提升“數(shù)字電子技術(shù)”課程線上直播教學(xué)效果的探討

鄧濤　朱明強(qiáng)

[摘 要] “數(shù)字電子技術(shù)”是一門電子信息類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要特點(diǎn)是理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。為了提升“數(shù)字電子技術(shù)”及其類似課程的線上直播教學(xué)效果，要做好線上直播教學(xué)的宣傳工作;優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)流程、PPT、課堂練習(xí)和思考題，為線上教學(xué)做好充分準(zhǔn)備;通過多提問、增強(qiáng)互動(dòng)，及時(shí)回顧和總結(jié)知識(shí)點(diǎn)、梳理知識(shí)體系，加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，著力提高在線課堂教學(xué)質(zhì)量;通過課后練習(xí)、章節(jié)作業(yè)、習(xí)題課以及考核評(píng)估，強(qiáng)化學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字電子技術(shù);線上教學(xué);教學(xué)效果

[作者簡(jiǎn)介] 鄧 濤（1983—），男，陜西寶雞人，博士，北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)系副主任，北京交通大學(xué)國(guó)家工科基礎(chǔ)課程電工電子教學(xué)基地副主任，副教授，主要從事微納傳感器與系統(tǒng)研究;朱明強(qiáng)（1984—），男，云南大理人，博士，北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院國(guó)家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心工程師，主要從事精密傳感器及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究。

[中圖分類號(hào)] G642? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）12-0133-04? ? [收稿日期] 2020-09-20

一、引言

“數(shù)字電子技術(shù)”是電子信息類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，核心內(nèi)容是數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。長(zhǎng)期以來，該課程主要以課堂講授和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的線下教學(xué)方式開展。雖然筆者參與建設(shè)的“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”慕課（MOOC）課程屬于國(guó)家精品在線開放課程[1]，但一直以來僅作為線下教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)的教輔資源使用。新冠肺炎疫情的突然暴發(fā)和常態(tài)化防控，使得線上教學(xué)迅速成為2020年春季學(xué)期的主要教學(xué)方式。線上教學(xué)主要有“錄播+線上答疑”形式和“直播+線上答疑”兩種形式形式（以下簡(jiǎn)稱直播）?？紤]到“數(shù)字電子技術(shù)”的課程性質(zhì)和學(xué)生對(duì)線上教學(xué)的適應(yīng)性，本課程選擇了線上直播的形式開展教學(xué)。教學(xué)平臺(tái)以具有錄制和復(fù)播功能的騰訊課堂為主，以騰訊會(huì)議、中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)、微信群為輔。通過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)、探索、實(shí)踐和持續(xù)改進(jìn)，本課程線上直播教學(xué)取得了較好的教學(xué)效果，總結(jié)一些經(jīng)驗(yàn)和方法，以期為“數(shù)字電子技術(shù)”及類似課程的線上直播教學(xué)提供借鑒。

二、切實(shí)做好線上直播教學(xué)的宣傳工作

雖然遠(yuǎn)程教學(xué)、線上直播教學(xué)的概念由來已早，近幾年視頻課程、MOOC課程也獲得了較大的發(fā)展[2，3]，但是“數(shù)字電子技術(shù)”這種理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、難度較高的工科“硬課”完全采用線上直播教學(xué)畢竟是第一次。不論是授課教師還是學(xué)生，對(duì)于這種新的教學(xué)模式難免有疑慮甚至抵觸情緒，因此需要在開課前借助微信群等平臺(tái)做好充分的宣傳工作。

第一，線上直播教學(xué)打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)在時(shí)空上的局限，是疫情等特定條件下的“滿意解”。第二，線上直播教學(xué)提供了豐富、優(yōu)質(zhì)、可重復(fù)播放的學(xué)習(xí)資源，形式、風(fēng)格多種多樣，可滿足學(xué)生個(gè)性化、多元化的學(xué)習(xí)需求。第三，線上直播教學(xué)從某種程度上講，也是培養(yǎng)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)習(xí)慣、意識(shí)和能力的好機(jī)會(huì)，有助于改善傳統(tǒng)課堂過分倚重教師的授課方式，這與“以學(xué)生為中心”的教育理念在一定程度是契合的。正如清華大學(xué)校長(zhǎng)邱勇教授所言，“毫無疑問，疫情過后基于校園的傳統(tǒng)教育模式將發(fā)生深刻變化”[4]，與其疑慮和排斥，不如敞開心扉，大膽嘗試和探索這種新的教學(xué)模式。

除了做好宣傳工作之外，教師和學(xué)生還應(yīng)做好線上直播教學(xué)平臺(tái)的相關(guān)培訓(xùn)，熟練使用平臺(tái)的分組、討論、共享等各種功能，以免教學(xué)效果打折扣。

三、精心準(zhǔn)備線上直播教學(xué)資料

針對(duì)線上課堂較難實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，不能實(shí)時(shí)把控課堂狀況等，需要在課前精心做好以下準(zhǔn)備工作。

1.認(rèn)真鉆研教學(xué)內(nèi)容，把握重難點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)流程。比如，線上教學(xué)時(shí)學(xué)生一直盯著屏幕，注意力集中的時(shí)間有限，這就要求教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能避免長(zhǎng)篇大論，最好將一個(gè)大問題細(xì)化為若干個(gè)小問題，分節(jié)講授。

2.合理設(shè)計(jì)PPT，特別是動(dòng)畫。“數(shù)字電子技術(shù)”課程的核心內(nèi)容是數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)，涉及大量的電路圖、波形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）、真值表、態(tài)序表、邏輯表達(dá)式等。電路圖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的元器件種類和數(shù)目較多，即使是同一電路，在不同時(shí)序條件下其輸出結(jié)果也可能不同。線下教學(xué)中，教師在講授PPT時(shí)，隨時(shí)可以借助黑板對(duì)學(xué)生有疑問的局部電路進(jìn)行“放大”剖析，對(duì)中間過程進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)。而線上直播教學(xué)時(shí)，將屏幕在PPT和電子白板之間切換較麻煩，并且在電子白板中畫電路圖和輸入公式非常費(fèi)時(shí)，最好的解決方法是將所有待講授內(nèi)容都納入PPT。這就對(duì)PPT的設(shè)計(jì)提出了更高的要求：第一，要對(duì)學(xué)生可能出現(xiàn)疑問的地方進(jìn)行預(yù)判，并做好解答預(yù)案;第二，電路分析和設(shè)計(jì)的過程要一步一步展示出來，步驟清楚、結(jié)構(gòu)完整，避免一股腦兒展示最終結(jié)果。合理利用PPT中的動(dòng)畫功能有助于實(shí)現(xiàn)上述要求。

3.精心設(shè)計(jì)課堂思考題和練習(xí)題。線下課堂教學(xué)時(shí)，教師可以通過眼神、表情等與學(xué)生進(jìn)行交流來實(shí)時(shí)判斷學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握情況，而線上直播教學(xué)時(shí)這一重要的師生交流途徑被斬?cái)嗔?。這就要求教師必須通過其他的途徑來實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，最簡(jiǎn)單有效的方式就是提問和練習(xí)（隨堂測(cè)試）。因此，需要在備課時(shí)精心設(shè)計(jì)合適的思考題和練習(xí)題，原則是小而精，避免大而繁、長(zhǎng)時(shí)間打斷授課流程。

除此之外，最好提前將下次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)和資料通過微信群、網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)等發(fā)送給學(xué)生，如MOOC視頻鏈接、電子版教材等，讓學(xué)生學(xué)有目標(biāo)，預(yù)習(xí)有抓手，提問有思考。

四、理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高線上直播教學(xué)質(zhì)量

教師在線授課時(shí)，為了切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，需要特別做好以下三方面工作。

1.多提問，增強(qiáng)互動(dòng)。如前所述，線上直播教學(xué)與線下課堂教學(xué)最大的不同點(diǎn)在于師生不能面對(duì)面交流和互動(dòng)。這種情況可能會(huì)導(dǎo)致以下幾個(gè)問題：其一，教師肢體語言的缺失增加了學(xué)生理解問題的困難;其二，教師難以實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，甚至不知道學(xué)生是否在聽課;其三，互動(dòng)的減少使得教師授課的節(jié)奏和速度加快。這幾個(gè)問題相耦合，線上直播教學(xué)很容易變成老師越講越快、自?shī)首詷返摹皢慰谙嗦暋保瑢W(xué)生一個(gè)地方?jīng)]聽懂或是思路沒跟上就掉隊(duì)了。要改善這種情況就要多提問，增強(qiáng)師生交流和互動(dòng)。首先，要鼓勵(lì)學(xué)生多提問。學(xué)生和教師的認(rèn)知和思維存在差異，很多時(shí)候教師認(rèn)為的難點(diǎn)對(duì)學(xué)生而言可能并非難點(diǎn);相反的，教師認(rèn)為很簡(jiǎn)單、一筆帶過的內(nèi)容可能會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生疑問。因此，學(xué)生提問是最重要的教學(xué)反饋，通過它可以精確定位學(xué)生的疑問所在，讓授課變得有的放矢?？梢怨膭?lì)學(xué)生有疑問時(shí)打斷教師講授、隨時(shí)提問，也可以在結(jié)束一小段教授后鼓勵(lì)學(xué)生集中提問。其次，授課教師要多提問。教師提問一方面可以實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，另一方面有考勤的功效，可以督促學(xué)生認(rèn)真聽講?？梢蕴釂杺€(gè)別同學(xué)，也可以向全班提問讓學(xué)生搶答，還可以采用隨堂測(cè)試的方式提問。提問要事先做好準(zhǔn)備，針對(duì)重難點(diǎn)或是學(xué)生理解容易出現(xiàn)偏差的地方提問。此外，可以考慮將提問和互動(dòng)納入課程平時(shí)成績(jī)。

2.及時(shí)回顧和總結(jié)，梳理知識(shí)體系。每次課以回顧上次課的主要內(nèi)容、重難點(diǎn)為開始，進(jìn)而通過已學(xué)知識(shí)適用范圍的局限性等問題導(dǎo)入本次課的內(nèi)容。按照“是什么、為什么、做什么”組織課程教學(xué)，突出教學(xué)重點(diǎn)，化解教學(xué)難點(diǎn)。教師通過闡述“是什么”，讓學(xué)生明晰知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)內(nèi)容;通過講解“為什么”，分析該知識(shí)點(diǎn)的來龍去脈，讓學(xué)生明了知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)系，形成有機(jī)的知識(shí)體系;通過示例“做什么”，加深學(xué)生對(duì)原理和概念的深刻理解，學(xué)以致用。針對(duì)每一種電路，不僅要講清楚其概念、結(jié)構(gòu)、參數(shù)和工作原理，更要結(jié)合該電路的應(yīng)用背景、發(fā)展歷程，通過與功能或結(jié)構(gòu)類似電路的對(duì)比與分析，歸納總結(jié)該電路的特點(diǎn)和適用范圍。例如，在講授觸發(fā)器電路時(shí)，由同步RS觸發(fā)器抗干擾能力弱，引出主從RS觸發(fā)器;進(jìn)而由主從RS觸發(fā)器的輸入有約束條件，引出輸入無約束條件的主從JK觸發(fā)器;再由主從JK觸發(fā)器要求激勵(lì)信號(hào)維持不變的時(shí)間較長(zhǎng)，引出抗干擾能力更強(qiáng)的邊沿JK觸發(fā)器。層層深入、環(huán)環(huán)相扣，一方面使學(xué)生形成完整、有機(jī)的知識(shí)體系;另一方面通過帶領(lǐng)學(xué)生重溫觸發(fā)器發(fā)展的歷程，使學(xué)生領(lǐng)略科學(xué)技術(shù)不斷探索、突破、前進(jìn)的魅力，學(xué)習(xí)科研創(chuàng)新的方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，特別是仿真實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。

“數(shù)字電子技術(shù)”是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，數(shù)字電子世界遠(yuǎn)比書本上介紹的豐富多彩，合理地設(shè)置課內(nèi)實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。由于時(shí)空的阻隔，線上直播教學(xué)無法讓學(xué)生親自到實(shí)驗(yàn)室觀摩和開展實(shí)驗(yàn)，這時(shí)如果有口袋實(shí)驗(yàn)室是最好的，學(xué)生可以隨時(shí)隨地開展簡(jiǎn)單的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)。如果沒有口袋實(shí)驗(yàn)室等硬件條件，則可以利用Multisim、Protel DXP等仿真與設(shè)計(jì)軟件開展數(shù)字電路仿真實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于學(xué)生理解抽象的電路原理和功能是極其有用的[5]。實(shí)際上，仿真已經(jīng)成為數(shù)字電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)必不可少的一個(gè)步驟。比如，我們可以通過仿真來熟悉555型集成時(shí)基電路的工作原理，也可以通過仿真來設(shè)計(jì)一個(gè)任意模制計(jì)數(shù)器。在仿真實(shí)驗(yàn)之外，如果教師能將同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)好的電路在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)，并將實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果錄制為視頻，在網(wǎng)絡(luò)直播課堂上演示就更好了。通過在課程教學(xué)中穿插仿真實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，切實(shí)提高課堂教學(xué)效果。

五、強(qiáng)化課后練習(xí)和考核評(píng)估，提高學(xué)生活學(xué)活用能力

課后練習(xí)和考試是“數(shù)字電子技術(shù)”學(xué)習(xí)中一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，是檢查和鞏固學(xué)習(xí)效果的重要手段和必要形式。優(yōu)化設(shè)計(jì)課后練習(xí)和考核評(píng)估的內(nèi)容和方式、方法，有利于提高學(xué)生活學(xué)活用所學(xué)知識(shí)分析和解決復(fù)雜問題的能力。

1.借助SPOC平臺(tái)，每節(jié)課后安排練習(xí)和討論。小規(guī)模限制性在線課程SPOC（Small Private Online Cource）支持線上線下相結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)，以及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理[6]。課后練習(xí)不同于章節(jié)作業(yè)，主要考查和幫助學(xué)生鞏固基本概念與知識(shí)點(diǎn)，兼有考勤的功能，因此要求題目少且難度低。討論題目主要用于引導(dǎo)學(xué)生辨析基本概念和知識(shí)點(diǎn)的深層次內(nèi)涵，探究其應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。設(shè)計(jì)合理的題目并適當(dāng)引導(dǎo)討論，可以有效增強(qiáng)學(xué)生之間、師生之間的互學(xué)互動(dòng)，形成“你爭(zhēng)我趕”、積極向上的學(xué)習(xí)氛圍。例如，在筆者負(fù)責(zé)的“數(shù)字電子技術(shù)”SPOC課程中，我們?cè)O(shè)計(jì)了“為什么說邏輯函數(shù)的真值表和最小項(xiàng)表達(dá)式具有唯一性”“與TTL門電路相比，CMOS門電路的優(yōu)點(diǎn)有哪些”等討論題，學(xué)生參與討論的次數(shù)可達(dá)百余次。

2.定期安排作業(yè)和線上答疑。除了每節(jié)課后的練習(xí)，每個(gè)章節(jié)結(jié)束后需要安排一些綜合性的習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生活學(xué)活用所學(xué)知識(shí)分析和解決復(fù)雜問題的能力。在做作業(yè)的過程中，學(xué)生不可避免地會(huì)遇到各種各樣的問題，特別是線上直播教學(xué)時(shí)很多問題不易被發(fā)現(xiàn)，這時(shí)線上答疑和習(xí)題課就顯得尤為重要。建議先通過騰訊會(huì)議或騰訊課堂等平臺(tái)進(jìn)行共性問題集中講解，再通過提問和點(diǎn)評(píng)對(duì)個(gè)性化問題進(jìn)行解析。

3.線上考試。考試作為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果的重要手段，在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中也是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于視頻監(jiān)考等手段存在一定的局限性，線上考試過程中可能會(huì)出現(xiàn)借助于網(wǎng)絡(luò)作弊的問題，比如網(wǎng)上查詢答案、拷貝同學(xué)電子答案等。為了杜絕此類問題的發(fā)生，建議考試采用開卷的形式進(jìn)行，最重要的是考試題目的設(shè)計(jì)要強(qiáng)調(diào)主觀性、開放性，以數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)題目為主，避免死記硬背、答案唯一的客觀性強(qiáng)題目。例如，在“數(shù)字電子技術(shù)”課程期末考試中筆者設(shè)計(jì)了這樣一道題目，“請(qǐng)利用觸發(fā)器和基本門電路設(shè)計(jì)一個(gè)序列碼檢測(cè)器，當(dāng)輸入101碼時(shí)，對(duì)應(yīng)最后一個(gè)1，電路輸出為1，否則輸出為0”。該題目按照是否可檢測(cè)重疊碼、采用何種觸發(fā)器進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，可以有10余種答案，充分考查學(xué)生活學(xué)活用所學(xué)知識(shí)分析和解決復(fù)雜問題的能力。線上考試，考前要做好考試紀(jì)律學(xué)習(xí)、宣傳工作，引導(dǎo)學(xué)生簽訂考試誠(chéng)信個(gè)人承諾書;考試中要求學(xué)生手寫答卷，每張答卷在中間寫出個(gè)人姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)等信息;考試后通過拍照上傳考卷。

六、總結(jié)

在常態(tài)化疫情防控背景下，在線教學(xué)逐漸成為與線下教學(xué)并行的教學(xué)方式。通過課前做好宣傳和教學(xué)設(shè)計(jì)，課上加強(qiáng)交互、優(yōu)化教學(xué)方法、理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)，課后勤加練習(xí)、合理進(jìn)行考核評(píng)估，可以有效提高“數(shù)字電子技術(shù)”及其類似課程的線上直播教學(xué)質(zhì)量。

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Abstract： Digital Electronic Technology is a technical basic course of electronic information major. Its main characteristic is the close combination of theory and practice. In order to improve the teaching effect of live online teaching of Digital Electronic Technology and other similar courses， we should first do a good job in the publicity of online live teaching; secondly， we should optimize the design of teaching process， the PPT， the classroom exercises and questions， so as to make full preparation for online teaching; furthermore， we should timely review and summarize the knowledge points， sort out the knowledge system， and strengthen the simulation experiments and demonstration experiments， focusing on improving the quality of online teaching by raising more questions and enhancing interactions; finally， through after-school exercises， chapter assignments， exercise classes and assessments， we can strengthen students comprehensive ability to analyze and solve complex engineering problems.

Key words： Digital Electronic Technology; online teaching; teaching effect