新工科背景下“數(shù)字電子技術”實驗教學改革實證研究

張平娟，閆改珍，王 岳

（安徽科技學院 電氣與電子工程學院，安徽 蚌埠 233100）

2018年教育部發(fā)布《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》，其遵循三大基本原則：一是突出學生中心，注重激發(fā)學生的學習興趣和潛能，創(chuàng)新形式、改革教法、強化實踐；二是突出產出導向，優(yōu)化課程設置，更新教學內容，切實提高人才培養(yǎng)的目標達成度；三是突出持續(xù)改進，及時評價、及時反饋、持續(xù)改進［1］。這三項原則，為本科教學質量提升指明了路徑和方向?！皵?shù)字電子技術”課程是電子信息工程本科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程，在專業(yè)人才培養(yǎng)過程中起到承上啟下的作用，具有很強的實踐性、理論性。其中數(shù)字電子技術實驗是數(shù)字電子技術課程中的重要組成部分，對提升學生理論學習的積極性、提高學生的實踐動手能力、促進學生后續(xù)課程的學習和專業(yè)能力的培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。然而，隨著信息技術的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術實驗課教學模式已經不能適應現(xiàn)實需求，教學手段不夠豐富、教學內容局限性較大以及課程考核不夠科學等問題愈顯突出。鑒于此，本文擬對傳統(tǒng)“數(shù)字電子技術實驗”教學模式狀況進行分析，挖掘癥結所在，探尋改革方案，以期實現(xiàn)以新的教學模式推進學生學習自主性的提高、知識視野拓展、課堂學習效率的提高、增強教學效果評價的客觀性以及綜合能力的提升。

一、傳統(tǒng)“數(shù)字電子技術實驗”教學模式狀況分析

傳統(tǒng)教學模式狀況可以從教學內容、教學方式、教學手段和考核方式等方面進行分析，如圖1所示。在傳統(tǒng)教學模式下，實驗教學教師首先提前布置任務，發(fā)布實驗內容，學生根據(jù)課程實驗指導書進行實驗前的預習，然后在課堂上以板書的形式將課程實驗內容和方法步驟列出，然后進行實驗演示；學生再根據(jù)實驗演示和實驗步驟進行接線操作，記錄數(shù)據(jù)，比照實驗結果。在教學內容上，以驗證性、綜合性、設計性為主要特征，創(chuàng)新型和挑戰(zhàn)度較低；在教學方式上，以線下為主，學生被動式學習，灌輸式接受知識，學生積極性不高；在教學手段上，以傳統(tǒng)手段為主，局限性較大，比如由于板書受時間和板面限制，現(xiàn)場實驗演示展示面較窄，課堂效率較低；在考核方式上，以實際操作和實驗報告為主，在一定程度上忽視了過程性考核，科學性較差。因此，傳統(tǒng)教學模式雖能夠完成課程的基本任務，但在激發(fā)學生主動性、積極性和提升學生創(chuàng)新意識方面仍然存在不足。

圖1 傳統(tǒng)“數(shù)字電子技術實驗”課教學模式分析

二、“數(shù)字電子技術實驗”改革實施

對數(shù)字電子技術實驗課程改革而言，現(xiàn)代信息技術的發(fā)展是改革機遇更是動力［2］。課程改革針對性地從教學模式、教學手段、教學內容和考核方式等方面進行，運用“超星學習通”“雨課堂”等平臺，采取線上線下相結合的方式進行，在課前、課中和課后采取多樣化的教學手段，從驗證性、綜合性、設計性三個方面對數(shù)字電子技術課程的教學內容進行優(yōu)化，強化過程性考核，實行綜合性評價。如圖2所示。

圖2 改革后的實驗教學

（一）線上線下混合教學方式

采用線上演示與線下實驗室操作相結合的方式，實施線上線下混合式教學。學生可以通過手機或電腦等終端設備隨時隨地打開線上課程進行學習。實驗課教師在實施面授的課堂教學方法時自由度更大，授課時可及時掌握學生課前預習的完成情況，以便于開展有針對性的個性化指導［3］。通過對學生在線測試和學習動態(tài)的統(tǒng)計，教師可以全面把握學生的學習情況，進行動態(tài)跟蹤，及時提醒學生完成預習和復習。教師實時線上對學生的預習引導，明確課前預習的重點，對學生困惑的知識點進行點對點的答疑解惑，師生通過教學平臺在線交流，增強過程性指導［4］。

（二）多樣化的教學手段

教學全程包括課前、課中和課后三個階段，充分的師生課前準備是整個教學過程取得良好效果的基礎?！罢n前”效果好，會帶給學生一個豐富的知識預見，增強學生課中學習的積極性和自信心，易于集中精力，提升學生個人課堂思維與教師授課節(jié)奏的粘性。此外，良好的“課前”階段也會因學生的“課中”積極效果，增加教師授課的“寬度”，激發(fā)教師授課激情，促進師生同頻共振。

課前：教師通過“超星學習通”平臺，利用MOOC視頻或者自行錄制實驗操作視頻，將視頻和相關理論知識作為任務點進行發(fā)布，督促學生提前復習相關知識點，熟悉實驗的目的、原理、內容和實驗的步驟。優(yōu)勢在于視頻可回放，重復觀看，且能以最佳視角觀看操作過程，學習效果更好。同時，學生預習過程中對電路實驗內容在仿真上搭建電路并進行實驗仿真，能夠促進學生對知識更深入的掌握。在此過程中，教師可以將重要知識點以問題的方式嵌入到任務點中，測試學生學習進程和理解程度。

課中：由于已有前期預習，明確了目標，學生會帶著問題進入實驗室，對設計的電路進行仿真或搭建，驗證原理和創(chuàng)新設計的合理性，因此實驗課上可以完成更多的實驗項目，提升實驗訓練效率。一方面，教師在實驗課上改變傳統(tǒng)的“手把手”指導學生如何操作的模式，采取給出建議的方式對個別在實驗中遇到難題的學生實行個性化指導。另一方面，教師在學生的實驗過程中也可以實時掌握每位學生的動手能力，可對學生進行過程考核。完成實驗操作后，學生記錄實驗數(shù)據(jù)、完成實驗電路圖的繪制，及時將實驗過程和實驗現(xiàn)象拍下照片、視頻發(fā)至學習通平臺，用于課后教師批閱和階段性測驗?；诖耍瑢嶒炚n上教師能集中精力關注更多學生，掌握學生的情感和學習態(tài)度，做到及時溝通。

課后：學生對實驗過程進行總結，對在實驗過程中出現(xiàn)的具體問題進行統(tǒng)計、歸納，對實驗結果進行分析，完成實驗報告。利用學習通平臺提交實驗報告，提高了學習效率，減少了學生手寫或打印環(huán)節(jié)，訓練學生處理電子文檔的能力，方便存取，節(jié)約紙張［5］。同時，平臺預設的格式化表格，有助于學生規(guī)范文字表達，養(yǎng)成嚴謹?shù)乃季S習慣，提升科學研究素養(yǎng)。

（三）優(yōu)化實驗內容

引入信息化教學平臺和電路仿真軟件，根據(jù)數(shù)字電子技術課程的教學內容，將實驗內容分為驗證性、綜合性、設計性三個部分［6］。驗證性實驗內容是學生需要熟知和掌握的常用集成門電路、加法器、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器等中規(guī)模集成電路的功能和使用方法，通過實驗告知學生一個預知的實驗結果的正確性，達到訓練學生實驗操作和數(shù)據(jù)處理的能力；綜合性實驗是內容涉及該門課程綜合知識的實驗，是在驗證性實驗完成的基礎上，利用多個器件進行組合，構成具有一定功能的小型數(shù)字系統(tǒng)，且能對此系統(tǒng)電路進行仿真和搭建并測試其功能；設計性實驗是指預設實驗目的，假定實驗要求和條件，由實驗教師確定實驗題目或目標，學生充分發(fā)揮個人創(chuàng)造性能力而開展的一種實驗方式。在數(shù)字電子技術實驗課中，該實驗利用組合電路和時序電路完成一個給定功能的電路，從設計原理到器件的選擇再到電路的搭建和仿真，有效提升了學生學習的參與度和積極性，實現(xiàn)全面訓練學生利用所學理論知識解決實際問題的實踐能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的應用型人才。

（四）過程性綜合評價

實踐表明，實驗過程能夠在一定程度上體現(xiàn)出學生學習的態(tài)度。根據(jù)《數(shù)字電子技術教學大綱》的要求，該課程實驗部分占課程成績15%的比重，改革后的實驗成績從考勤、課前預習、實際操作、測驗和報告等五個部分全方位進行賦分［7］，實現(xiàn)對學生的多角度、全方位、立體式、綜合性評價。具體組成為：一是考勤和完成線上線下考勤與線上學習任務情況；二是預習和作業(yè)完成及分析計算；三是測驗和利用正確的理論解決測驗問題；四是實驗和實驗操作、數(shù)據(jù)可靠性、分析與結論；五是報告和實驗表述、格式、數(shù)據(jù)與電路。通過以上五項內容分權重值的合理設置，具體標準可設為5擋，分別是A（90分～100分），B（80分～89分），C（70分～79分），D（60分～69分），低于60分定位E檔?？梢?，考核標準的具體量化促進了教學評價方式更加客觀、科學和精準。信息化平臺的統(tǒng)計與存儲功能，將學生的實驗課程考核結果計入學生在數(shù)字電子技術課程的綜合成績中，有效增強學生對課程實驗內容的重視程度［8］。

表1 考核環(huán)節(jié)及質量評分標準

三、教學改革實證分析

“數(shù)字電子技術實驗”按照國家標準進行深入教學改革，以提高學生課程學習興趣為重要著力點，在調動學生學習的積極性主動性上下功夫，改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學模式，增強了學生自主思考的能力，建立了師生實時有效溝通的良性機制，在提高人才培養(yǎng)的綜合能力上實現(xiàn)了新的探索［9］(P98)。為觀測課程改革效果，課程組按照“數(shù)字電子技術實驗”改革的實際舉措，進行了調查分析。課程組以進行了數(shù)字電子技術實驗改革實踐的安徽科技學院電子信息工程專業(yè)學生和電氣工程及其自動化專業(yè)學生為對象，對2018級共206名學生做了問卷調查。調查共發(fā)放調查問卷206份，回收有效問卷191份，有效率為92.7%，屬于可接受范圍。問卷內容涉及學習自主性、知識視野、課堂效率、教學效果評價以及綜合能力提升等方面，共擬定9個選項，剔除了相關性較弱的選項，保留6個選項，調查結果如表2所示。對比了數(shù)字電子技術實驗改革實踐和未進行改革的專業(yè)教學效果發(fā)現(xiàn)，改革之后的課程成績和學科競賽結果明顯優(yōu)于改革之前的數(shù)據(jù)。如圖3、表3所示。

表3 “數(shù)字電子技術實驗”教學改革前后學生參與學生競賽獲獎情況統(tǒng)計表

圖3 “數(shù)字電子技術實驗”教學改革前后課程成績對比

表2 數(shù)字電子技術實驗教學改革調查

（一）“數(shù)字電子技術實驗”教學改革在提升學生學習自主性上有較大促進作用

從調查數(shù)據(jù)來看，學生在是與否之間做出的選擇差距是顯著的，說明學生對比改革前后實驗課程的學習體會容易產生比較明確的感受，這是因為即使比較的對象不是同一門實驗課程，學生還是會在一定程度上產生比較直觀的理性判斷［10］(P352)。從表2中“增強學習自主性”和“轉變學習狀態(tài)”相關選項的問卷統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，認可“數(shù)字電子技術實驗教學改革后的教學增強了自己學習自主性”的占比為86.39%，認為“學習狀態(tài)有所轉變”的占比為75.92%，這說明數(shù)字電子技術實驗教學改革在一定程度上提高了學生學習的動力。

（二）“數(shù)字電子技術實驗”教學改革拓寬了學生視野，豐富了知識面，提高了綜合能力

改革后的數(shù)字電子技術實驗教學采用的線上線下相結合的混合式教學模式豐富了課程教學資源，以課前知識延展為基本要求，增加了課程相關知識的接觸面。豐富的理論知識與具體操作緊密結合，增強了學生實踐訓練技能，提升了學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，學生綜合能力得到了全面發(fā)展［11］。從表2中“知識面拓展”和“綜合能力提升”調查結果看，83.77%的學生認為個人知識面得到了提升，69.63%的學生認為個人綜合能力有了一定改善。由此可知，改革后多種教學方法的運用，特別是以增強學生動手能力為主要目標的實踐操作訓練對提升學生綜合能力發(fā)揮著一定的積極作用，而學生視野的開拓及知識面的豐富，既是綜合能力提升的主導因素同時也是表征。

（三）教學改革及其評價方式改變提高了教學質量和學習效果

統(tǒng)計206名調查對象的數(shù)字電子技術實驗期末成績發(fā)現(xiàn)，與該門課程采用傳統(tǒng)模式教學的2017級同一專業(yè)學生成績相比較有了一定提升，這可能與學風甚至不同教師之間教學能力的差別有關，但結合學生學習積極性及學習狀態(tài)來看，又從一定程度上反映出教學改革及其評價方式改變對學生成績的提升作用。調查統(tǒng)計顯示，72.77%的學生認為成績評價方式有效激勵了平時的課程學習，更有利于提高學習效果；82.72%的調查對象認為，經過教學改革及其評價方式改變，教學質量和效率得到了提高。調查數(shù)據(jù)從側面反映出，強化過程性考核的數(shù)字電子技術實驗評價方式，更易得到學生的認可，提升學生學習效果。另外，圖3和表3數(shù)據(jù)中的學生學習成績和獲獎情況統(tǒng)計結果，無論是分不同年級還是從學生總體看，均表現(xiàn)出顯著差別。在2016至2019級的1 093名學生中，未進行數(shù)字電子技術實驗教學改革的專業(yè)中的545名學生，有過省級以上獲獎的學生比例為4.40%；進行數(shù)字電子技術實驗教學改革的專業(yè)中的548名學生，有過省級以上獲獎的學生比例為6.20%。這種教學效果的差異，反映出教學改革及其評價方式的改變提高了教學質量和學習效果。

四、總 結

“數(shù)字電子技術實驗”作為電子信息工程專業(yè)基礎課程“數(shù)字電子技術”的重要部分，在實踐中通過改變傳統(tǒng)教學方式、優(yōu)化教學內容、引入信息化教學平臺，進行了深入的教學改革。調查數(shù)據(jù)顯示，改革后的新型教學模式有效增強了學生學習意識、提升了學生學習主動性、激發(fā)了學生學習興趣、培養(yǎng)了學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，對學生參與各類學科競賽、提升后續(xù)相關課程的學習效果具有明顯的促進作用［12］(P152)。同時，數(shù)字電子技術實驗課程的學習提高了學生對專業(yè)的認同度，為筑牢學生的工匠精神奠定了良好基礎，在應用型人才培養(yǎng)上實踐了新的探索之路。對比改革前后的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，課程組在試行的新型教學模式上取得了一定成效，這也是數(shù)字電子技術實驗課改革研究所希望實現(xiàn)的目標，但不可否認的是，這種嘗試存在一定的不足。如過多的過程性考核增加了教師的工作量，勢必影響教師對課程教學的精力投入，較大比例的線上學習內容，導致學生形成對電子產品的強烈依賴，弱化了學生在現(xiàn)實生活中的語言表達和溝通交往能力，而這項能力又是新時代人才培養(yǎng)的重要維度之一。新時代的教育要牢記教育初心，落實立德樹人根本任務，堅持問題導向，以久久為功的定力不斷優(yōu)化教學內容，提供優(yōu)質教育資源，滿足人民對美好教育的新期待新要求。