多模態(tài)場(chǎng)景下的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革探討

葉雪軍 王金庭

數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)需要面向“新工科”人才培養(yǎng)的需求，堅(jiān)持學(xué)校一貫治學(xué)理念，從系統(tǒng)能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，堅(jiān)持“需求導(dǎo)向、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”，培養(yǎng)有思想、有能力、有擔(dān)當(dāng)?shù)膶?shí)踐、實(shí)用、實(shí)干的工程技術(shù)人才。

一、課程地位

數(shù)字電子技術(shù)課程是信息類學(xué)科里非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。各式新的處理器芯片和控制芯片陸續(xù)出現(xiàn)，這對(duì)高校數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)工作提出了新的要求。教學(xué)的基本框架應(yīng)從計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分的組成、系統(tǒng)的基本概念、基本部件及功能實(shí)現(xiàn)著手，使學(xué)生對(duì)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成，及其各構(gòu)成部件如何通過(guò)有機(jī)連接構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)建立整體概念，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行深入的理解與掌握，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)目的就是為學(xué)生打開計(jì)算機(jī)世界大門，吸引學(xué)生探索計(jì)算機(jī)的奧秘，認(rèn)識(shí)搭建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最基本的邏輯門、組合邏輯部件（譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器）、時(shí)序邏輯部件（寄存器和計(jì)數(shù)器）等。

二、多模態(tài)教學(xué)模式

多模態(tài)教學(xué)模式是一種新興的教學(xué)模式，通過(guò)五種感官渠道產(chǎn)生視覺模態(tài)、聽覺模態(tài)、觸覺模態(tài)、嗅覺模態(tài)和味覺模態(tài)。在教學(xué)過(guò)程中利用多種渠道、多種教學(xué)手段來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官協(xié)同運(yùn)作，以達(dá)到加深理解、強(qiáng)化記憶的目的。采用“線上線下混合教學(xué)+專家微課+小組自學(xué)討論+翻轉(zhuǎn)課堂+虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)+項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的多模態(tài)教學(xué)模式，將多種模態(tài)融合一體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的多模態(tài)認(rèn)知。輔以科技熱點(diǎn)跟蹤、文獻(xiàn)學(xué)習(xí)、PPT展示、研究報(bào)告撰寫、第二課堂科研立項(xiàng)和參加大賽等教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。

數(shù)字電子技術(shù)課程作為基礎(chǔ)性課程，各校都在不斷探尋該課程新的教學(xué)模式，希望能夠提高教學(xué)質(zhì)量。然而，該課程教學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)都普遍存在“偏軟輕硬”的現(xiàn)象。因?yàn)闊o(wú)論是傳統(tǒng)的課堂板書模式還是動(dòng)態(tài)PPT講解的教學(xué)模式，都難以幫助學(xué)生更好地理解電路原理，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，畏難情緒讓學(xué)生“望硬生怕”。

各高校經(jīng)過(guò)不斷探索，堅(jiān)持“需求導(dǎo)向、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”，教學(xué)內(nèi)容上針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)，注重與后續(xù)課程的支撐和銜接。教學(xué)模式上采用線上線下混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等，滿足了現(xiàn)代大學(xué)生的個(gè)性化需求。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴蠌膫鹘y(tǒng)的面包板模式、實(shí)驗(yàn)箱模式、虛擬仿真模式，到現(xiàn)在流行的口袋實(shí)驗(yàn)室模式，能夠滿足不同的教學(xué)需求[1-2]。通過(guò)多模態(tài)方式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，在靜態(tài)的電路圖、動(dòng)態(tài)的仿真電路、可觸的開發(fā)板和芯片中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式的多元化和學(xué)生能力發(fā)展的多元化。

三、教學(xué)方式

隨著時(shí)代的變遷，教學(xué)方式也需要不斷改進(jìn)，課程的教學(xué)和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)都要符合教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)。目前，00后大學(xué)生普遍具有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，大部分學(xué)生比較宅，性格比較內(nèi)向，合作精神不足；第二，喜歡循規(guī)蹈矩的生活，冒險(xiǎn)精神、創(chuàng)新精神缺乏，這種性格特征與其從小到大接受的照本宣科、死記硬背的應(yīng)試教育有所關(guān)聯(lián)；第三，喜歡玩手機(jī)，信息技術(shù)的飛速發(fā)展使00后從小就接觸電子產(chǎn)品，生活學(xué)習(xí)各方面都以手機(jī)為中心?；谶@三點(diǎn)，為數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)改革提出兩點(diǎn)建議，以期提高學(xué)生課堂參與率，提高教師和學(xué)生互動(dòng)率，從而提升學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程的興趣。

（一）線上線下混合式教學(xué)

現(xiàn)代教學(xué)從以教師為中心逐漸向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變，向課堂講授模式的多樣化方向發(fā)展。2000年之前，教學(xué)活動(dòng)多采用傳統(tǒng)模式——板書模式，要求教師不僅要講課一流，寫黑板字和畫圖技藝也要精湛。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)在各高校課堂教學(xué)中被普遍使用，如利用PPT進(jìn)行授課。教師的PPT做得越來(lái)越精美，加上各種動(dòng)畫和音效，能夠在很大程度上吸引學(xué)生的注意力，教學(xué)效果獲得極大提升。然而，00后大學(xué)生從小就開始接觸動(dòng)畫和手機(jī)游戲，對(duì)此已經(jīng)毫無(wú)新奇感，再加上部分課程的難度較高，這種教學(xué)方式難以滿足新時(shí)代大學(xué)生的需求。近年開發(fā)的線上教學(xué)平臺(tái)，比如學(xué)習(xí)通、雨課堂等，促使線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式出現(xiàn)。這種教學(xué)模式將板書模式、PPT模式等各種教學(xué)模式充分結(jié)合，使學(xué)生成為課堂的主人。教師還能通過(guò)先進(jìn)的教學(xué)技術(shù)在課前、課中、課后引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，由淺入深地進(jìn)行學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的工程思維。通過(guò)課堂模式的不斷變化，有效利用翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生成為課堂主體，通過(guò)提出問題—學(xué)生討論—分析問題—找出最終解決方案的教學(xué)模式，充分提高學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)熱情，激勵(lì)學(xué)生大膽表達(dá)自己的觀點(diǎn)，提升學(xué)生的表達(dá)能力。

將基礎(chǔ)理論知識(shí)放到線上供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過(guò)線上精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，線下組織討論，拓展課程的廣度和深度，提升學(xué)生自主探究、內(nèi)化知識(shí)的能力[3]。有的教師通過(guò)線上平臺(tái)設(shè)置任務(wù)，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，但是收效甚微，因?yàn)樵跓o(wú)監(jiān)督的情況下，學(xué)生只是在機(jī)械地完成任務(wù)，難以完成知識(shí)的內(nèi)化。而在線下通過(guò)各種教學(xué)模式，能夠不斷激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，及時(shí)解答學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問題，引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)內(nèi)化。線上線下混合式教學(xué)，能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、思考能力等目標(biāo)。實(shí)踐證明，在線下進(jìn)行課上考勤、課堂討論、現(xiàn)場(chǎng)答疑、分析錯(cuò)題，在線上設(shè)置教學(xué)任務(wù)點(diǎn)，并配合PPT進(jìn)行教學(xué)，能夠在很大程度上提升教學(xué)效果。學(xué)生課上聽課，課下溫習(xí)。對(duì)于學(xué)生的課后作業(yè)，采用教師批改、生生互改等方法，督促學(xué)生按教學(xué)進(jìn)度完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。通過(guò)在線教學(xué)平臺(tái)的督學(xué)功能，把握學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程，加強(qiáng)過(guò)程管理，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

（二）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)如果只是紙上談兵，就會(huì)寡然無(wú)味。理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐出真知，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。教師通過(guò)積極參加教育部組織的各種教學(xué)研討會(huì)和技術(shù)頭部公司組織的技術(shù)交流會(huì)，不斷了解前沿技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生參加各類專業(yè)比賽，并將往屆獲獎(jiǎng)的比賽作品帶到課堂上，讓學(xué)生分析作品的特點(diǎn)和不足之處，引發(fā)學(xué)生思考，向?qū)W生傳輸“技術(shù)改變生活”的思想，鼓勵(lì)學(xué)生在生活中尋找項(xiàng)目，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性和探究積極性，提升教學(xué)效果。

四、教學(xué)創(chuàng)新

（一）以O(shè)BE為導(dǎo)向共建一流課程

電子信息類專業(yè)和計(jì)算機(jī)類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和工程認(rèn)證的指標(biāo)點(diǎn)不同，在教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容、教學(xué)方法和策略上有所不同，教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)也有所不同。

電子信息類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力、解決問題的能力和研究能力。對(duì)應(yīng)的三個(gè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)包括：掌握分析電子信息軟硬件系統(tǒng)所需的數(shù)學(xué)和自然科學(xué)知識(shí)，具有對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型求解的能力；掌握設(shè)計(jì)實(shí)際工程問題解決方案所需要的電子信息工程方面的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)手段；掌握研究電子信息實(shí)際工程問題所需的基礎(chǔ)理論知識(shí)。需要達(dá)成的課程目標(biāo)包括：學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握數(shù)字電路的基本知識(shí)、基本理論和基本實(shí)驗(yàn)技能，為后續(xù)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)；掌握數(shù)字電路的分析和設(shè)計(jì)方法，以及常用數(shù)字集成電路的應(yīng)用，具備解決實(shí)際問題的能力；了解并能夠簡(jiǎn)單運(yùn)用大規(guī)模以及超大規(guī)模數(shù)字集成電路的基本原理；具備自我探索、自主學(xué)習(xí)能力和能借助芯片資料應(yīng)用新數(shù)字集成器件的能力。

電子信息類專業(yè)的涉及面相對(duì)較寬，因此，在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，不僅要注重?cái)?shù)字電路在各種電子系統(tǒng)中的應(yīng)用，還要注重門電路、AD和DA電路等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和性能指標(biāo)參數(shù)等。

計(jì)算機(jī)類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生掌握工程知識(shí)，具有設(shè)計(jì)工程問題解決方案和使用現(xiàn)代研發(fā)工具的能力。對(duì)應(yīng)的三個(gè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)包括：具備扎實(shí)的計(jì)算機(jī)工程基礎(chǔ)知識(shí)，了解通過(guò)計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜工程問題的基本方法，并遵循復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的工程化基本要求；理解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（從數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成到微機(jī)接口技術(shù)）的基本理論與設(shè)計(jì)方法；在工程問題的預(yù)測(cè)、建模、模擬或解決過(guò)程中，能夠選擇并使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、軟硬件及系統(tǒng)資源、現(xiàn)代工程研發(fā)工具，解決復(fù)雜工程問題。需要達(dá)成的課程目標(biāo)包括：學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握數(shù)字電路的基本知識(shí)、基本理論和實(shí)驗(yàn)的基本技能，具備工程思維和數(shù)字系統(tǒng)工程開發(fā)的能力；掌握數(shù)字電路的分析和設(shè)計(jì)方法，常用計(jì)算機(jī)功能部件的工作原理和應(yīng)用，具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力；了解數(shù)字集成電路的開發(fā)設(shè)計(jì)方法和工具；具備自我探索和自主學(xué)習(xí)能力，借助芯片資料應(yīng)用新數(shù)字集成器件的能力。

計(jì)算機(jī)類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容基于計(jì)算機(jī)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)，從計(jì)算機(jī)最底層的邏輯門入手，到中規(guī)模集成組合器件和時(shí)序器件，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)的理解，為后續(xù)計(jì)算機(jī)原理學(xué)習(xí)和CPU設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

（二）建設(shè)虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)

教師要引導(dǎo)學(xué)生將課程理論和實(shí)踐充分結(jié)合，在實(shí)踐環(huán)節(jié)采用多種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。一方面，采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱模式和面包板模式，讓學(xué)生從識(shí)別器件入手，綜合培養(yǎng)學(xué)生查閱芯片手冊(cè)、選用芯片、功能測(cè)試、設(shè)計(jì)電路、調(diào)試電路等工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)探究思維；另一方面，采用常用的仿真設(shè)計(jì)軟件，如Multisim、Logisim等，讓學(xué)生在不受器件儀器限制的情況下，自由發(fā)揮，提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。線上教學(xué)平臺(tái)為了引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，不僅提供仿真平臺(tái)、各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)步驟，還提供了工程要求的芯片的資料，全面鍛煉學(xué)生的數(shù)字電路分析和設(shè)計(jì)的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析能力，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、科研立項(xiàng)、參加設(shè)計(jì)大賽等打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（三）多元評(píng)測(cè)

數(shù)字電子技術(shù)課程評(píng)測(cè)方式多元化，總評(píng)成績(jī)=試卷分?jǐn)?shù)×0.5+自主學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)×0.35+作業(yè)分?jǐn)?shù)×0.15。除了期末考試筆試外，自主學(xué)習(xí)部分考量?jī)煞矫妫耗芰δ繕?biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。能力目標(biāo)體現(xiàn)在課前預(yù)習(xí)、觀看學(xué)習(xí)通上的教學(xué)視頻、課后復(fù)習(xí)、線上測(cè)試、期中測(cè)試等；素質(zhì)目標(biāo)體現(xiàn)在課堂活動(dòng)上，包括課堂簽到、搶答、隨堂練習(xí)、分組討論、演講、制作設(shè)計(jì)演示視頻、合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)等。作業(yè)部分考查學(xué)生的理論掌握水平和實(shí)操能力，包括分析、設(shè)計(jì)電路的能力和搭建、調(diào)試電路的能力。學(xué)生所有的學(xué)習(xí)過(guò)程都記錄在學(xué)習(xí)通上，并實(shí)時(shí)更新。全方位考量學(xué)生能力，并加強(qiáng)過(guò)程管理，督促和激勵(lì)學(xué)生學(xué)在平時(shí)，享受學(xué)習(xí)過(guò)程。

五、教學(xué)效果

作為校級(jí)精品資源共享課，數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?、評(píng)測(cè)方式等方面不斷探索：團(tuán)隊(duì)5年12人次獲教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)；主持和參與教育部協(xié)同育人、省級(jí)教研和省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目10余項(xiàng)；出版教材2部；指導(dǎo)學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、藍(lán)橋杯全國(guó)軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽等學(xué)科競(jìng)賽中獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)50余項(xiàng)、省級(jí)獎(jiǎng)200余項(xiàng)；指導(dǎo)學(xué)生獲國(guó)家級(jí)和省級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)20余項(xiàng)，申請(qǐng)授權(quán)專利10余項(xiàng)。數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在本校軟件工程專業(yè)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，電子信息工程專業(yè)省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)中發(fā)揮著重要作用。

綜上所述，在以O(shè)BE（Outcome based education）為導(dǎo)向的課程改革中，數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)搭建了一個(gè)教學(xué)資源共享、師生溝通交流、學(xué)生成果展示的平臺(tái)，搭建了一個(gè)教學(xué)過(guò)程監(jiān)督和管理的平臺(tái)，充分運(yùn)用線上平臺(tái)，線上線下相結(jié)合，不斷改進(jìn)教學(xué)模式和教學(xué)方式，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容以多模態(tài)視角選擇教學(xué)方法。多元化的教學(xué)方法提高了課堂效率和教學(xué)質(zhì)量，完成了教學(xué)目標(biāo)。