基于智慧課堂的“模擬電子技術(shù)”教學(xué)改革與實踐

邢麗坤，凌六一，張 梅

（1.安徽理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué) 人工智能學(xué)院，安徽 淮南 232001）

模擬電子技術(shù)是高校電氣信息類專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程體系中起著承上啟下的作用，其教學(xué)效果直接影響學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)，如何提高課程教學(xué)效果是教學(xué)改革問題的關(guān)鍵所在。學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)相對其它電類技術(shù)基礎(chǔ)課往往感覺較為吃力， 其原因主要有以下幾方面：第一，該課程工程性強、內(nèi)容繁雜、器件種類多，很多知識點都比較獨立；第二，其分析方法與電路課程分析方法不同，需把數(shù)學(xué)建模思想靈活應(yīng)用到電路應(yīng)用中去，是一種近似的定性分析，這使學(xué)生理解該分析方法有一定難度；第三，電子技術(shù)發(fā)展日新月異，而學(xué)校實驗設(shè)備、設(shè)施的更新往往跟不上發(fā)展的需要， 這使學(xué)生實驗和實踐機會受到限制。因此，如何更新觀念、更新知識、更新角色，如何讓學(xué)生學(xué)會學(xué)、學(xué)會合作、體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式、教學(xué)實踐，這些都是值得深入探究的問題。

全國各高校課題組教師及相關(guān)學(xué)者都致力于模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)改革，如盧文娟提出基于“SPOC + 翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式，將 Multisim 軟件和“雷實驗”工具引入課堂教學(xué)［1］；周飛紅、黃彩云針對“模擬電子技術(shù)”課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題,采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，以“靜態(tài)工作點的設(shè)置”為例,對課前教學(xué)資源的準(zhǔn)備、課中教學(xué)活動的組織以及課后的教學(xué)拓展三個環(huán)節(jié)進行了教學(xué)設(shè)計［2］；張俊杰、杜娟采 用“理 論(Theory)—驗 證(Test)—創(chuàng)新(Try)”的3T 模式,對模擬電子技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化,引入工程案例和典型應(yīng)用電路,旨在加強學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)［3］；張博強、張濤等探討了通過智慧課堂“+A3 分析法”的教學(xué)模式來提高教學(xué)效果［4］。 模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革任重道遠(yuǎn)，文章引入信息化教學(xué)手段，利用超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式，一方面，通過網(wǎng)絡(luò)平臺提供豐富的線上課程學(xué)習(xí)資源，使學(xué)生可以自學(xué)與課程相關(guān)的知識，完成知識儲備；另一方面，線下課堂采用引導(dǎo)式、交互式案例實物教學(xué)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，旨在通過線上教學(xué)和線下課堂的有機融合以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

一、混合式教學(xué)設(shè)計

結(jié)合基于產(chǎn)出的工程教育理念，課程組成員圍繞“模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)特點，充分利用在線課程優(yōu)勢，將“線上+線下”有機融合，以智慧課堂網(wǎng)站建設(shè)為依托， 同時教師采用多種信息化教學(xué)手段，并將其貫穿課前（教學(xué)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)）、課中（課堂交互環(huán)節(jié)）和課后（教學(xué)提升環(huán)節(jié)）整個教學(xué)過程，逐級達到教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)設(shè)計充分體現(xiàn)出混合式教學(xué)特征，如圖1 所示。

圖1 混合式教學(xué)設(shè)計

（一）課前準(zhǔn)備

課前教學(xué)活動以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)知識興趣為目的。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進行知識點分解并選取與日常生活密切相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容制作通俗易懂的PPT、微視頻、動畫等教學(xué)資料，在超星平臺提前發(fā)布，并推送預(yù)習(xí)要求、思考問題給學(xué)生。學(xué)生在教學(xué)平臺上自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)，通過獨立的探究、思考、實踐等方式達成學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括觀看微課、視頻、動畫等內(nèi)容，增加感官認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)興趣，完成并提交預(yù)習(xí)作業(yè)，實現(xiàn)課前知識儲備［5-6］。 教師根據(jù)系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)和學(xué)生預(yù)習(xí)中提出的問題，對相關(guān)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計方案進行修改。 以BJT 單管放大電路靜態(tài)工作點分析這節(jié)為例，首先以“音響”放大聲音的視頻推送引起學(xué)生學(xué)習(xí)該節(jié)理論知識的興趣，再通過動畫演示Multisim 軟件仿真不同靜態(tài)工作點情況下信號放大的動畫，使學(xué)生對“放大”的概念從感官認(rèn)識提升到要探索實踐，最后通過完成預(yù)習(xí)題和作業(yè)，實現(xiàn)對“靜態(tài)工作點對放大影響”這節(jié)課的知識儲備。

（二）課中交互

課中教師以學(xué)生問題比較多的知識點或感興趣的話題導(dǎo)入新課程， 精講預(yù)習(xí)中學(xué)生的疑難點。教學(xué)過程圍繞課前自學(xué)成果開展翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生分組進行演講展示，在新課程內(nèi)容講解中利用智慧教學(xué)工具，采取搶答、選人、主題討論、分組等形式使學(xué)生參與課堂教學(xué)，課程內(nèi)容講解后會下達新任務(wù)，學(xué)生通過合作探究的方式完成并提交成果。 教師根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，對學(xué)生知識點薄弱環(huán)節(jié)補充講解，重點進行實例問題解析，使學(xué)生對所學(xué)新課程進一步鞏固運用［7-8］。 這樣的課堂體現(xiàn)出以學(xué)生為主的教學(xué)理念，同時又能夠活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效率。以BJT 單管放大電路靜態(tài)工作點分析這節(jié)為例，在課上，教師首先以學(xué)生疑問比較多的“為什么可以放大”為話題引入本節(jié)新內(nèi)容，以通俗易懂的“能量守恒”原理來解釋學(xué)生覺得不可思議的“放大”，在此基礎(chǔ)上講解知識點“放大的原理”，并通過超星智慧工具開展“放大原理”主題討論。放大原理這部分是模擬電子技術(shù)的難點內(nèi)容，為了讓學(xué)生加深理解，學(xué)生分組實物搭建放大電路，以練代講， 通過硬件電路和Multisim 模擬仿真的結(jié)合，讓學(xué)生能夠更直觀地認(rèn)識放大電路在不同靜態(tài)工作點下的工作情況，這種“虛實結(jié)合，邊練邊講”的課中教學(xué)大大加深了學(xué)生對重難點內(nèi)容的理解。

（三）課后提升

模擬電子技術(shù)涉及的器件和電路種類繁多，學(xué)生很難在課上有限的時間內(nèi)完全掌握和吸收，課后是學(xué)生提升能力的有效環(huán)節(jié)，教師利用超星平臺或APP 向?qū)W生推送課后復(fù)習(xí)任務(wù)、課后作業(yè)。同時，教師點對點給學(xué)生發(fā)送感興趣的學(xué)習(xí)網(wǎng)站和文章搜索的關(guān)鍵詞，學(xué)生通過查找和閱讀文獻能夠開闊視野和了解電子技術(shù)發(fā)展新動態(tài)，同時可檢驗自己課堂學(xué)習(xí)的效果。師生可通過平臺進行在線交流和討論，以及在線評閱作業(yè)、打分和評價等。教師在統(tǒng)計界面可直觀地看到該課程學(xué)生的學(xué)習(xí)進度及任務(wù)完成情況，學(xué)生通過該界面也可清楚地看到自己的學(xué)習(xí)進度及任務(wù)完成情況。網(wǎng)絡(luò)平臺成為師生交流的有效途徑，拉近了師生距離，同時學(xué)生的問題和疑惑得到及時解答，學(xué)習(xí)積極性得以提高。

二、教學(xué)改革措施

（一）樹立以學(xué)生為主體的教學(xué)理念

以往的課堂教學(xué)，教師習(xí)慣讓學(xué)生跟著自己的思路走，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性，對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過于概念化和理想化，教師對電路的分析和設(shè)計過于理論化，沒有考慮模擬電子技術(shù)在應(yīng)用層方面的實際問題。

根據(jù)工程專業(yè)教育認(rèn)證的三個理念 “學(xué)生中心—SC、成果導(dǎo)向—OBE、持續(xù)改進—CQI”，課程組教師充分研究“模擬電子技術(shù)”課程特點，課前發(fā)布學(xué)生感興趣的動畫、微視頻、PPT 等教學(xué)資料，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的興趣，由易到難推送布置預(yù)習(xí)思考題，使學(xué)生不斷思考，對新知識產(chǎn)生好奇心和疑問， 等待課堂時間； 課上利用智慧教具開展，如：搶答、選人、主題討論、小組協(xié)作等豐富的課堂活動，把課堂教學(xué)的主動權(quán)交給學(xué)生，使學(xué)生對所學(xué)新課程進一步鞏固運用； 課后利用教學(xué)平臺或APP 多向交流，學(xué)生可以隨時隨地、無時無刻地和教師交流溝通，切實落實“以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體”的現(xiàn)代教育思想。

（二）采用案例式教學(xué)

模擬電子技術(shù)課程內(nèi)容繁雜、 器件種類多，且具有很強的實踐性和綜合性。案例式教學(xué)方式以案例為素材，把模擬電子技術(shù)的基本概念、基本原理和分析方法融合在案例中，引導(dǎo)學(xué)生到電子電路設(shè)計工程實際場景，調(diào)動學(xué)生參與分析討論，使學(xué)生深入理解工程案例中關(guān)聯(lián)教材的基本概念、基本原理和基本電路分析方法，以實現(xiàn)理論教學(xué)和工程實際的有機結(jié)合。以“單相橋式整流電路”為例設(shè)計案例教學(xué)，眾所周知，各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品都需要電源供電，電源最常用的是電源適配器，展示實物如圖2 所示， 并演示這種電源適配器可以將220V 的交流電轉(zhuǎn)換為5V 直流電壓和2A 直流電流輸出，為電子產(chǎn)品提供電源，通過實際效果激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生樹立“只要認(rèn)真學(xué)完這節(jié)內(nèi)容，我也可以設(shè)計和制作手機充電器”類似的堅定信念，然后再以實例為依托講解單相橋式整理電路的原理和電路（如圖3 所示），相關(guān)案例教學(xué)可使抽象的理論具體化，便于學(xué)生理解和掌握。

圖2 電源適配器圖片

圖3 仿真電路和整流電壓波形圖

（三）建立多元化考評方式

多年以來，A 省A 大學(xué)課程的考評成績基本由期末成績決定，這種應(yīng)試方式的考核模式很難使學(xué)生保持良好的持續(xù)學(xué)習(xí)狀態(tài)，大部分學(xué)生往往考試前一兩周突擊復(fù)習(xí)。為保持學(xué)生擁有良好的持久學(xué)習(xí)狀態(tài)和積極性，課題組借鑒國外專業(yè)認(rèn)證的課程評價體系，降低期末成績在考核中的比例，增加學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核， 把期末考試比例由原來的70%-80%降低為50%， 過程考核在總成績占比50%，過程考核包括：線上線下交互學(xué)習(xí)部分、電路設(shè)計和仿真部分、大作業(yè)部分等。 具體多元化考評制度包括如下三點：

1.考評主體多元化，學(xué)生成績由教師+學(xué)生+線上平臺共同評價。

2.考評方式多元化，學(xué)生最終成績?yōu)槎喾N成績加權(quán)求和：“平時+實踐+期末考試”，平時成績包括課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、階段測試，以及大作業(yè)、小組討論等；實踐成績根據(jù)學(xué)生的實踐動手能力及實踐報告質(zhì)量進行評分，期末考試成績主要考核學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度，通過提高平時和實踐環(huán)節(jié)在考核中的比重，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、樹立理論聯(lián)系實際的國際工程觀念。

3.考評內(nèi)容多元化，學(xué)生考評內(nèi)容由：線上線下平時30%+電路仿真10%+大作業(yè)10%+期末考試50%組成， 并在期末考試內(nèi)容中增加綜合性設(shè)計題目，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)理論知識去分析解決實際問題的能力。 表1 數(shù)據(jù)為考評要求、考評項目和所占比例的具體內(nèi)容。

表1 “模擬電子技術(shù)”考評方式

（四）創(chuàng)新課程思政模式

“模擬電子技術(shù)” 課程作為安徽理工大學(xué)首批思政課程建設(shè)示范課程，將學(xué)科、學(xué)術(shù)資源有效轉(zhuǎn)化為思政教育資源，實現(xiàn)知識傳授和價值引領(lǐng)有機融合，提煉“愛國情懷、文化自信、社會責(zé)任”等思政元素，在專業(yè)學(xué)習(xí)中潛移默化地對學(xué)生進行科學(xué)價值觀的熏陶。

以模擬電子技術(shù)的核心內(nèi)容“放大電路”為例，這部分要求學(xué)生掌握放大電路組成、工作原則及指標(biāo)分析， 包括 BJT 構(gòu)成的 CE、CC、CB 三種組態(tài)放大電路，F(xiàn)ET 構(gòu)成的 CS、CD、CG 三種組態(tài)放大電路，以及由BJT 和FET 組成的多級放大電路，這部分的課程思政主要引導(dǎo)學(xué)生“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”。放大電路對交流信號的放大，其實質(zhì)是對直流電源能量的轉(zhuǎn)移與控制，讓學(xué)生明白哲學(xué)道理“需求決定表現(xiàn)形式”， 在電路選擇時應(yīng)根據(jù)實際需要解決問題，來選擇采用BJT 放大還是FET 放大，再根據(jù)電路指標(biāo)需求選擇放大電路的組態(tài)。教師引導(dǎo)學(xué)生采用“唯物辯證思想”去分析放大電路的直流工作狀態(tài)和交流工作狀態(tài)。通過學(xué)習(xí)反饋放大電路，正確理解“事物的兩面性”，放大電路引入負(fù)反饋后可以改善放大電路的性能，比如增益穩(wěn)定性提高、非線性失真減小、展寬頻帶寬度等，但引入反饋后會使增益減小， 且反饋深度加大的多級放大電路還可能會產(chǎn)生自激振蕩。 教師通過反饋對放大電路影響的兩面性引導(dǎo)學(xué)生用辯證觀點對待事物， 培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀和價值觀，充分發(fā)揮其個人能力。

三、課程改革成效

“模擬電子技術(shù)”課程自2018 年獲批智慧課堂課程建設(shè)項目以來，課程組已在電氣工程和智能控制兩個專業(yè)開展了兩輪混合式教學(xué)改革的具體實踐。 通過這種混合式的教學(xué)方式，大大提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。 19 級電氣工程及其自動化專業(yè)及19 級電氣工程與智能控制專業(yè)的“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)，分別使用該平臺和不使用該平臺后進行測試， 結(jié)果顯示電氣工程專業(yè)學(xué)生成績明顯好于智能控制專業(yè)學(xué)生（如圖4 所示）。 同時， 該模式能夠極大地調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動參與和思考問題，提高了學(xué)生的求知欲，有利于學(xué)生掌握關(guān)鍵技能，這樣能夠使學(xué)生提高動手操作能力、開闊視野等，激發(fā)其創(chuàng)新能力，較好地達成課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)（如表2 所示）。

表2 電氣工程專業(yè)課程分目標(biāo)達成度統(tǒng)計表

圖4 電氣工程和智能控制專業(yè)模電成績分布圖

四、結(jié) 語

以智慧課堂為依托的線上線下混合式教學(xué)模式， 在A 省A 大學(xué)模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革中取得預(yù)期的教學(xué)效果，該教學(xué)模式貫穿課前、課中、課后每個教學(xué)環(huán)節(jié)，工程案例教學(xué)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)課程的興趣；多元化考評方式注重學(xué)習(xí)過程和創(chuàng)新能力的考核，與國際接軌；課程思政元素的融入對培養(yǎng)具有愛國情懷的專業(yè)技術(shù)人才起到積極作用。