基于ＩＣＴ的整合“模擬電路調試與維修”教學模式探索

王　彥　宋　欣　趙彥曉　薛繼霜　徐　亮

摘 要:本文從通信技術專業“模擬電路調試與維修”課程的教學特點和實際出發,以示范校培養學生綜合能力素質為宗旨,以培養學生實踐與創新能力為重點,以就業為導向,探索了一種基于現代信息通信技術(ICT)的“模擬電路調試與維修”整合教學模式。

關鍵詞:模擬電路;整合教學;ICT;教學模式

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1 引言

根據國家教育方針及素質教育的要求,本著由淺入深、由特殊到一般、理論與實踐相結合的原則,我校在進行“模擬電路調試與維修”課程的教學過程中,本著實事求是的科學態度,培養學生良好的職業道德、創新意識及分析問題和解決問題的能力。

本課程是高等職業院校電子信息類專業的專業基礎課,是一門實踐性較強的課程。該課程的理論與實踐環節均應本著以能力為本位、以就業為導向的原則開展教學,以強化技能訓練為教學的基本特色。

1.1 “模擬電路調試與維修”的教學目標

“模擬電路調試與維修”課程理論與實踐環節的教學應實現以下教學目標:

(1) 使學生掌握電子技術方面的基本理論、基本知識、基本技能;

(2) 培養學生系統地分析、設計各種基本電子電路的能力和解決與之有關問題的實踐能力,為今后深入學習電子技術領域中的相關內容,為電子技術在專業中的應用打下扎實的基礎;

(3) 強化學生實事求是的科學態度和分析解決實際問題的能力。

本課程是高等職業院校電子信息類專業的一門專業基礎課程,實踐性較強。通過學習該課程,學生要掌握電子技術的基本理論和基本的實踐操作技能,結合規律性和非線性特點,理解和掌握常用器件和典型電路模型、結構和特性,掌握它們的組合規律。課程要培養學生實事求是的科學態度、分析解決實際問題的能力以及動手操作能力。

本課程是電學領域不可缺少的專業基礎課,在工程基礎教育中占有十分重要的地位。在模擬電子線路的分析與設計中,因為模擬電子器件的特性和參數分散性較大,而模擬電路元件的參數也有一定的誤差,因此工程上通常先采用近似計算法對模擬電路進行粗略的估算,或電子電路計算機輔助分析(ECAA)和電子設計自動化(EDA)軟件進行模擬仿真。又由于影響模擬電子電路工作的因素往往非常復雜,難以用簡單的模型進行全面而精確的模擬,最后必須使用電子儀器,通過實驗調試達到預定的設計要求,因此實驗室教學是重要的學習和實踐環節。

在講解例題和選做實驗的過程中,兼顧后續課程的學習是課程組重點關注的問題之一。在教學內容、實驗安排、習題講解、實驗內容和計算機輔助實驗(選做)等方面,根據不同的專業特點實施教學,取得了很好的教學效果。在教學和考試中,多數學生達到教學大綱的要求,掌握基本知識和實驗技能,并具有一定的靈活運用知識解決理論和實驗問題的能力,為后續課程的學習打下了扎實的基礎。許多學生參加研究生入學考試時選擇了該課程,為學生后期的學習和研究奠定強有力的基礎。

“模擬電路調試與維修”是一門迅速發展的學科,內容多、更新快,學習者不可能在有限的學時內將所有內容全部學完。因此,該課程要讓學習者在掌握基本概念、理論和模型的前提下掌握模擬電子技術的學習方法,培養他們自主學習的能力。在這項集復雜認知技能、實踐能力和科學素質培養于一體的教學活動中,學習者不但要鍛煉自己綜合運用基礎知識、基本原理和基本技能創造性地分析和解決問題的能力,還要在理論與實踐的過程中學到認識事物的思維方法,形成正確的世界觀、價值觀和方法論。

基于上述特點,多年來,大家普通認為:“模擬電路調試與維修”難教更難學,其教學改革一直受到重視,多次被列入國家重點攻關項目、信息產業部(原電子部)及教育部(教委)的教改項目和重點建設課程。

1.2 “模擬電路調試與維修”教學的主要問題

近年來,我國高等職業教育蓬勃發展,形成了高等職業教育體系框架。廣大教師對“模擬電路調試與維修”的教學進行了大量的改革,促使教材組織、教學方式方法發生較大的變化,取得了一定成果。但總體來講,以信息與通信技術(information and communication technologies,簡稱ICT)為基礎的現代教育技術飛速發展,帶來了信息傳播技術的一場革命,并對人類生產、生活和學習活動產生了深刻的影響。而“模擬電路調試與維修”的教學改革還沒有充分利用ICT的巨大潛力,因此主要存在以下問題:

(1) 以“教”為中心,重視“教”而沒有把“學”、“做”放在同等重要的地位;

(2) 重視知識的接受與理解,不重視知識建構和發現的方法;

(3) 沒有充分發揮網絡在支持基于任務驅動、項目導向教學方法以及教學管理方面的巨大優勢。

在示范校建設過程中,很多教師在理論與實踐結合方面進行教學改革試驗,運用現代教育技術改革課堂教學和實驗教學,如運用EDA軟件、多媒體課件開展教學。在此過程中,單靠局部或某方面的改革并不能真正實現全部教學目標。本文試圖探索運用一種新型的教學模式——基于ICT的整合教學模式,充分整合現有的各種教育資源,探索工學交替、任務驅動、項目導向等有利于增強學生能力的教學模式。它的核心目標是促進交互的發生和增加交互發生的有效性,其最高目標是培養能適應學習化社會的、基本建立了“學會生存”知識體系的、全面發展的高素質人才。

2 “模擬電路調試與維修”整合教學模式的基本思想

2.1 結合示范校建設

示范性高職院校建設計劃啟動以來,不少學者基于自身工作實踐,對示范校建設過程中的某些環節進行了研究。例如,蘇志剛在《創新“工學結合”人才培養模式建設示范性高職院校》一文中提到,“示范性高職院校建設是提升高等職業教育辦學水平的重要舉措。示范性高職院校建設要通過創新‘工學結合的人才培養模式,加強‘雙師結構的師資隊伍建設,強化對頂崗實習、工程實踐等環節的管理,提升辦學質量。要開展高起點、高標準、高目標的示范性專業建設,通過構建持續性和專業性發展平臺,使學生具有良好的職業素質、熟練的操作技能和可持續發展的能力。”

黃曉峰從實訓室管理體制和機構、制度、方法、職能和實驗隊伍建設等方面論述了示范性高職院校的實訓室管理問題,提出“學校在整體規劃實驗室時,首先要解決體制問題,必須打破目前實訓室存在的教研室分散管理的舊體制”等觀點。呂鳳明等從專業建設的總目標、人才培養模式目標等方面重點研究了輪機工程技術專業課程體系與教學內容改革建設的內容,并且指出教學實驗實訓條件的建設和師資隊伍的建設是課程體系與教學內容改革的必要支撐和保障。顧京從課程建設在國家示范性高職院校建設中的重要地位出發,研究了在示范校建設過程中,如何在操作層面上深諳精品課程建設的目標、建設內涵及特色等,提出“通過精品課程的建設,帶動其他課程的建設和發展,達到優化高職教育課程體系,推進教育交割,創建創新人才培養模式……發揮國家示范性高職院校重點專業建設的示范和帶頭作用”的目的。

2.2 整合教學模式的基本內容

復雜適應系統理論是霍蘭(計算機科學家,遺傳算法的首創者)于1994年在圣菲研究所成立10周年時正式提出的,主要研究復雜系統在一定規則下如何產生宏觀有序的組織和行為。復雜適應系統(Complex Adaptive System,簡稱CAS)理論包括微觀和宏觀兩個方面。在微觀方面,其基本概念是具有適應性的主體(Adaptive Agent,強調它的主動性,具有自己的目標、內部結構和生存動力),簡稱主體。它是復雜系統中的成員,具有適應性就是主體能夠與環境以及其他主體進行交互作用,主體在這種持續不斷的交互作用的過程中不斷地“學習”或“積累經驗”,并且根據學到的經驗改變自身的結構和行為方式,以便更好地應用在客觀環境中。所謂復雜適應系統,是指由大量的按一定規則或模式進行非線性相互作用的行為主體所組成的動態系統。行為主體通過“學習”產生適應性生存和發展策略,導致CAS進行創造性演化。在宏觀方面,由這樣的行為主體組成的系統進行演變或進化,包括新層次的產生,分化和多樣性的出現,新的、聚合而成的、更大主體的出現等,都是在主體間及主體與環境的相互作用中產生、演化和發展的。主要表現為宏觀系統中的分化、涌現等種種復雜的演化過程。

整合教學模式的最高目標是培養能適應信息社會的全面發展的創造性人才,主要包括:實施素質教育,以提高學生綜合素質為宗旨,以培養學生的創新精神和實踐能力為重點;促進“四大支教育”,即培養學生學會認知、學會做事、學會合作、學生生存的四種基本學生能力。

復雜適應系統有別于一般系統和復雜系統,關鍵在“適應”。CAS理論的核心思想是:適應性造就復雜性。當然,造就復雜性的因素可能是多方面的,適應性僅是產生復雜性的機制之一,并不排除還會有其他的產生復雜性機制。然而,由適應性產生的復雜性,即所謂CAS確實是普遍存在的而又十分重要的復雜系統,對它們缺乏研究會“極大地阻礙我們去解決當今世界存在的一些重大問題”。基于此,CAS理論無疑是復雜系統研究中的一個重要理論。CAS理論強調主體在交互作用中發展演化,其教學策略應以促進學習者與教師、學習者與學習者、學習者與學習資源、學習者與學習環境的交互為重點。建構主義理論認為,學習是一種社會化的活動,學習的獲得是在交互中產生和建構的。因此,在學習過程中,工學交替、任務驅動、項目導向的教學是合適的。通過媒體與教師、學生、學習資源或學習對象進行交流時交互作用的有效性,促進了基于CAS理論的教學設計和基于實際應用的學習環境和學習資源教學模式的整合。

在新的“模擬電路調試與維修”課程標準中,我們采用情境設計、任務導向、項目驅動來開展教學活動。第一個情境為“直流穩壓電源”,教學設計如圖1所示:

2.3 傳統教學模式與ICT及現代教育思想的整合

國內外研究表明,班級集體教學等傳統教學模式仍有很強的生命力。何克抗教授主持的“四結合”教改試驗研究項目中運用的雙主教學模式就充分地說明了這一點。巴特瑞克?范恩立等發現,在阿薩巴斯卡大學,雖然任何一名學生都可以采用“虛擬教學”(基于計算機的在線學習)模式學習任何一門課程,但實際上只有一小部分學生采用了這一學習模式。經過研究后得出結論:盡管在線學習對學生學習及其興趣的激發是十分有利的,但在未來一段時期內,課程必須具備電子版和非電子版兩種形式,采用在線學習模式的學生仍需要精神上的鼓勵和學習方法的指導,需要直接的經驗及耐心的幫助。

傳統教學模式存在的問題主要是教學條件的限制、師資力量和師資水平不足造成的。只要學校、教師充分運用ICT技術,提高教師自身的專業水平和素質,發揮和加強自身的優勢,就可以減少甚至避免傳統教學模式的弊端。

而作為學生實踐主要方式的實驗室教學,在培養學生動手能力、分析解決問題能力及科學精神等方面仍然起著無可替代的作用。在整合教學模式中,教師一方面采用多媒體技術、網絡技術及電子電路計算機輔助分析與設計技術(CAA和CAD)、電子設計自動化技術(EDA)教學,開展探索性、啟發式教學,培養學生良好的學習習慣,促進學習者掌握概念、原理和科學方法,提高學習質量;培養學生用問題引導學習、思考的習慣,鼓勵學生發現問題、提出問題,激勵學生探索和解決問題的熱情。另一方面運用網絡多媒體技術、計算機數據處理與分析技術、自動測量技術和虛擬儀器技術改革傳統實驗室教學,提高教學效率,使學習者有更多的時間開展更高效率和富有創造性的實踐活動,使他們的探索創新和實踐能力得到提高。

課堂教學、實驗教學和網絡學習整合就是要綜合考慮各種教學模式,取長補短。這樣教師既能高效地傳授系統化的模擬電路調試與維修的基礎知識和基礎理論,又能與學生進行實時交流;實驗教學中采用的基于工作過程或項目導向的探索性學習(發現學習)方式,也更好地促進了學生基本技能和在實踐中分析、解決問題能力的提高。

3 “模擬電路調試與維修”網絡課程建設

整合教學模式中“模擬電路調試與維修”的網絡課程是整個教學活動的重要組成部分,促進了ICT、現代教育教學理念和電子學科的有機融合。它的內容構成、組織方式、教學與學習策略設計、學習活動安排與課堂教學、實驗教學綜合展開,相互補充,各取所長。

網絡課程提供了豐富的學習資源及多種查詢方法,適應了個別化學習的需求;還提供了現代化的交互與傳播手段,為開展探究性學習提供明晰有益的問題背景及文獻資源,為開展研究與探討、合作與交流、發表與評價成果提供了良好環境。

4 課程改革意義

通過項目組與全系師生的共同努力,我們基于ICT技術教學改革取得了令人可喜的成果,主要有以下幾個方面:

(1) 本課程改革以工作中的典型工作任務為教學核心內容,教學活動的每一個主題都圍繞典型工作任務,通過典型工作任務掌握主要內容,教學做一體,讓學生“在學中做,在做中學”。在教學活動中,學生不僅體驗到了實際企業當中的典型任務,也提高了思維能力、動手能力。

(2) 明確了“模擬電路調試與維修”在人才培養中的作用和在課程體系中的地位。

(3) 整合教學內容,新制定了基于ICT技術的“模擬電路調試與維修”的課程標準。

(4) 緩解了學時緊張與教學內容豐富之間的矛盾,突破了傳統教學手段,擴大了課堂教學信息量。學生可以方便地上網學習,下載教學資源,進行模擬測驗。

(5) 提高了教學質量,實現了教學方法的創新。

(6) 多媒體教學具有形象性、多樣性、新穎性、趣味性、豐富性等特點,能充分調動激發學生的學習興趣,調動他們獨立思考問題的積極性,發揮學生的主體作用。學生突破了以往被動接受的學習模式,提高了學習興趣,實現了學習模式的創新。

5 結論

“模擬電路調試與維修”整合教學模式是我們在教學改革探索中的一種嘗試,在理論和實踐上還不夠成熟。我們衷心期望得到教育技術專家、學者和廣大電子技術教師的指導和幫助,從理論和實踐上開展研究實驗,將定性研究與定量研究相結合,為推動我國電子技術教學改革和培養更多更好的電子技術人才作出貢獻。

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