“電子技術課程設計”的混合教學模式探索

王艷榮， 房建東， 荀延龍， 褚德欣

(內蒙古工業(yè)大學 信息工程院，內蒙古 呼和浩特 010058)

0 引言

“電子技術課程設計”是電類專業(yè)的專業(yè)技術基礎課程，課程以“模擬電子技術”和“數(shù)字電子技術”課程為先修課程，將典型模擬/數(shù)字電路的設計、分析、調試與應用有機融合，是一門理論性、實踐性都較強的課程。在整個課程設計過程中，根據(jù)設計任務的要求，需要學生查閱文獻資料，分析設計任務，進行原理電路設計并測試，如果設計過程中出現(xiàn)問題 ，需要學生再查閱資料、再分析、再設計和再測試，系統(tǒng)電路測試通過之后學生應以規(guī)范的課程設計說明書的形式對設計成果進行提交。課程設置的目的是使學生掌握電子技術方面的基本理論、基本知識及基本技能，培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，與指導教師和同學的溝通交流能力以及書面表達能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維[1～2]。

而在我校，“電子技術課程設計”教學學時僅為1周，從教學實踐的內容和進度來講這個時間是合理的，但在這樣一段教學時間內，指導教師無法不成為傳授知識和技能的主體，幫助學生解決他所遇到的問題或直接指出學生在設計過程中的錯誤，無法給學生留出足夠的時間進行自主思索。而大學教育帶給學生最寶貴的財富應該不只是教師傳授的知識，更多的是一種思維方法。其中，工程思維能力的培養(yǎng)，對工科學生學習能力和創(chuàng)新能力的提升具有十分重要的作用[3～6]。為此，依托清華大學的網(wǎng)絡教學綜合應用平臺，本文摸索出可行性強的線上線下混合教學模式，從學生分組管理、線上教學資源建設、翻轉課堂應用以及成績評定等多方面進行建設和實踐，以期在學生遇到問題時，能夠獨立尋找解決問題的方法。

1 “電子技術課程設計”混合教學模式的建設與實踐

1.1 課設周之前教學模式的建設實踐

1)對學生按等級分組并提前下發(fā)課程設計任務書

在以前的課程設計教學過程中，學生分組是以隨機抽取的形式進行組合，這種分組方式極有可能出現(xiàn)強強聯(lián)合和弱弱聯(lián)合的情況，不利于學生與學生之間的互相學習和促進，也難以有效地培養(yǎng)學生之間的合作意識和團隊精神。而課程設計任務書是在課設周的周一下發(fā)，在指導教師的指導下，絕大多數(shù)學生能夠按時完成各項要求。但是很明顯學生缺少對知識技能的“反芻”時間，使得所設計的功能電路會存在這樣或那樣的問題，比如把定時電路設計成計數(shù)電路，在邏輯電路內部用機械開關來控制信號的通斷、進而忽略器件輸入端懸空的問題等等。工程思維的培養(yǎng)需要時間的醞釀，分析問題、查閱文獻資料尋找解決問題的方法有一個反復的過程，經(jīng)過這個過程學生才能設計出相對完善的電路系統(tǒng)，在這個時間過程中慢慢體會解決實際問題必經(jīng)的階段。采用混合教學模式可以更好地應對和解決上述問題。

在混合教學模式下，根據(jù)課程設計的要求，每位教師一般指導20-30名學生，課設項目為4-5個，學生每2人一小組，4-6人一大組，做同一個項目。每一小組的人盡量做到強弱搭配，每一大組中要有一位基礎知識掌握扎實、實踐能力強的學生做組長。這種分組方式可以有效地避免學習實踐能力強的同學扎堆做同一項目的情況出現(xiàn)，能力強的學生可以對能力弱的學生進行指導和幫助。在指導和幫助過程中，能力強的學生加深了對知識的理解，能力弱的學生也會有所進步。同時從成績評定的角度講，能力強的同學扎堆做同一項目不利于優(yōu)良等級的劃分。為了避免弱勢學生不思考不動手的情況發(fā)生，指導教師在翻轉課堂的指導過程中要設置相應的問題對他們進行質詢。另外每個人的最終成績都不是完全獨立的，指導教師在成績評定時會將小組的整體和每個成員學習實踐水平都考慮進去。在集體榮譽的驅動之下，即便是對自己課程設計成績要求不高的學生也會盡力去完成課程的相關要求，從而實現(xiàn)個人的進步。

課程設計任務書在課設周到來之前3-5周下發(fā)，并同時開設一節(jié)課程設計預備課，向學生闡述課程設計混合教學模式的流程和各個環(huán)節(jié)的教學方式，以及對學生的考核方式。在此環(huán)節(jié)中要向學生演示網(wǎng)絡教學綜合平臺的用法，包括如何觀看教學視頻，如何發(fā)起提問以及如何提交作業(yè)等等。使學生完全清楚課程設計環(huán)節(jié)、以及各環(huán)節(jié)要求學習的內容和完成的工作。學生是否在網(wǎng)絡教學綜合平臺進行資源學習、能否按時提交設計成果將作為學生能否進入課設周實踐環(huán)節(jié)的門檻。

2)線上教學資源建設內容與要求

“電子技術課程設計”需要的知識和技能具有碎片化的特征，提前下發(fā)任務書的目的之一就是使學生利用課余時間完成碎片化知識和技能的學習、并有相對充裕的時間完成相應的設計任務。課程組教師在混合教學的實踐過程中總結出需要制作的教學視頻資源和文檔資源，上傳到網(wǎng)絡教學綜合應用平臺，同時要求學生在規(guī)定時間內進行知識點的學習并完成相應的課設任務模塊，在整個設計過程中鼓勵小組內交流討論，但決不允許設計結果的直接拷貝。其中主要資源結構如下。

(1)系統(tǒng)方案設計相關資源與要求：以視頻資源的形式講解系統(tǒng)方案的設計方法，說明系統(tǒng)方案中每一個功能模塊都要對應系統(tǒng)電路中的一個功能電路，所以方案設計過程中要對設計項目實現(xiàn)的功能進行分析，明確功能劃分、模塊構成以及模塊與模塊之間的控制關系。同時以一個具體的設計項目為例完整地做系統(tǒng)方案設計講解，對比較難的項目做方案設計剖析。這些教學資源可以先做成PPT文件，然后用錄屏的方法做成視頻，兩種資源都可以上傳教學網(wǎng)站。學生在一周之內完成教學資源的學習，并在一周之后的規(guī)定時間點之前上傳自己設計項目的系統(tǒng)方案。

(2)原理電路設計與仿真相關資源與要求：系統(tǒng)方案設計完成之后，構成系統(tǒng)的功能電路的設計與仿真可同步進行。由于系統(tǒng)電路最終要在實驗室進行硬件測試，因此其構成器件受限于實驗室現(xiàn)有器件的種類和存量。學生一般都希望仿真與實測所使用的器件相同，因此需要在教學平臺上傳實驗室器件清單以備學生選用。同時在平臺上傳的教學資源還包括：器件功能簡介；用器件設計功能電路的方法，比如用74LS192如何完成小容量和大容量可逆計數(shù)電路的設計、如何完成定時電路的設計，以及定時結束之后控制信號的給出方法；用門電路如何實現(xiàn)對一路信號通斷的控制；用SR鎖存器如何實現(xiàn)按鍵消抖等等。這些教學資源都是課程設計中不同課題完成需要的共性知識技能。這些知識技能的視頻在Multisim軟件下錄屏完成，制作的過程中邊畫電路圖邊講解，出現(xiàn)問題現(xiàn)場解決，既演示了Multisim軟件的使用方法，也演示了電路出現(xiàn)故障時的排除方法。這些資源要求學生在兩周之內進行學習，并完成自己設計課題的系統(tǒng)功能電路設計與仿真，將設計結果上傳至教學平臺，作為可以進入課設周進行課設的依據(jù)。同時學生在系統(tǒng)原理電路設計與仿真的過程中會反思和查找自己系統(tǒng)方案設計的問題和缺陷，返回去重新修改和說明方案設計。

總之，在課程設計周到來之前的幾周時間里，指導教師只在預備課中與學生面對面，其他時間學生利用課余時間自主學習、自主設計、自主反思設計中的問題和解決之法。學生可以將自己的疑問上傳至網(wǎng)絡教學平臺，也可以在微信公眾號或微信群里上傳，但是指導教師只會選擇有建設性的問題給予引導。因為教一個人學習，不是教他把結果記下來，而是要教他知識建立的過程，“授人以魚，不若授之以漁”，學生工程思維的建立也在線上的點滴指引中萌芽。

1.2 課設周教學模式的建設實踐

1)驗收課程設計周之前的設計成果

當學生完成了課程設計前期的方案設計、原理電路設計和仿真測試后，在接下來課程設計1周的教學時間里，教學過程主要集中在系統(tǒng)電路的驗收和硬件測試上。教學場所也由線上回到線下為主的實驗室。由于線上教學畢竟是在虛擬的世界里進行的，具有參考性但不能作為最終成績評價的依據(jù)，因此在課程設計周中要組織對學生線上設計成果的面對面驗收。這一過程要占課程設計1周時間的五分之二左右。驗收主要以翻轉課堂的形式進行，指導教師在實驗室組織學生就系統(tǒng)方案設計、原理電路設計和仿真測試進行面對面的闡述、質疑和討論。在這一過程中指導教師除了組織學生對設計思想進行闡述、組織學生與學生之間的討論和質疑，同時還要設置相應的問題質疑學生，以便全面考察學生在課設周之前的自主設計時間里的學習過程和設計過程，對學生的設計成果進行合理的等級劃分。

這一階段是對學生表達能力、合作能力以及融合其他人設計思想能力的有效鍛煉。所以指導教師在其中對設計成果只會進行點評，不會直接肯定或否定學生的工作。但是要求學生課后再查閱文獻資料，對自己的設計方案和原理電路設計進行反思和完善，翻轉課堂之后同組學生對設計成果進行自評和互評，這對于培養(yǎng)學生團結協(xié)作、交流借鑒、分析問題和解決問題的職業(yè)素養(yǎng)具有重要的作用。最后指導教師根據(jù)學生在翻轉課堂的表現(xiàn)、線下提交的終稿設計方案和電路系統(tǒng)給出課程設計過程的前期設計成績。

2)硬件電路安裝調試和撰寫說明書

學生在設計前期的電路仿真驗證正確即可以進入電路的安裝和調試階段，這一過程要占課程設計1周時間的五分之二左右。安裝調試是課程設計的重點和難點，指導教師會加強對學生的指導。尤其在電路出現(xiàn)異常現(xiàn)象或故障時，要指導學生按照觀察、測量、查找原因、調整電路、再實驗的步驟解決電路中的問題。最后指導教師根據(jù)學生在電路實際測試過程中所表現(xiàn)出來的解決問題的能力以及測試結果的正確率給出課程設計過程的后期成績。電路調試達到設計要求后，學生要對設計的全過程做出系統(tǒng)總結，按照規(guī)范格式要求撰寫設計說明書，撰寫課程設計說明書的時間占課程設計1周時間的五分之一左右。在此階段，指導教師要注意培養(yǎng)學生實事求是、嚴肅認真和客觀公正的精神。同時指導教師會在網(wǎng)絡教學平臺上傳與硬件測試相關的教學資源，包括示波器的應用、實驗箱的使用、電路故障檢測和排除方法、課程設計說明書的撰寫規(guī)范、撰寫內容及撰寫方法。這些資源可錄制成視頻資源。

由此可見，由于學生在線上教學過程中完成了課程設計的前期設計工作，使得在線下的實際教學過程中學生有充分的時間對電路系統(tǒng)進行硬件測試，學生有時間思考系統(tǒng)測試方案和測試方法，同時在系統(tǒng)測試出現(xiàn)問題時，也會有相對充裕的時間獨立思考故障產生的原因和排除方法。另外在翻轉課堂中學生可以把自己在課設前期自主設計成果、仿真測試的成果向同學闡述，學生會有由衷的自豪感和成就感，尤其是成就感會促使學生自發(fā)地改進自己所設計的電路，創(chuàng)新由此而生，創(chuàng)新能力由此而生。

3)問卷調查為完善教學資源提供方向

在課程設計教學結束時，指導教師在網(wǎng)絡教學平臺發(fā)起問卷調查，其中一個重要的問題是學生希望教師在平臺上提供什么樣的教學資源。不同的學生會有不同的訴求，指導教師根據(jù)實際情況，從有利于提高學生自主學習、勇于探索和實踐的角度出發(fā)補充平臺教學資源。所以問卷調查非常必要，可以使教學后繼工作具有方向性。

3 結語

“電子技術課程設計”是電類專業(yè)學生的一門由理論進入實踐的入門課程，在這個階段對學生進行工程思維和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)將影響他們對后繼專業(yè)課的學習態(tài)度乃至從業(yè)態(tài)度。培養(yǎng)獨立解決問題的能力、培養(yǎng)團隊精神不是一蹴而就的，需要有相對充裕的時間、適當?shù)膶W習資源和良好的培養(yǎng)模式。采用線上線下混合教學模式，在課設學時一周之前幾周下發(fā)課設任務書可以給學生提供更多的獨立思考的時間，同時在教學平臺提供教學資源，其中視頻資源為主，為解決學生在課設過程中遇到的問題提供方法和思路。這種教學模式可以初步鍛煉學生準確地觀察問題、高效地分析問題和科學地解決問題的能力，讓學生感受尋找答案的過程所帶來的快樂。當然，所有的教學模式都有一個師生的磨合過程和完善過程，課后的問卷調查能夠給指導教師提供改進教學模式的方向，指導教師的繼續(xù)努力為最終優(yōu)質教學模式的誕生點亮一盞燈。