“數字電子技術”課程混合教學模式課改實踐

賈尚云，孫步功，李紅嶺

（甘肅農業大學 機電工程學院，蘭州 730070）

1 課程改革背景

數字電子技術課程是研究數字電子器件的結構、性能、參數、電路及應用的學科，是電氣化、計算機與信息類大學本科專業必修的專業基礎課程，對培養有創新能力的新工科人才至關重要。該課程主要涉及邏輯代數、邏輯門電路及主要的數字邏輯器件。課程體系龐大，知識點繁雜，現有的課時安排，學生學習不夠充分，同時該課程知識點細碎抽象，理解和記憶的內容均比較多，學習過程較為枯燥，學生學習興趣不高。為解決這一難題，教師們一直致力于探索一種高效的、新型的教學模式。信息技術的高速發展為高等教育教學改革提供了新的契機，將課程內容與現代信息技術深度融合，探索一種線上線下混合式教學模式已逐漸成為當代高等教育教學的熱點。[1]

傳統課堂教學以教師為中心，教師能很好地應用不同授課方法如啟發式教學、問題導向式教學，教師自身雄厚的知識儲備有助于學生系統地學習知識，教師能充分駕馭課堂，及時了解學生學習動態，便于師生、生生之間情感交流。但教師作為課堂的主導者，多以“填鴨式”或“滿堂灌”的形式授課，教學手段單一，評價體系不全，教學交流和互動較少。學生被動地接受知識，學習興趣不高，學得快忘得快，學生的團隊協作能力和創新思維不能得到較好的發展。

線上教學突破了時間和空間的限制，以學生為中心，倡導學生自主學習，教學手段多樣，教學方法新穎，評價體系完整，教學考核全面。平臺上可引進各高校優秀的MOOC 資源，極大地提高了學生的學習積極性。但線上教學對學生的自主能力和自控能力有一定的要求，也缺乏課堂教學的氛圍，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課堂和線上課堂“取其精華，去其糟粕”的過程。教師和學生的角色發生了改變，突出了以學生為中心的核心思想，教學目標從“傳道受業解惑”變為“悟道授業解惑”再變為“悟道求業生惑”，讓學生深刻體會到學習過程比結果更重要，努力比知識更重要。

2 線上線下混合式教學模式的構建和實施

本課程線上部分依托智慧樹平臺進行。智慧樹[3]-[4]是全球大型的學分課程運營服務平臺，擁有海量資源。教師可利用該平臺發布課程介紹、在線學習內容、教學目標、教學大綱、教學視頻、教學重難點、教學日歷、教學設計、討論互動，針對每個知識點出相應的測試題，擴充題庫，并且區分題目的難易程度。學生能在做題目的過程中查漏補缺，細化性地學習。設置訓練題庫，保證題目質量，讓學生能有針對性地做題，能對易錯題多做多練，更好地學習。教師還能進行小組教學和虛擬仿真實驗教學，把知識傳授、能力培養、思想引領融入課程教學過程之中。學生能查看學習教室發布的所有教學內容，共享網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。學生學習方式發生了改變，從以課本為主的被動學習變為“課本+資源+實踐”的主動學習過程。將理論分析設計與實驗搭建及仿真調試技術相結合，不僅能搭起學生認知橋梁，啟發學生思維，培養學生獨立和創造精神；又能使學生真正掌握知識和技能，促進學生能力和素質的提高，將農業學科知識應用到電子設計理念中，提高學生的實踐動手能力。

線下部分是“傳統課堂+雨課堂”的形式構成。雨課堂[5]屬于交互式教學軟件，以微信為依托，以PPT為載體，不僅可以推送大量的教學資源，還能讓學生實時查看課件。雨課堂標注重難點和不懂的知識點，和老師高效互動，更能讓老師把控課堂節奏，了解學生學習的動態。圖1為線上線下混合式教學模塊分配。

圖1 線上線下混合式課堂功能模塊

3 課程教學設計

3.1 課前準備

3.1.1 學情分析

本課程教授對象是甘肅農業大學機電工程學院電氣工程及其自動化專業的大三學生。學生學習努力，專業性較強，但他們不善于獨立思考、表達能力不足，沒有預習和復習的習慣。在教學過程中應注重培養學生的邏輯思維，借助在線教學平臺加強學生的學習主動性，通過混合式教學培養學生自主學習的能力，通過教學案例提高學生的求知欲望。

課程選用教材為高等教育出版社出版的《電子技術基礎·數字部分》第六版（康華光主編），全書共十一章節，分別為數字邏輯概論、邏輯代數與硬件描述語言基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、鎖存器和觸發器、時序邏輯電路、半導體存儲器、CPLD和FPGA、脈沖波形的變換與產生、數模與模數轉換器、數字系統設計基礎。

3.1.2 教學學時安排

本?！皵底蛛娮蛹夹g”課程的理論授課學時為56學時，實驗授課學時為16學時。線上線下混合式教學不是簡單地劃分課程學時，而是從學生的角度出發，整合課程知識點，比較歸納知識點的屬性，根據課程結構和學生特點來劃分線上線下課程內容。本課程線上線下劃分如表1所示，以第二章節為例。

表1 線上線下課程內容劃分

3.1.3 資源整合利用

為達到更好的教學效果，豐富教學內容，課題組整合優質教學資源，充分利用網上優秀的MOOC資源，并在每個知識點后提供與本課程相關的教學素材，提供每次教學的指導文件如電子教案、電子課件PPT、微課視頻、教學任務單等。微課[6]以10min左右的小視頻為主，重點為課程中的知識點、重難點知識點、易錯知識點和考點。其中簡單概念性知識點對應于課程的課前預習，而在課堂中學習重難點知識點、課后復習總結易錯知識點和考點。微課雖簡短，但在設計中應涵蓋教學目標、教學要求、教學重點和總結等，讓學生能在短時間內系統地掌握知識構架。短視頻形式還能讓學生高度集中注意力，同時鼓勵學生自主學習相關資料，在課程教學外擴充自己知識庫。圖2為該課程資源建設和引用情況。

3.1.4 思政元素挖掘

習近平總書記強調，高校思政課工作的開展要因事而化，因時而進，因勢而新。通過創新課程思政方法，探索思政元素與專業知識的融合手段。采用“不離專業講思政，滲透思政講專業”的方法，探索“專題嵌入，畫龍點睛，隱形滲透”等融合手段，實現思政教育與專業教育無縫銜接。[7]

思政元素的融入要做到全方面、多維度，打破思政教學的單一模式，做到“時政解讀+專業教學+思政教育”三位一體，達到潤物無聲，春風化雨的效果。結合大學辦學定位、專業特色和人才培養的需求，把握課程思政重點建設方向，將價值塑造、能力培養、知識傳授緊密結合。在講解數字集成電路時，引入中美貿易摩擦和美國對中國芯片的打壓，鼓勵學生學好基礎知識，努力報效祖國，具有愛國情懷。在講到代數式化簡法的時候，引導學生遵循世界的規則和定律，腳踏實地。在講到復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。在講到計數器的時候結合農業機械播種技術，讓學生深刻體會到本學科、本課程在農業工程方面的作用，樹立為農服務的意識，鼓勵學生積極投身于農業現代化的建設中，培養符合農業院校實際的優秀人才。

3.2 教學過程設計

3.2.1 課前預習

課前預習是混合式課堂的重要一環。在上課前，教師在智慧樹平臺發布教學課件、教學視頻和測試習題等預習內容，學生在“知到”APP上學習相應課件和視頻后完成測試習題，并參與投票選擇預習過程中難點和易學點。教師通過查看學生的學習數據和投票數據來調整自己上課策略和方法。課前預習能充分調動學生學習的主動性，能讓基礎薄弱的同學跟上老師節奏，能大幅提高學生的學習質量，對課堂教學有很好的輔助作用。課前設計如圖3所示。

3.2.2 課堂教學

“數字電子技術”課程邏輯性較強，分析、設計和計算的內容較多?；凇鞍鍟?PPT+雨課堂+智慧樹”的教學模式，將教師的角色由“演員”轉變為“導演”，將學生的角色由“觀眾”轉變為“演員”。難度較低和概念性的知識點讓學生在線上學習。線下課堂集中講授知識體系中的重點和難點，線下課程的講解也并沒有完全脫離線上平臺，線上線下的學習劃分已在表1中列出，此處不再贅述。在講解的過程中，教師應充分發揮學生的主體作用，利用發布彈幕、分組教學等形式實現師生互動和團隊交流，并發布隨堂測試題，讓學生限時答題。題目可以是選擇、填空、判斷、簡答、計算等多種題型，可通過“隨機點名”的形式讓學生點評某同學的解答過程，實現生生互動，最后由教師對疑難問題進行解答和總結歸納。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融入思政元素。以邏輯函數的卡諾圖化簡法為例設計一堂課的完整實施過程如表2所示。

表2 卡諾圖化簡法教學實施過程

3.2.3 課后鞏固

教師可通過雨課堂和智慧樹的學習數據獲悉學生對本堂課的掌握程度，并以此為依據設計課后教學內容。課后的內容一般以課后作業、課后小測、階段測試、問答討論和思維導圖的形式展開，達到積極鞏固，有效復習的目的。

通過設置比較合理的作業和階段測試的構架，使知識的掌握變得更加準確、靈活。同時針對每個知識點出難易程度有區別的測試題，擴充題庫，學生能在做題目的過程中查漏補缺，細化性地學習。設置訓練題庫，保證題目質量，讓學生能有針對性地做題，能對易錯題多做多練，更好地學習。在課程中引用了討論模塊，把學習的空間還給了學生，確立了學生的主體地位。課后教學設計見圖4。

圖4 課后教學設計

3.3 教學考核與評價

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，細化考核評定標準，加強過程性考核，降低期末考試比例，引導學生重視課前預習、課堂習題小測、討論以及課后作業、階段測試等，讓學生積極參與到課程過程學習中。實驗成績單獨給出，占比100%。表3 為教學考核標準明細。

表3 教學考核評價標準

4 教學改革成效

4.1 提高了學生學習效果

自混合式課程建設以來，學生學習的積極性和主動性有了很大提升。課程的開放性讓學生隨時可學，隨地可學，課程的多元化讓學生從淺層的認知學習過渡到深度網絡化學習，讓學生超越課本，超越常規，超越自我。從學的學習數據來看，學生查找資料豐富，查看次數較多，時長較長，課后小測和階段測試成績區分度良好，討論參與人數和題庫學習人數較多，對錯誤率較高的題目學生能總結反思，教師能針對性輔導，學習效果較好。

4.2 提高了學生學習成績

以甘肅農業大學2018、2019、2020電氣班學生為例，2018級電氣班（50人）采用傳統課堂，2019級（60人）和2020級（52人）進行了混合式教學。通過對比三年來學生的成績數據，分析得知進行教學混合式教學改革以后，學生的期末成績和平時成績均有明顯提高。其中2018 級學生期末考試平均成績71.44 分，平時成績79.32分；2019級學生期末考試平均成績73.89分，平時成績81.62分；2020級學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，不及格和低分學生人數降低，80分以上學生人數呈增長趨勢。

圖5 三年成績對比柱狀圖

4.3 提升了學生文化自信

課程思政的融入增強了學生信心和勇氣，讓學生感受了數字電路的邏輯之美。學生探索組合邏輯電路的競爭與冒險，去創新，去體驗。學生在向強國建設、民族復興邁出自己堅實的步伐。學生感受了生活美好，去學習科學名家，領略大家風范。學生堅定了理想信念，厚植家國情懷。學生勇于探索，遵循規律，培養學生工匠精神，增強學生民族認同感和自豪感。

4.4 促進教師提高自身能力

信息技術的發展對教師來說既是挑戰也是機遇。教師想要上好一堂課，就需要利用更多的時間研修專業知識，提高自我素質。教師要充分學習和應用現代化教學手段，將課堂知識與現代信息技術融合，激發學生學習興趣。教師要確立以學生為中心的主體地位，更要在教學過程中充分掌握學生學習狀態，及時調整教學內容，做到有的放矢。

5 結語

本文從“數字電子技術”現狀教學、教學重點和人才培養需求出發，探討了混合式教學在“數字電子技術”課程中的改革與實施情況，對線上線下教學內容進行了細致的劃分，從課前、課中、課后三個維度出發，設計了各階段的教學手段，教學方法和考核評價指標，建立了完整的交互式學習機制。實踐證明混合式教學對教學改革有很好的推動作用，提高了教師的教學水平和學生自主學習能力，提高了大學人才培養質量。