基于網絡教學平臺的數字電路實驗混合式教學研究與實踐*

許忠宇

(石河子大學理學院 新疆 石河子 832000)

劉效勇 盧 佩

(桂林理工大學信息科學與工程學院 廣西 桂林 541006)

數字電路實驗課程具有很強的應用性、實踐性，因此在理工科專業課教學中具有舉足輕重的地位[1].但是，在傳統的實際教學環節中往往存在很多問題：

(1)課時數較少，教學內容大多以演示性、驗證性、操作性實驗為主，實驗設計不合理；

(2)大多采用教師授課指導學生亦步亦趨的教學模式，實驗效果不理想，對學生的綜合性、創造性和研究性能力方面訓練不夠；

(3)理論知識不能與實驗結果緊密聯系，致使學生容易對實驗失去興趣，嚴重挫傷學生學習的積極性和主動性.

(4)受實驗條件限制，一些自主實驗不能完全實現，使得學生動手實踐的良機變為學習課程的阻力[2，3].

基于此，我們依托石河子大學提供的軟硬件環境以及學生的實際情況，開展了該門課程的混合式教學改革和探索，包括對實驗準備預習的專題調研、網絡教學平臺構建、實驗環境多元化和實驗器材管理靈活化、考評機制常態化等，有效地改善和提高了學生的工程應用能力和創新能力.

1 混合式教學改革的內容

(1)教學內容的改變

按照石河子大學人才培養方案要求，根據我校學生實際情況，結合現有實驗儀器和電子線路仿真軟件，我們自編了《數字電路實驗》課程教學指導書，包括基礎實驗、綜合實驗和虛擬儀器實驗3大部分，其中，既有必修實驗，也有自主選修實驗.實驗類型除驗證性實驗和綜合性實驗外，設置了多個設計創新性實驗以拓展學生的視野，培養學生的實驗興趣.其中，把傳統獨立分散的、以驗證性為主的實驗內容改為知識點涵蓋較為全面的、系統的創新性設計實驗項目，如電子秒表和交通燈電路設計與仿真等，這些題目比較新穎有趣，實用性和可行性較強，而且它們的組成基本包含了課程標準要求的相關知識點，能幫助學生將教材上分立的知識點有機系統地聯系起來，培養學生綜合分析、設計、制作和調試數字電路的能力.同時，在尊重學生的個性差異和工程素養差異基礎上，根據各自的情況進行自主選題，相同的實驗題目，設計既可以簡單也可以復雜些，以體現教學內容的可伸縮性和開放性.

(2)教學方法的改變

在教學方法上，我們依托學校網絡教學平臺和學校實驗室的硬件資源，將部分演示性實驗、基本操作要點、注意事項等部分學習內容遷移到線上教學，利用多媒體視頻、PPT、虛擬儀器、微課視頻等以演示操作、講解等方式呈現，以加強學生預習實驗內容，提高學生實際實驗操作的熟練程度，加深學生對實驗理論知識的理解.同時，在設計方案的制定上，強調學生自主動手，自主設計，自主調試的自主式實踐，將整個系統分模塊、分階段提供基本參考方案.學生分為多個項目小組，小組成員按提出問題、分析問題、設計問題具體解決方案、與教師溝通討論方案、收集資料、解決問題的過程進行，突出學習的主動性、自主性，加強學生之間的協作，有利于深度學習.與傳統教學法相比，突出了3個中心的轉變，即由以教師為中心轉變為以學生為中心，由以課本為中心轉變為以實驗為中心，由以課堂為中心轉變為以實踐為中心.告別了傳統模式的“看圖連線，機械模仿”，激發了學生的學習熱情，使他們主動思考，發現問題，解決問題，理論和實驗高度融合，鉆研興趣更加濃烈，提高了實驗課的實踐效果.此外，我們采用ABCD教學法，結合具體內容進行教學目標設計，對每個實驗進行了線上授課單元設計，師生通過共同實施一個完整的實驗項目而展開教學活動.

(3)教學手段的改變

由于受學校實驗條件、培養方案及課時的限制，導致學生沒有充分的時間去理解數字電路實驗的實驗理論、操作重點，因而導致實驗安排內容偏少，學生對數字電路實驗實際操作能力欠佳，不利于學生的培養和發展.在教學手段的采用上，我們應用混合式教學模式，進行了部分教學改革和探索.

一是實行在線教學過程.教師分階段提供相關的文檔資料，提供開放的教學資源，如精心設計的多媒體課件、針對重難點知識錄制的微課，虛擬實驗室、電子教材等，供學生觀看下載.學生利用網絡學習、查找資料、仿真、在線提交各階段實驗數據及仿真結果，學生提出問題，教師答疑解惑，實現師生在線交流.

二是結合面對面教學，制定詳細的實施計劃，緩解學生的畏難情緒.對于具體實驗的基本要求、步驟和方法、注意事項以及各個模塊的設計方案，在課堂上進行面對面的教學和討論.

三是實施開放教學，包括實驗時間開放、實驗器材開放.提供開放的實驗時間，解決有限的時間內不能完成的實踐環節，同時學生利用開放時間還可與教師以及其他同學進行溝通學習.實驗室常用儀器設備均向學生開放，另外項目制作需要的元器件、焊接工具、面包板等學生也可以帶出實驗室.

四是將虛擬儀器技術引入數字電路的實驗教學，對于現有實驗室設備和器材難以完成的實驗，應用虛擬儀器軟件Multisim進行仿真實現.該項目立項前，理學院物理系電子線路實驗室實驗設備陳舊、利用率不高，實驗效果不明顯，運用虛擬儀器技術后，建設了更加完善的教學資源庫.

五是將數字電路知識應用于實踐教學.在指導學生畢業論文/設計中，我們設置相關研究課題，以增強學生開發、創新、動手能力，提升理論和實踐技能，為未來學習就業和工作奠定良好的基礎.把傳授知識、培養能力和提高素質有機結合起來，以適應社會對人才需求的變化.

(4)考核方式的轉變

改革實驗課程評價方式，構建以全過程評價為主的評價體系，盡可能公平、公正地評價學生學習水平，在考核方式上，體現整體性.在實際教學過程中，嚴格按照原授課計劃進行.為促進混合式教學模式的發展，其中選出部分實驗為仿真軟件的學習應用，主要使學生熟悉仿真軟件的操作、元件選取、電路連接及實現的基本方法.另外結合數字電路教材理論知識，精心選取部分實驗在電子學綜合實驗平臺上完成.為此我們制定了詳盡的考核方式和成績評定標準.課程最終考核學生的實驗預習、平時實際操作能力、實驗報告的完整性、原始數據記錄.這樣，充分體現和考察了學生知識能力和綜合素質的培養情況.

(5)調查問卷

通過設置調查問卷收集學生反饋意見，調整教學設計方法，彌補不足之處.教師通過該方式得到學生學習情況的反饋信息.

2 教學改革成果

我們將混合式教學方法應用于2014級和2015級的物理學專業和應用物理學專業4個班級的《數字電路實驗》課程的教學過程中，取得了良好的教學效果.

(1)編寫實驗指導書和實驗講義

在充分領會學校制定的培養方案和教學大綱精髓的基礎上，以國內教材和相關《數字電路實驗》教材構建教學實踐內容體系，汲取各種教材中的精華，編寫了突出實用性、通俗性和相應學科動態的《數字電路實驗》指導書一部以及部分《數字電路仿真實驗》講義.

(2)完成理論教學、實踐教學的改革，并進行了相關程序的開發

《數字電路實驗》除了強調理論水平提高之外，還應注重學生實踐能力的提升.在理論教學過程中，將虛擬儀器融匯到《數字電路實驗》課程教學過程中，以具體實例佐證虛擬儀器技術在電子線路專業學習過程中的重要作用[4].這種課程融合式教學不僅可幫助學生理解晦澀難懂的概念，還可以激發學生的想象力，使學生即能以較高的效率掌握現有理論的精華，又能以較快的速度去創新和探索.同時，在實踐教學過程中，緊密與科研相結合，以確保教學內容先進，能及時反映學科領域的最新科技成果.

(3)應用于學生的畢業論文/設計實踐

在兩年的課程改革探索期間，筆者共指導了6名大四本科畢業生的畢業論文，在論文選題上大多設置和電子線路虛擬儀器相關的課題，包括《信號交通燈的設計與實現》《八路智力競賽搶答器設計與實現》《基于虛擬儀器的電工學實驗研究》《基于ELVIS Ⅱ的電路開發設計研究》等.指導學生畢業論文實踐過程中，緊密與實際應用相結合，培養學生嚴謹務實的科研態度和獨立處理和分析、解決問題的能力.通過學生努力，指導的2名本科畢業生的畢業論文獲校級優秀畢業論文，2名本科畢業生的畢業論文獲院級優秀畢業論文.

(4) 積累經驗，提升教師自身教學能力和水平

我們結合現代教育技術的發展，探索傳統教學方法與現代多媒體教學手段相結合的途徑，完成相關電路的設計，同步網絡教學平臺實現資源共享，并應用于數字電路的實踐教學中，是順應我國高校精品課程建設工程的需要.同時，我們積極參加了學校教務處和清華大學聯合舉辦的網絡培訓班，完成了相關課程設計，獲得培訓證書，并公開發表2篇相關教學研究論文，積累了教學經驗，提高了自身教學水平.

3 結束語

通過數字電路實驗混合式教學，我們的教學理念和教學方法得到了有效提升，取得了一些教學成果：

(1)打破了傳統的師生關系，倡導生本模式.即學生學習的主體性與教師教學的啟發性有機結合，充分發揮學生的主體作用，更多地關注在課程教學活動過程中學生的參與和知識的獲得.

(2)加強了實踐教學環節，重點培養學生邏輯思維能力和工程問題解決能力，構建創新型應用人才培養的課程教學體系.

(3)打破了傳統“一考定成績”的考核方式，將學生考核貫穿于整個教學過程.

當然，在實踐過程中，由于自身水平和條件限制仍然存在一些不足，如學生生源太少，課程設置課時不足，教學方案改變，實驗硬件限制等.盡管在我校幾次本科人才培養方案中不斷變更該門課程名稱，但在該課程幾輪上課過程中收獲的心得和積累的經驗在其他課程,如大學物理、大學物理實驗和近代物理實驗中也可以加以借鑒、吸收和轉化.隨著信息技術的發展、知識體系的深度融合、學生對象的差異化、輔助工具的更新優化，課程教育教學改革永遠在路上.