數(shù)字電子技術(shù)課程改革實踐思路探索

李雅卓　謝正媛　劉霞　祝頤蓉

一、緒論

近年來隨著“人工智能”“物聯(lián)網(wǎng)”“大數(shù)據(jù)”等新興技術(shù)的高速發(fā)展，一場改變?nèi)祟愇磥砩罘绞降募夹g(shù)革命即將到來。這一變革勢必會對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、教育等各個領(lǐng)域產(chǎn)生沖擊。在高等教育方面，若仍沿用傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式將難以滿足時代發(fā)展的需求。因此，對傳統(tǒng)教育方式和新型教育方式的優(yōu)缺點進行總結(jié)，探索適應(yīng)時代發(fā)展的教育理念和人才培養(yǎng)模式，不斷實踐進行教學(xué)改革，是每位教育工作者應(yīng)盡的責(zé)任和使命。

數(shù)字電子技術(shù)是各大電類專業(yè)的一門工程基礎(chǔ)教育平臺課程，該課程既具有很強的理論性和系統(tǒng)性，又有很強的工程性和實踐性。通過該課程的教學(xué)，教師不僅應(yīng)傳授數(shù)字電子技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析能力、實際動手能力、解決實際設(shè)計問題等各項綜合能力，為后續(xù)真正參與工程實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

本文以數(shù)字電子技術(shù)為例，從知識傳授、能力培養(yǎng)以及專業(yè)素養(yǎng)三個層面出發(fā)，探討現(xiàn)代高等教育的課程改革思路以及實踐結(jié)果。

二、教學(xué)現(xiàn)狀分析

數(shù)字電子技術(shù)主要采用理論教學(xué)+實踐教學(xué)的授課模式。其中，理論教學(xué)的授課內(nèi)容主要包括：邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與整形以及模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等。授課方式一般采用線下課堂教學(xué)為主，線上教學(xué)為輔，逐章講解的方式。實踐教學(xué)包括數(shù)字電子技術(shù)實驗和課程設(shè)計兩部分，要求學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路的設(shè)計方法與應(yīng)用，具備根據(jù)實際問題進行分析、設(shè)計與優(yōu)化的能力。目前，在信息爆炸的大時代背景下，學(xué)生在課堂上的專注時長不斷縮短，若采用傳統(tǒng)的逐一講解知識點的方式進行授課，將難以在有限的時間內(nèi)清晰完整地將知識教授給學(xué)生。另外，不論是理論教學(xué)還是實踐教學(xué)，該課程的課程目標(biāo)主要還是停留在知識的傳授層面。根據(jù)工程教育認(rèn)證的三大核心理念：以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進，數(shù)字電子技術(shù)的理論和實驗課程的課程目標(biāo)應(yīng)能滿足工程知識、設(shè)計/開發(fā)解決方案、使用現(xiàn)代工具、終身學(xué)習(xí)等多個方面的人才培養(yǎng)要求。因此，根據(jù)課程特點，需要從知識傳授層面、能力培養(yǎng)層面和專業(yè)素養(yǎng)層面分別進行教學(xué)改革。

三、教學(xué)改革思路與實踐

（一）知識傳授層面

為保證在授課過程中維持學(xué)生的專注度.只采用傳統(tǒng)逐章、逐知識點授課的方式已無法獲得較好的教學(xué)效果。學(xué)生很容易由于授課內(nèi)容的枯燥且缺乏條理性而無法跟上教師的教學(xué)進度。根據(jù)以上問題，在知識傳授層面的教學(xué)改革思路如下：（1）授課前，提前將本節(jié)課的知識點梳理出來，展示給學(xué)生并闡述各知識點之間的邏輯關(guān)系，提前強調(diào)重點知識點。（2）授課中，在講授知識點時應(yīng)條理清晰，按照概念、原理、應(yīng)用的順序進行講解。在知識點與知識點的過渡時，再次強調(diào)它們的邏輯關(guān)系，有助于學(xué)生在聽課過程中實時了解當(dāng)前講授知識點在本門課中的地位與重要性。（3）授課結(jié)束前，再次總結(jié)本節(jié)課程講授的所有知識點，并引導(dǎo)學(xué)生進行建設(shè)性的思考。

根據(jù)以上教學(xué)改革思路，在授課過程中筆者采用了Q&A筆記教學(xué)法，進行了實踐研究。Q&A筆記教學(xué)的方法為，在課堂開始前要求學(xué)生在筆記本上繪制一個具有3列的表格。第一列為“問題列（Question）”，該列的內(nèi)容由教師在上課之前給出。第二列為“回答列（answer）”，該列由學(xué)生在上課過程中填寫完成。第三列為“評論與討論列（Discussion and Comments）”，該列由學(xué)生在課后進行復(fù)習(xí)時填寫完成，如下表所示。

以組合邏輯電路章節(jié)中某一次課堂教學(xué)過程為例。授課前，首先梳理本次課將要介紹的知識點，列出Q&A表格，如下表所示。該次課將要講授2個知識點，其中每個知識點均按照概念、原理和應(yīng)用三個層級進行劃分，并以提問的形式羅列在表格的Question欄位中。因此，課程講授前，學(xué)生已經(jīng)了解了本次課將要學(xué)習(xí)的知識點以及每個知識點需要掌握的具體內(nèi)容。在授課過程中，學(xué)生需要認(rèn)真聽課，找到這些問題的答案，完成Answer欄位中問題答案的填寫。教師在授課過程中也應(yīng)針對表格內(nèi)容提醒學(xué)生回答表格中的問題，并強調(diào)知識點之間的邏輯關(guān)系。課程結(jié)束前，教師針對表格進行總結(jié)，提出建設(shè)性的思考題，讓學(xué)生思考。學(xué)生在課后根據(jù)教師的總結(jié)和提問填寫最后的評論和討論欄位，對相關(guān)知識點進行進一步的深入探討。如果將學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)過程比做在大海中航行，那么授課前，給出Q&A表格則是提前將航道告訴學(xué)生.而表格中的每個問題則是航道中的浮標(biāo)，在知識海洋中起到實時定位的作用。課堂結(jié)束，學(xué)生完成全部Answer欄位的填寫，即可認(rèn)為到達終點。而評論和討論欄位則用來總結(jié)航行技巧并注明航道中存在的暗礁（知識難點）。

筆者針對19級學(xué)生，在課堂上采用了Q&A筆記教學(xué)法進行數(shù)字電子技術(shù)課程的理論教學(xué).課程結(jié)束時對全班進行問卷調(diào)查，考察該方法的有效性，調(diào)查結(jié)果如下圖所示。其中，認(rèn)為該教學(xué)方法有效的學(xué)生占比達到90%以上?？梢?，在教學(xué)過程中，提前劃分課程知識點，采用Q&A筆記教學(xué)方法有助于提高學(xué)生的聽課效率，提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）能力培養(yǎng)層面

在知識傳授層面教學(xué)改革基礎(chǔ)上，應(yīng)進一步注重能力培養(yǎng)。包括知識應(yīng)用方面的能力和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)兩個方面。

實驗教學(xué)過程可作為知識應(yīng)用方面能力培養(yǎng)的有效手段。實驗教學(xué)內(nèi)容應(yīng)盡量與課堂教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合。實驗過程分為3個環(huán)節(jié)：預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、實驗環(huán)節(jié)、撰寫實驗報告環(huán)節(jié)。預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過在課堂上學(xué)到的數(shù)字電路的分析與設(shè)計方法，對實際問題進行分析研究，設(shè)計出滿足特定功能的數(shù)字電路，并撰寫預(yù)習(xí)報告。鍛煉分析設(shè)計能力和靈活應(yīng)用知識的能力。實驗環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生根據(jù)實驗報告中的設(shè)計內(nèi)容，實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字電路并利用硬件描述語言，進行程序設(shè)計，完成硬件調(diào)試，實現(xiàn)FPGA硬件設(shè)計，鍛煉動手能力。實驗過程中應(yīng)增設(shè)驗收環(huán)節(jié)，要求學(xué)生主動說明電路設(shè)計的原理和操作過程，鍛煉溝通和語言表達能力。撰寫實驗報告環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在預(yù)習(xí)報告基礎(chǔ)上完善實驗報告內(nèi)容，對實驗結(jié)果進行分析總結(jié)并寫明實驗過程中遇到的具體問題和解決方法。通過實驗過程三個環(huán)節(jié)的鍛煉，既能幫助學(xué)生鞏固和加深數(shù)字電子技術(shù)的相關(guān)理論知識.又能培養(yǎng)分析與解決問題的能力、動手能力、靈活應(yīng)用知識的能力以及溝通和表達能力。