數(shù)字電子技術(shù)四重混合式教學(xué)的探索與實(shí)踐

侯向鋒,黃會(huì)玲,盛 蘇,張學(xué)文

(湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院,湖北 黃石 435002)

0 引言

數(shù)字電子技術(shù)課程是電子信息類專業(yè)的工程基礎(chǔ)課,在專業(yè)體系中占據(jù)重要地位。通過(guò)課程教學(xué)使學(xué)生掌握適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)的基本理論、基本方法和基本實(shí)驗(yàn)技能,進(jìn)而提升學(xué)生解決數(shù)字電路實(shí)際問(wèn)題的能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和必要的實(shí)踐技能基礎(chǔ)[1]。通過(guò)解決數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)際問(wèn)題,學(xué)生逐步形成科學(xué)辯證的思維、“抓住主要矛盾,忽略次要因素”的科學(xué)思維。通過(guò)工程實(shí)踐和創(chuàng)新項(xiàng)目,學(xué)生提升分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力,提高工程能力和創(chuàng)新能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和課程設(shè)計(jì),學(xué)生養(yǎng)成善于觀察、勤于動(dòng)手、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度,在實(shí)踐中秉持踏實(shí)、精益求精的大國(guó)工匠精神[2～4]。

1 教學(xué)中存在的問(wèn)題

新工科創(chuàng)新理念的提出,為電子信息類專業(yè)的課程改革提出了新的方向和契機(jī),也對(duì)工程教育提出了更高的要求[5～7]。數(shù)字電子技術(shù)作為電信類專業(yè)承上啟下的核心基礎(chǔ)課,在教學(xué)改革與實(shí)踐中存在以下“痛點(diǎn)”問(wèn)題:

1)傳統(tǒng)的教學(xué)模式不適應(yīng)電子技術(shù)的飛速發(fā)展

現(xiàn)在電子技術(shù)日新月異,尤其是數(shù)字電子技術(shù)。因此數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新,根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)選擇合適的教學(xué)內(nèi)容和課程體系,趕上電子技術(shù)更新的步伐,才能保證良好的教學(xué)質(zhì)量。

2)學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容逐漸豐富。理論學(xué)時(shí)數(shù)為56學(xué)時(shí),如何利用有限的課時(shí)合理安排教學(xué)內(nèi)容,改進(jìn)教學(xué)方法,使學(xué)生準(zhǔn)確理解并牢固掌握課程的理論知識(shí)和實(shí)踐技能,是本課程教學(xué)中亟需解決的問(wèn)題。

3)理論與實(shí)踐難以兼顧

在學(xué)習(xí)過(guò)程中,總是有些學(xué)生只重視理論學(xué)習(xí),有些學(xué)生只重視動(dòng)手實(shí)踐,兩者難以兼顧。這勢(shì)必會(huì)影響學(xué)生后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)以及發(fā)展。理論需聯(lián)系實(shí)際才有意義,學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目的是學(xué)以致用。實(shí)踐也需要理論來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)[8]。

2 四重混合式教學(xué)改革

針對(duì)教學(xué)中存在的“痛點(diǎn)”問(wèn)題,教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源,以產(chǎn)出為導(dǎo)向,提出“線上+線下、理論+實(shí)踐、仿真+實(shí)物、校內(nèi)+企業(yè)”的四重混合式教學(xué),思政內(nèi)容貫穿始終,如圖1所示。

圖1 四重混合式教學(xué)

2.1 線上+線下

針對(duì)學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的問(wèn)題,采用“線上+線下”教學(xué)方法,利用信息技術(shù)將二者有機(jī)融合。線上課程以超星學(xué)習(xí)通為媒介,進(jìn)行考勤、課堂問(wèn)答、課后討論、作業(yè)批改、小測(cè)驗(yàn)等,與傳統(tǒng)課堂形成互補(bǔ)。通過(guò)師生線上線下交流互動(dòng),構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體,改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

“線上+線下”的混合式教學(xué)不僅有助于解決學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾,還為思政融入開(kāi)辟新渠道。

2.2 理論+實(shí)踐

數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容中后面的三個(gè)模塊是教師根據(jù)企業(yè)或科研需求提煉出的項(xiàng)目,均采用下面的流程進(jìn)行教學(xué)。1)引導(dǎo)學(xué)生利用理論知識(shí)分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、論證方案;2)根據(jù)自上而下的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法利用仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證;3)如果有問(wèn)題,再用理論知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,直到仿真通過(guò);4)到實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),最終得出結(jié)論。

“理論+實(shí)踐”的混合式教學(xué)使學(xué)生深刻理解理論用于指導(dǎo)實(shí)踐,實(shí)踐又反過(guò)來(lái)促進(jìn)理論的學(xué)習(xí),加深對(duì)理論的理解,實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的兼顧。

2.3 仿真+實(shí)物

將虛擬仿真軟件Multisim融入課程,突破教學(xué)難點(diǎn),使學(xué)生更加直觀地觀察電路,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題然后修改設(shè)計(jì)方案,得到正確結(jié)果。仿真軟件打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間和空間的限制,學(xué)生隨時(shí)隨地可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)[9]。

學(xué)生利用仿真軟件預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn),可以基本掌握實(shí)驗(yàn)的操作步驟,到實(shí)驗(yàn)室后可以高效地完成實(shí)物實(shí)驗(yàn)。這樣既節(jié)省了實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間, 又為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了很好的發(fā)揮空間。

“仿真+實(shí)物”的混合式教學(xué)不僅使教學(xué)中抽象的問(wèn)題具象化,還能夠提高教學(xué)效率,緩解課時(shí)緊張的問(wèn)題,同時(shí)學(xué)生能夠掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

2.4 校內(nèi)+企業(yè)

針對(duì)為培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代要求的新工科人才,教師需要及時(shí)掌握學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)[10]。為此教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用“校內(nèi)+企業(yè)”的培養(yǎng)模式,“請(qǐng)進(jìn)來(lái),走出去”。請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)專家和優(yōu)秀的畢業(yè)生回來(lái),給學(xué)生講專業(yè)發(fā)展情況及就業(yè)形勢(shì),并對(duì)我們的課程改革提出中肯意見(jiàn)。同時(shí)教師通過(guò)“科技特派員”、“青年教師下企業(yè)”等項(xiàng)目走出去,與企業(yè)深度接觸,在教學(xué)過(guò)程中將最新的專業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)傳遞給學(xué)生。學(xué)生到企業(yè)見(jiàn)習(xí)、研習(xí),擴(kuò)大了視野,提高了實(shí)踐能力,拓寬了就業(yè)渠道,如圖2所示。

圖2 “校內(nèi)+企業(yè)”的教學(xué)模式

“校內(nèi)+企業(yè)”的混合式教學(xué)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生、企業(yè)、教師的三方共贏,使學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)緊跟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的步伐,滿足社會(huì)需求。企業(yè)的技術(shù)難題得到解決,并儲(chǔ)備了專業(yè)人才。

3 四重混合式教學(xué)實(shí)施過(guò)程

以數(shù)字電子技術(shù)課程中“計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用”的教學(xué)過(guò)程為例詳細(xì)說(shuō)明四重混合式教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程,如表1所示。

表1 四重混合式教學(xué)法的應(yīng)用

通過(guò)教學(xué)與師生互動(dòng),學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路沒(méi)有想象中的那么困難和神秘,能夠完成模60和模12計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì),所學(xué)知識(shí)就是用來(lái)解決生活和生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的。學(xué)生不僅掌握了74LVC161芯片的設(shè)計(jì)思路,而且感受到精益求精的工匠精神,還體驗(yàn)了當(dāng)代科研工作的部分思想方法。

4 教學(xué)成效

通過(guò)對(duì)四重混合式教學(xué)的不斷探索與實(shí)踐,教學(xué)效果顯著。

4.1 期末成績(jī)提升

四重混合式教學(xué)最初僅以我校電子信息工程專業(yè)的一個(gè)班作為試點(diǎn)運(yùn)行。試點(diǎn)班和普通班在平時(shí)成績(jī)的比重及評(píng)定方面差異較大,不具有橫向比較性。但不同班級(jí)的期末試卷是一樣的,比較期末試卷成績(jī)分布,可以反映出四重混合式教學(xué)的效果,圖3是普通班和試點(diǎn)班的期末成績(jī)對(duì)比圖。由圖3可見(jiàn),試點(diǎn)班較普通班成績(jī)優(yōu)秀率明顯高出許多。

圖3 普通班和試點(diǎn)班期末試卷成績(jī)分布對(duì)比圖

4.2 學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性普遍提高

學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的出勤率較以往大大提高,很多學(xué)生自行要求進(jìn)行課余實(shí)驗(yàn)。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、儀器儀表的使用能力以及電路的分析調(diào)試能力顯著提高。圖4是學(xué)生利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)的電子作品。

圖4 學(xué)生在課余設(shè)計(jì)的電子作品

4.3 申請(qǐng)本科生項(xiàng)目和全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目人數(shù)增多

學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科研意識(shí)不斷增強(qiáng),申請(qǐng)本科生項(xiàng)目和全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的人數(shù)逐年增多。僅近三年申請(qǐng)項(xiàng)目總數(shù)達(dá)25項(xiàng),參與人數(shù)達(dá)到130余人。表2是近三年來(lái)教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)的學(xué)生項(xiàng)目情況。

表2 教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)大創(chuàng)項(xiàng)目

4.4 大賽獲獎(jiǎng)人數(shù)增加

學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新大賽等的積極性增加,近三年有70余人參賽,40余人獲獎(jiǎng)。近三年電子信息工程專業(yè)3名同學(xué)獲校大學(xué)生“學(xué)術(shù)科技之星”(我校每年獲此殊榮的學(xué)生不超過(guò)8名),且均由本教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)。

4.5 專利和論文

近三年學(xué)生在本團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)下發(fā)表論文5篇,申請(qǐng)國(guó)家實(shí)用新型專利10個(gè)。

4.6 社會(huì)責(zé)任心增強(qiáng)

數(shù)字電子技術(shù)四重混合式教學(xué)實(shí)施以來(lái),學(xué)生民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感明顯增強(qiáng),學(xué)生參軍入伍熱情高漲,我院自愿入伍人數(shù)逐年上升。

5 展望

對(duì)課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)是一個(gè)永恒和動(dòng)態(tài)的過(guò)程,真正落實(shí)本課程的“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”仍需我們繼續(xù)創(chuàng)新與探索。在數(shù)字電子技術(shù)課程的后續(xù)教學(xué)中,如何實(shí)現(xiàn)“線上+線下、仿真+實(shí)物、理論+實(shí)踐、校內(nèi)+企業(yè)”的有機(jī)融合仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí),教學(xué)團(tuán)隊(duì)要在大類招生背景下,兼顧不同專業(yè)需要和工程師認(rèn)證,借鑒其它院校的有益經(jīng)驗(yàn),不斷進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新,進(jìn)一步完善四重混合式教學(xué)法。