生不返校期間，家庭成為學(xué)生學(xué)習(xí)的主陣地，線上教育能否取得實(shí)效，在很大程度上取決于能否形成家校共育的合力。此外，如何在同學(xué)的幫助下通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)共享學(xué)習(xí)資源、共同提高駕馭網(wǎng)絡(luò)的能力，也會(huì)影響線上教學(xué)效果。所以，本門課的課程線上教學(xué)評(píng)價(jià)反饋體系共設(shè)置了教師評(píng)價(jià)（60%）、家長評(píng)價(jià)（10%）、學(xué)生自評(píng)（20%）及同學(xué)互評(píng)（10%）四個(gè)部分，其中教師評(píng)價(jià)采用形成性過程考核，課程考核比例為：平時(shí)成績50%+期末50%。平時(shí)成績主要包括課前預(yù)習(xí)限時(shí)作業(yè)、線上討論加分情況及平時(shí)出勤狀況等，進(jìn)一步確保教學(xué)工作有序開展。

六、教學(xué)反思與體會(huì)

在線教學(xué)是疫情下的應(yīng)急之舉，如何實(shí)現(xiàn)在線課程與線下課程實(shí)質(zhì)等效，必須意識(shí)到線上教育不等于教師直播授課，應(yīng)該合理利用已有在線開放課程，特別是國家精品在線開放課程，開展在線翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。本文利用中國大學(xué)MOOC 平臺(tái)解決課前自學(xué)、利用雨課堂進(jìn)行課中直播、以QQ群進(jìn)行課后拓展等學(xué)習(xí)活動(dòng)，方便了師生教與學(xué)的過程。

責(zé)任編輯陳春陽