“數(shù)字電子技術(shù)”課程混合教學(xué)模式課改實(shí)踐

賈尚云，孫步功，李紅嶺

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，蘭州 730070）

1 課程改革背景

數(shù)字電子技術(shù)課程是研究數(shù)字電子器件的結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)、電路及應(yīng)用的學(xué)科，是電氣化、計(jì)算機(jī)與信息類大學(xué)本科專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)有創(chuàng)新能力的新工科人才至關(guān)重要。該課程主要涉及邏輯代數(shù)、邏輯門電路及主要的數(shù)字邏輯器件。課程體系龐大，知識點(diǎn)繁雜，現(xiàn)有的課時安排，學(xué)生學(xué)習(xí)不夠充分，同時該課程知識點(diǎn)細(xì)碎抽象，理解和記憶的內(nèi)容均比較多，學(xué)習(xí)過程較為枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。為解決這一難題，教師們一直致力于探索一種高效的、新型的教學(xué)模式。信息技術(shù)的高速發(fā)展為高等教育教學(xué)改革提供了新的契機(jī)，將課程內(nèi)容與現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合，探索一種線上線下混合式教學(xué)模式已逐漸成為當(dāng)代高等教育教學(xué)的熱點(diǎn)。[1]

傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師為中心，教師能很好地應(yīng)用不同授課方法如啟發(fā)式教學(xué)、問題導(dǎo)向式教學(xué)，教師自身雄厚的知識儲備有助于學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)知識，教師能充分駕馭課堂，及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，便于師生、生生之間情感交流。但教師作為課堂的主導(dǎo)者，多以“填鴨式”或“滿堂灌”的形式授課，教學(xué)手段單一，評價體系不全，教學(xué)交流和互動較少。學(xué)生被動地接受知識，學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)得快忘得快，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維不能得到較好的發(fā)展。

線上教學(xué)突破了時間和空間的限制，以學(xué)生為中心，倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教學(xué)手段多樣，教學(xué)方法新穎，評價體系完整，教學(xué)考核全面。平臺上可引進(jìn)各高校優(yōu)秀的MOOC 資源，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。但線上教學(xué)對學(xué)生的自主能力和自控能力有一定的要求，也缺乏課堂教學(xué)的氛圍，教師對課堂的把控不足，師生之間互動較少。[2]

線上線下混合式課程就是對傳統(tǒng)課堂和線上課堂“取其精華，去其糟粕”的過程。教師和學(xué)生的角色發(fā)生了改變，突出了以學(xué)生為中心的核心思想，教學(xué)目標(biāo)從“傳道受業(yè)解惑”變?yōu)椤拔虻朗跇I(yè)解惑”再變?yōu)椤拔虻狼髽I(yè)生惑”，讓學(xué)生深刻體會到學(xué)習(xí)過程比結(jié)果更重要，努力比知識更重要。

2 線上線下混合式教學(xué)模式的構(gòu)建和實(shí)施

本課程線上部分依托智慧樹平臺進(jìn)行。智慧樹[3]-[4]是全球大型的學(xué)分課程運(yùn)營服務(wù)平臺，擁有海量資源。教師可利用該平臺發(fā)布課程介紹、在線學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱、教學(xué)視頻、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)日歷、教學(xué)設(shè)計(jì)、討論互動，針對每個知識點(diǎn)出相應(yīng)的測試題，擴(kuò)充題庫，并且區(qū)分題目的難易程度。學(xué)生能在做題目的過程中查漏補(bǔ)缺，細(xì)化性地學(xué)習(xí)。設(shè)置訓(xùn)練題庫，保證題目質(zhì)量，讓學(xué)生能有針對性地做題，能對易錯題多做多練，更好地學(xué)習(xí)。教師還能進(jìn)行小組教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把知識傳授、能力培養(yǎng)、思想引領(lǐng)融入課程教學(xué)過程之中。學(xué)生能查看學(xué)習(xí)教室發(fā)布的所有教學(xué)內(nèi)容，共享網(wǎng)上資源和教師授課資料，獲取知識圖譜，參與互動討論投票等。學(xué)生學(xué)習(xí)方式發(fā)生了改變，從以課本為主的被動學(xué)習(xí)變?yōu)椤罢n本+資源+實(shí)踐”的主動學(xué)習(xí)過程。將理論分析設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)搭建及仿真調(diào)試技術(shù)相結(jié)合，不僅能搭起學(xué)生認(rèn)知橋梁，啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立和創(chuàng)造精神；又能使學(xué)生真正掌握知識和技能，促進(jìn)學(xué)生能力和素質(zhì)的提高，將農(nóng)業(yè)學(xué)科知識應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)理念中，提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力。

線下部分是“傳統(tǒng)課堂+雨課堂”的形式構(gòu)成。雨課堂[5]屬于交互式教學(xué)軟件，以微信為依托，以PPT為載體，不僅可以推送大量的教學(xué)資源，還能讓學(xué)生實(shí)時查看課件。雨課堂標(biāo)注重難點(diǎn)和不懂的知識點(diǎn)，和老師高效互動，更能讓老師把控課堂節(jié)奏，了解學(xué)生學(xué)習(xí)的動態(tài)。圖1為線上線下混合式教學(xué)模塊分配。

圖1 線上線下混合式課堂功能模塊

3 課程教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 課前準(zhǔn)備

3.1.1 學(xué)情分析

本課程教授對象是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)的大三學(xué)生。學(xué)生學(xué)習(xí)努力，專業(yè)性較強(qiáng)，但他們不善于獨(dú)立思考、表達(dá)能力不足，沒有預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的習(xí)慣。在教學(xué)過程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，借助在線教學(xué)平臺加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，通過混合式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，通過教學(xué)案例提高學(xué)生的求知欲望。

課程選用教材為高等教育出版社出版的《電子技術(shù)基礎(chǔ)·數(shù)字部分》第六版（康華光主編），全書共十一章節(jié)，分別為數(shù)字邏輯概論、邏輯代數(shù)與硬件描述語言基礎(chǔ)、邏輯門電路、組合邏輯電路、鎖存器和觸發(fā)器、時序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲器、CPLD和FPGA、脈沖波形的變換與產(chǎn)生、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

3.1.2 教學(xué)學(xué)時安排

本校“數(shù)字電子技術(shù)”課程的理論授課學(xué)時為56學(xué)時，實(shí)驗(yàn)授課學(xué)時為16學(xué)時。線上線下混合式教學(xué)不是簡單地劃分課程學(xué)時，而是從學(xué)生的角度出發(fā)，整合課程知識點(diǎn)，比較歸納知識點(diǎn)的屬性，根據(jù)課程結(jié)構(gòu)和學(xué)生特點(diǎn)來劃分線上線下課程內(nèi)容。本課程線上線下劃分如表1所示，以第二章節(jié)為例。

表1 線上線下課程內(nèi)容劃分

3.1.3 資源整合利用

為達(dá)到更好的教學(xué)效果，豐富教學(xué)內(nèi)容，課題組整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，充分利用網(wǎng)上優(yōu)秀的MOOC資源，并在每個知識點(diǎn)后提供與本課程相關(guān)的教學(xué)素材，提供每次教學(xué)的指導(dǎo)文件如電子教案、電子課件PPT、微課視頻、教學(xué)任務(wù)單等。微課[6]以10min左右的小視頻為主，重點(diǎn)為課程中的知識點(diǎn)、重難點(diǎn)知識點(diǎn)、易錯知識點(diǎn)和考點(diǎn)。其中簡單概念性知識點(diǎn)對應(yīng)于課程的課前預(yù)習(xí)，而在課堂中學(xué)習(xí)重難點(diǎn)知識點(diǎn)、課后復(fù)習(xí)總結(jié)易錯知識點(diǎn)和考點(diǎn)。微課雖簡短，但在設(shè)計(jì)中應(yīng)涵蓋教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)重點(diǎn)和總結(jié)等，讓學(xué)生能在短時間內(nèi)系統(tǒng)地掌握知識構(gòu)架。短視頻形式還能讓學(xué)生高度集中注意力，同時鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)資料，在課程教學(xué)外擴(kuò)充自己知識庫。圖2為該課程資源建設(shè)和引用情況。

3.1.4 思政元素挖掘

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，高校思政課工作的開展要因事而化，因時而進(jìn)，因勢而新。通過創(chuàng)新課程思政方法，探索思政元素與專業(yè)知識的融合手段。采用“不離專業(yè)講思政，滲透思政講專業(yè)”的方法，探索“專題嵌入，畫龍點(diǎn)睛，隱形滲透”等融合手段，實(shí)現(xiàn)思政教育與專業(yè)教育無縫銜接。[7]

思政元素的融入要做到全方面、多維度，打破思政教學(xué)的單一模式，做到“時政解讀+專業(yè)教學(xué)+思政教育”三位一體，達(dá)到潤物無聲，春風(fēng)化雨的效果。結(jié)合大學(xué)辦學(xué)定位、專業(yè)特色和人才培養(yǎng)的需求，把握課程思政重點(diǎn)建設(shè)方向，將價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授緊密結(jié)合。在講解數(shù)字集成電路時，引入中美貿(mào)易摩擦和美國對中國芯片的打壓，鼓勵學(xué)生學(xué)好基礎(chǔ)知識，努力報效祖國，具有愛國情懷。在講到代數(shù)式化簡法的時候，引導(dǎo)學(xué)生遵循世界的規(guī)則和定律，腳踏實(shí)地。在講到復(fù)雜可編程邏輯器件時，引入中國人永不言敗，吃苦耐勞的精神。在講到計(jì)數(shù)器的時候結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械播種技術(shù)，讓學(xué)生深刻體會到本學(xué)科、本課程在農(nóng)業(yè)工程方面的作用，樹立為農(nóng)服務(wù)的意識，鼓勵學(xué)生積極投身于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)中，培養(yǎng)符合農(nóng)業(yè)院校實(shí)際的優(yōu)秀人才。

3.2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

3.2.1 課前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)是混合式課堂的重要一環(huán)。在上課前，教師在智慧樹平臺發(fā)布教學(xué)課件、教學(xué)視頻和測試習(xí)題等預(yù)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生在“知到”APP上學(xué)習(xí)相應(yīng)課件和視頻后完成測試習(xí)題，并參與投票選擇預(yù)習(xí)過程中難點(diǎn)和易學(xué)點(diǎn)。教師通過查看學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和投票數(shù)據(jù)來調(diào)整自己上課策略和方法。課前預(yù)習(xí)能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，能讓基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)跟上老師節(jié)奏，能大幅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，對課堂教學(xué)有很好的輔助作用。課前設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.2.2 課堂教學(xué)

“數(shù)字電子技術(shù)”課程邏輯性較強(qiáng)，分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算的內(nèi)容較多?；凇鞍鍟?PPT+雨課堂+智慧樹”的教學(xué)模式，將教師的角色由“演員”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)演”，將學(xué)生的角色由“觀眾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把輪T”。難度較低和概念性的知識點(diǎn)讓學(xué)生在線上學(xué)習(xí)。線下課堂集中講授知識體系中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，線下課程的講解也并沒有完全脫離線上平臺，線上線下的學(xué)習(xí)劃分已在表1中列出，此處不再贅述。在講解的過程中，教師應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，利用發(fā)布彈幕、分組教學(xué)等形式實(shí)現(xiàn)師生互動和團(tuán)隊(duì)交流，并發(fā)布隨堂測試題，讓學(xué)生限時答題。題目可以是選擇、填空、判斷、簡答、計(jì)算等多種題型，可通過“隨機(jī)點(diǎn)名”的形式讓學(xué)生點(diǎn)評某同學(xué)的解答過程，實(shí)現(xiàn)生生互動，最后由教師對疑難問題進(jìn)行解答和總結(jié)歸納。在課程講授過程中融入思政元素，例如本堂課可在卡諾圖的化簡步驟和包圍圈的化簡原則這兩個知識點(diǎn)融入思政元素。以邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡法為例設(shè)計(jì)一堂課的完整實(shí)施過程如表2所示。

表2 卡諾圖化簡法教學(xué)實(shí)施過程

3.2.3 課后鞏固

教師可通過雨課堂和智慧樹的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)獲悉學(xué)生對本堂課的掌握程度，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)課后教學(xué)內(nèi)容。課后的內(nèi)容一般以課后作業(yè)、課后小測、階段測試、問答討論和思維導(dǎo)圖的形式展開，達(dá)到積極鞏固，有效復(fù)習(xí)的目的。

通過設(shè)置比較合理的作業(yè)和階段測試的構(gòu)架，使知識的掌握變得更加準(zhǔn)確、靈活。同時針對每個知識點(diǎn)出難易程度有區(qū)別的測試題，擴(kuò)充題庫，學(xué)生能在做題目的過程中查漏補(bǔ)缺，細(xì)化性地學(xué)習(xí)。設(shè)置訓(xùn)練題庫，保證題目質(zhì)量，讓學(xué)生能有針對性地做題，能對易錯題多做多練，更好地學(xué)習(xí)。在課程中引用了討論模塊，把學(xué)習(xí)的空間還給了學(xué)生，確立了學(xué)生的主體地位。課后教學(xué)設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 課后教學(xué)設(shè)計(jì)

3.3 教學(xué)考核與評價

混合式課程的考核形式打破原來“考試+平時+出勤”的考核制度，細(xì)化考核評定標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)過程性考核，降低期末考試比例，引導(dǎo)學(xué)生重視課前預(yù)習(xí)、課堂習(xí)題小測、討論以及課后作業(yè)、階段測試等，讓學(xué)生積極參與到課程過程學(xué)習(xí)中。實(shí)驗(yàn)成績單獨(dú)給出，占比100%。表3 為教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)。

表3 教學(xué)考核評價標(biāo)準(zhǔn)

4 教學(xué)改革成效

4.1 提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效果

自混合式課程建設(shè)以來，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性有了很大提升。課程的開放性讓學(xué)生隨時可學(xué)，隨地可學(xué)，課程的多元化讓學(xué)生從淺層的認(rèn)知學(xué)習(xí)過渡到深度網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)，讓學(xué)生超越課本，超越常規(guī)，超越自我。從學(xué)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)來看，學(xué)生查找資料豐富，查看次數(shù)較多，時長較長，課后小測和階段測試成績區(qū)分度良好，討論參與人數(shù)和題庫學(xué)習(xí)人數(shù)較多，對錯誤率較高的題目學(xué)生能總結(jié)反思，教師能針對性輔導(dǎo)，學(xué)習(xí)效果較好。

4.2 提高了學(xué)生學(xué)習(xí)成績

以甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)2018、2019、2020電氣班學(xué)生為例，2018級電氣班（50人）采用傳統(tǒng)課堂，2019級（60人）和2020級（52人）進(jìn)行了混合式教學(xué)。通過對比三年來學(xué)生的成績數(shù)據(jù)，分析得知進(jìn)行教學(xué)混合式教學(xué)改革以后，學(xué)生的期末成績和平時成績均有明顯提高。其中2018 級學(xué)生期末考試平均成績71.44 分，平時成績79.32分；2019級學(xué)生期末考試平均成績73.89分，平時成績81.62分；2020級學(xué)生期末考試平均成績83.42分，平時成績88.77分，其期末成績對比如圖5所示。從對比圖可知，不及格和低分學(xué)生人數(shù)降低，80分以上學(xué)生人數(shù)呈增長趨勢。

圖5 三年成績對比柱狀圖

4.3 提升了學(xué)生文化自信

課程思政的融入增強(qiáng)了學(xué)生信心和勇氣，讓學(xué)生感受了數(shù)字電路的邏輯之美。學(xué)生探索組合邏輯電路的競爭與冒險，去創(chuàng)新，去體驗(yàn)。學(xué)生在向強(qiáng)國建設(shè)、民族復(fù)興邁出自己堅(jiān)實(shí)的步伐。學(xué)生感受了生活美好，去學(xué)習(xí)科學(xué)名家，領(lǐng)略大家風(fēng)范。學(xué)生堅(jiān)定了理想信念，厚植家國情懷。學(xué)生勇于探索，遵循規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生工匠精神，增強(qiáng)學(xué)生民族認(rèn)同感和自豪感。

4.4 促進(jìn)教師提高自身能力

信息技術(shù)的發(fā)展對教師來說既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。教師想要上好一堂課，就需要利用更多的時間研修專業(yè)知識，提高自我素質(zhì)。教師要充分學(xué)習(xí)和應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，將課堂知識與現(xiàn)代信息技術(shù)融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教師要確立以學(xué)生為中心的主體地位，更要在教學(xué)過程中充分掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，做到有的放矢。

5 結(jié)語

本文從“數(shù)字電子技術(shù)”現(xiàn)狀教學(xué)、教學(xué)重點(diǎn)和人才培養(yǎng)需求出發(fā)，探討了混合式教學(xué)在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的改革與實(shí)施情況，對線上線下教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)致的劃分，從課前、課中、課后三個維度出發(fā)，設(shè)計(jì)了各階段的教學(xué)手段，教學(xué)方法和考核評價指標(biāo)，建立了完整的交互式學(xué)習(xí)機(jī)制。實(shí)踐證明混合式教學(xué)對教學(xué)改革有很好的推動作用，提高了教師的教學(xué)水平和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高了大學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。