五星教學(xué)視閾下模擬電子電路教學(xué)改革探索

祝頤蓉

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056）

0 引言

模擬電子電路是電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程知識(shí)點(diǎn)多知識(shí)面廣，兼具理論性與實(shí)踐性。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，長期以來一直存在學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差、教師提升教學(xué)水平難的問題，本文試圖從現(xiàn)有教學(xué)過程中存在的困境著手，提出一系列提高教學(xué)成效的改革思路。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與困境

1.1 教師占主導(dǎo)地位，未能體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

現(xiàn)有的模擬電子電路教學(xué)已逐步從單純的課堂授課向線上/線下混合式教學(xué)方式轉(zhuǎn)化，但開展的線上教學(xué)多為學(xué)生自行觀看教學(xué)視頻等低階教學(xué)手段，學(xué)生以被動(dòng)學(xué)習(xí)為主。整個(gè)教學(xué)過程缺乏學(xué)情分析，問題導(dǎo)向不突出，課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)和獨(dú)立思考設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也較為薄弱。

1.2 理論與工程應(yīng)用聯(lián)系不緊密，難以學(xué)以致用

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)往往受經(jīng)費(fèi)場地和人員投入的制約，多以現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)?zāi)K為基礎(chǔ)，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，這類實(shí)驗(yàn)雖然能夠讓學(xué)生更直觀理解課本內(nèi)的知識(shí)點(diǎn)，但實(shí)踐環(huán)節(jié)固化，缺乏靈活性和個(gè)性化設(shè)計(jì)，并且發(fā)揮空間小，很難達(dá)到提升學(xué)生自主設(shè)計(jì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的目的，更無法實(shí)現(xiàn)新經(jīng)濟(jì)對(duì)卓越人才的需求。

1.3 教學(xué)改革只注重形式，缺乏有效的理論支撐

教師教學(xué)的重心往往只在教學(xué)內(nèi)容上，教學(xué)改革的思路也常常傾向于選擇更有效的呈現(xiàn)形式，甚至一味地追求使用各種多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容上華麗的包裝，而忽略采用更有效的教學(xué)原理來指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)的理念。

2 五星教學(xué)原理與波紋環(huán)狀教學(xué)模式

五星教學(xué)原理由美國教育技術(shù)與設(shè)計(jì)理論家、教育心理學(xué)家梅瑞爾在2002年首次提出。他認(rèn)為優(yōu)秀的教學(xué)應(yīng)以最終促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)為目的，教師教學(xué)必須致力于：（1）聚焦問題；（2）激活舊識(shí)；（3）示證新知；（4）應(yīng)用新知；（5）融會(huì)貫通。為了提高五星教學(xué)原理的可操作性，梅里爾教授進(jìn)一步提出了“波紋環(huán)狀教學(xué)模式”有教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和教學(xué)的傳遞方式對(duì)學(xué)習(xí)效率產(chǎn)生明顯變化，其中教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)效果的貢獻(xiàn)率為50%，教學(xué)策略和教學(xué)的傳遞方式合在一起為25%，其他不明因素為25%[1]。波紋環(huán)狀教學(xué)模式中提出了更具體的內(nèi)容設(shè)計(jì)方案，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)模式發(fā)展起到極大的指導(dǎo)作用，有力地推動(dòng)了教學(xué)理論的應(yīng)用，使得教學(xué)設(shè)計(jì)具有更大的可操作。

3 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

3.1 聚焦問題

聚焦問題是五星教學(xué)原理中貫穿始終的核心內(nèi)容，它倡導(dǎo)有效的教學(xué)應(yīng)該以問題為導(dǎo)入，構(gòu)建一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的問題情境，在這個(gè)情境中，學(xué)生從這一問題出發(fā)，依次導(dǎo)入該問題之下的各個(gè)子任務(wù)，并逐步掌握如何利用這些子任務(wù)來解決完整的問題，最終達(dá)到幫助學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行有效學(xué)習(xí)的目的。這個(gè)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)只有當(dāng)教學(xué)內(nèi)容與個(gè)人的工作生活息息相關(guān)，且可以在現(xiàn)實(shí)情境中加以呈現(xiàn)時(shí)，學(xué)生才會(huì)更真實(shí)地沉浸于營造的學(xué)習(xí)情境和氛圍。在這個(gè)過程中教師要完成以下教學(xué)活動(dòng)：創(chuàng)建問題情景，拋出學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)計(jì)知識(shí)傳授的步驟。

3.2 激活舊識(shí)

在學(xué)習(xí)新知識(shí)之前，教師應(yīng)該提前了解學(xué)生是否擁有與新知識(shí)相關(guān)的舊知識(shí)。學(xué)習(xí)的開始應(yīng)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者回憶和激活相關(guān)舊識(shí)；如果舊識(shí)處在缺乏狀態(tài)，那么需在示證新知前提供可以作為新知基礎(chǔ)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。在這一環(huán)節(jié)，教師可以結(jié)合具體的教學(xué)案例，通過提問喚醒學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的回憶，也可將舊知識(shí)以結(jié)論的形式給出，形成既有經(jīng)驗(yàn)。

3.3 示證新知

在展示論證新知時(shí)不能只是簡單地呈現(xiàn)，應(yīng)該在契合學(xué)習(xí)目標(biāo)的前提下，對(duì)新知識(shí)進(jìn)論證展示，并為學(xué)生提供必需的學(xué)習(xí)指導(dǎo)來完成新的知識(shí)體系的建構(gòu)。同時(shí)，在示證新知的過程中，應(yīng)盡量為學(xué)生提供多種合適且有效的學(xué)習(xí)策略，采用混合教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、頭腦風(fēng)暴和分組討論等多樣化的教學(xué)活動(dòng)。教師在這一環(huán)節(jié)中需將聚焦問題的子任務(wù)逐層展開，需注意子任務(wù)間的承接要流暢自然，同時(shí)需點(diǎn)明子任務(wù)與聚焦的核心問題的聯(lián)系，有助于學(xué)生建立起解決問題的整體觀念。在講解具體內(nèi)容時(shí)，概念或原理可以采用正例和反例對(duì)比講解，電路結(jié)構(gòu)或元件組成可以利用合適的動(dòng)畫或視頻資料，對(duì)于重難知識(shí)點(diǎn)宜結(jié)合具體電路反復(fù)多次的講解。

3.4 應(yīng)用新知

新知識(shí)僅僅通過示證，還不足以完全被學(xué)生轉(zhuǎn)化為牢固記憶，只有經(jīng)過了一步步具體實(shí)操，才能加深對(duì)概念的理解，強(qiáng)化對(duì)原理的應(yīng)用，同時(shí)教師能提供恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和及時(shí)的反饋，這樣才能促進(jìn)新知在學(xué)生腦海中的由抽象文字轉(zhuǎn)化為具體內(nèi)容。在應(yīng)用練習(xí)中，還需要考慮練習(xí)的多樣性和層次性，隨著層次的遞進(jìn)指導(dǎo)次數(shù)宜逐步減少，以幫助學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立自主完成問題解決任務(wù)的能力。在這一階段，學(xué)生可以利用相關(guān)的軟硬件完成電路的仿真、制作、調(diào)試、數(shù)據(jù)測量，并根據(jù)測量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證新知，最終解決最初的“聚焦問題”。

3.5 融會(huì)貫通

融會(huì)貫通是對(duì)學(xué)生較高層次的要求，當(dāng)他們能夠?qū)⑿轮R(shí)融入日常工作中時(shí)，新知就轉(zhuǎn)化為了舊知，進(jìn)而成為其知識(shí)系統(tǒng)中的一部分，今后在需要的時(shí)候才能自覺自如的運(yùn)用，這就是融會(huì)貫通的境界。同時(shí)也能在心理上獲得自我滿足感，進(jìn)一步為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。鑒于模擬電子技術(shù)課程的理論與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，可以在后續(xù)的課外討論和課程設(shè)計(jì)中安排此環(huán)節(jié)，作為課堂內(nèi)容的延伸和拓展，例如，讓學(xué)生自行查找資料設(shè)計(jì)并制作自己的電子作品、進(jìn)行測量數(shù)據(jù)分析，總結(jié)電路的優(yōu)缺點(diǎn)并提出改進(jìn)措施。

3.6 五星教學(xué)原理的案例分析

以RC振蕩器為例，以五星教學(xué)原理為指導(dǎo)設(shè)計(jì)的教學(xué)導(dǎo)圖如圖1所示。各環(huán)節(jié)具體內(nèi)容如下：

（1）以實(shí)驗(yàn)室最常見的儀器——信號(hào)發(fā)生器展開，拋出“聚焦問題”：正弦波是怎么產(chǎn)生的？信號(hào)發(fā)生器在僅有直流信號(hào)輸入的條件下怎樣“無中生有”的產(chǎn)生正弦波？如何實(shí)現(xiàn)正弦波的頻率和幅值可調(diào)？

（2）在“激發(fā)舊識(shí)”環(huán)節(jié)可簡要回顧電路理論中交流電路諧振時(shí)的特點(diǎn)：電壓電流同相位，電路呈現(xiàn)電阻性等；本次課程講解的RC振蕩電路中包含有上一章的同相比例運(yùn)算電路，可簡要復(fù)習(xí)電路的結(jié)構(gòu)及同相比例運(yùn)算電壓傳輸關(guān)系。另外，RC振蕩電路中形成了正、負(fù)兩種反饋，還需要在課前強(qiáng)調(diào)一下它們的差別和區(qū)分方法是什么。

（3）“示證新知”環(huán)節(jié)需要層層遞進(jìn)，逐級(jí)展開。首先介紹自激振蕩的基本原理，由于自激振蕩無須輸入信號(hào)，于是緊扣了聚焦問題中“無中生有”的現(xiàn)象。其次用分解的手法依次介紹RC振蕩電路的四大環(huán)節(jié)：RC選頻環(huán)節(jié)（呼應(yīng)舊識(shí)中的諧振電路），放大環(huán)節(jié)（呼應(yīng)舊識(shí)中的同相比例運(yùn)算電路）和反饋環(huán)節(jié)，穩(wěn)幅起振環(huán)節(jié)。其中RC選頻環(huán)節(jié)和穩(wěn)幅起振環(huán)節(jié)與聚焦問題中“正弦波的頻率和幅值如何調(diào)節(jié)”相對(duì)應(yīng)。最后，從整體梳理電路的設(shè)計(jì)思路：由RC選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)選頻環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，并形成正反饋；由同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成放大和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，并構(gòu)成負(fù)反饋；要完成RC振蕩環(huán)節(jié)的起振，可利用熱敏元件或非線性元件實(shí)現(xiàn)。

（4）在完成了新知識(shí)的輸入后，可利用實(shí)驗(yàn)完成“應(yīng)用新知”環(huán)節(jié)，建議采用軟件仿真和硬件實(shí)物兩種應(yīng)用方法，先利用軟件MULTISIM對(duì)RC振蕩電路進(jìn)行仿真，再在電路板上連接對(duì)應(yīng)的電子電路，用示波器觀察正弦波的起振和穩(wěn)幅過程，根據(jù)測量數(shù)據(jù)給出電容電阻與輸出波形的頻率關(guān)系，最終完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析。

（5）最后，可利用課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“融會(huì)貫通”環(huán)節(jié)，例如，可以布置題目“波形產(chǎn)生器”，讓同學(xué)們以正弦波產(chǎn)生電路為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方波、三角波的產(chǎn)生電路，給出數(shù)據(jù)分析和結(jié)論，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析電路的特點(diǎn)。

4 教學(xué)策略改革

教學(xué)策略的改革主要包括兩方面：面向完整任務(wù)的教學(xué)排序策略和面向不同對(duì)象的教學(xué)方法策略。

面向完整任務(wù)的教學(xué)排序策略目的是讓學(xué)生在教學(xué)中盡早進(jìn)入“聚焦問題”當(dāng)中去。教師在“示證新知”環(huán)節(jié)中需要設(shè)計(jì)出環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的子任務(wù)，每一個(gè)子任務(wù)除了要為學(xué)生提供當(dāng)前學(xué)習(xí)的背景，還要明確告知學(xué)生從這個(gè)子任務(wù)中能夠?qū)W到什么。隨著任務(wù)的展開應(yīng)該有一個(gè)層次上的遞進(jìn)，這樣可以避免學(xué)生因一下接觸過多細(xì)節(jié)而搞得暈頭轉(zhuǎn)向。例如，在講解RC振蕩器時(shí)，首先以簡單的框圖結(jié)構(gòu)為對(duì)象來分析自激振蕩產(chǎn)生的條件，然后再結(jié)合具體的電路分析選頻、反饋等子環(huán)節(jié)。

面向不同對(duì)象的教學(xué)方法策略是為了針對(duì)不同類型的學(xué)生能夠盡可能地提供有差別化的學(xué)習(xí)情境。為滿足不同的學(xué)習(xí)需要，教師可以靈活選擇以下學(xué)習(xí)策略：對(duì)于有學(xué)業(yè)要求的學(xué)生可采用基于實(shí)踐項(xiàng)目的教學(xué)、基于案例的教學(xué)；對(duì)于興趣導(dǎo)向的學(xué)生可采用、探究式任務(wù)學(xué)習(xí)、專題講座和專題研討，而情感需求型學(xué)生可采用協(xié)作式任務(wù)學(xué)習(xí)方式，并階段性給予正面鼓勵(lì)等。

5 教學(xué)傳遞方式

在后疫情時(shí)代，單純的線下教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足日益增長的教學(xué)需求，線上/線下混合式教學(xué)模式已經(jīng)愈來愈為廣大教師所接受?；旌鲜浇虒W(xué)的具體實(shí)施方案如下：

（1）課前（線上）。以本專業(yè)教學(xué)大綱為切入點(diǎn)，錄制知識(shí)點(diǎn)視頻或選擇合適的候選線上資源。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)塊以具體的復(fù)雜問題為起點(diǎn)，帶入相關(guān)舊識(shí)的回顧，同時(shí)給出本視頻的重難點(diǎn)，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入學(xué)習(xí)，做到有的放矢。

（2）課中（線上/線下）。線下在實(shí)體教室進(jìn)行面對(duì)面授課，線上進(jìn)行師生教學(xué)交互（簽到、測試、選人等），此階段是五星教學(xué)法中具體應(yīng)用和融會(huì)貫通階段，是學(xué)習(xí)是否達(dá)到有效性的最重要環(huán)節(jié)。

（3）課后（線上/線下）。教師可根據(jù)課堂測試結(jié)果有針對(duì)性的布置作業(yè)，同時(shí)可以在線上提供課程拓展內(nèi)容（討論和課外閱讀）。

總的來說，將線上教學(xué)與線下課程相互融合、協(xié)同講授，既加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)空間的立體度，又能拓展他們專業(yè)知識(shí)的廣度和深度，最終達(dá)到提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和教學(xué)有效性的目的。

6 結(jié)語

結(jié)合模擬電子電路課程的特點(diǎn)，以五星教學(xué)理論為指導(dǎo)，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和教學(xué)傳遞方式進(jìn)行一系列優(yōu)化和調(diào)整，以期能達(dá)到提高教學(xué)有效性的目標(biāo)。希望本文為本課程的教學(xué)提供一點(diǎn)點(diǎn)有價(jià)值的借鑒，起到拋磚引玉的效果。