任務(wù)驅(qū)動式“數(shù)字電子技術(shù)”實驗方法探究

航天工程大學(xué)(電子與光學(xué)工程系) 北京 懷柔 101400

“數(shù)字電子技術(shù)”課程是電子、通信、自動化等專業(yè)本科學(xué)生必修的重點課程。作為一門理論性極強的專業(yè)基礎(chǔ)課，在大學(xué)二三年級有著關(guān)鍵的承上啟下的作用。同時因為數(shù)字電子技術(shù)課程具有邏輯性強、理論與實踐結(jié)合緊密等特點，所以實驗課程的重要性并不低于理論課程[1]。

1 數(shù)字電子技術(shù)實驗課程現(xiàn)狀分析

目前，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師仍過分偏重于理論教學(xué)，對實驗課程的教學(xué)不夠重視，導(dǎo)致在課堂中學(xué)生只能被動地記憶、學(xué)習(xí)大量數(shù)字電路的基礎(chǔ)理論知識和復(fù)雜的電路邏輯公式，以及求解習(xí)題的步驟方法。缺少對實際電路的理解能力，缺少消化思考的時間，缺少對問題故障的排除手段，十分容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺乏[2]。同時，在數(shù)字電子技術(shù)的實驗課程中，高校普遍購置選取了智能化、集成化程度較高的實驗箱或?qū)W習(xí)機，學(xué)生只需按實驗步驟對實驗進行逐步操作即可完成全部實驗內(nèi)容，并不能鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新能力[3]。針對上述存在的各種問題，本文設(shè)計了一種基于任務(wù)驅(qū)動的實驗教學(xué)方法。

2 基于任務(wù)驅(qū)動的實驗教學(xué)方法設(shè)計

2.1 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的含義和特點 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是指學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的時候，以教師的幫助為前提，圍繞一個共同的主線任務(wù)和若干項子任務(wù)，以問題動機為驅(qū)動力，積極主動地利用各種學(xué)習(xí)資源，進行自主探索、互動式學(xué)習(xí)[4]。該學(xué)習(xí)方法在其他理工類課程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的教學(xué)成果。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法具備以下特點：

(1)任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法不同于其他教學(xué)法的核心特點是：“以學(xué)習(xí)者為中心”，教師不再是學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，教師只起輔助指導(dǎo)的作用，學(xué)習(xí)內(nèi)容的進展程度完全由學(xué)生掌握[5]。

(2)對教師而言，需要將講授的教學(xué)內(nèi)容通過“子任務(wù)”的形式串聯(lián)成主線“任務(wù)”，連接零散的知識點，方便學(xué)生自己查找、搜尋學(xué)習(xí)資料進行學(xué)習(xí)[6]。

(3)任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，不但貼近學(xué)生真實思維習(xí)慣，利于學(xué)生啟發(fā)探討，同時對激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動機有著重要的作用。讓學(xué)生自主、能動地去根據(jù)“任務(wù)”需求而學(xué)習(xí)，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的“被動學(xué)”變?yōu)楝F(xiàn)在的“主動學(xué)”。

在“數(shù)字電子技術(shù)”實驗課程中，“任務(wù)驅(qū)動”的具體體現(xiàn)就是：教師布置實驗任務(wù)作為任務(wù)，學(xué)生圍繞該任務(wù)進行分析探究，以解決問題為動機驅(qū)動，以完成任務(wù)為目標，從而實現(xiàn)自主探索和互動協(xié)作式的學(xué)習(xí)[7]。

2.2 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的實施過程 在“數(shù)字電子技術(shù)”實驗課程中，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法采用的是“制定方案-動手操作-教師評判”三個完成過程。不同于以往的實驗課教學(xué)，“任務(wù)驅(qū)動”式實驗教學(xué)并不直接告訴學(xué)生實驗步驟，讓學(xué)生按實驗步驟逐步驗證。而是在課前將實驗課程涉及的相關(guān)資料提前交給學(xué)生，讓學(xué)生課下預(yù)習(xí)、自學(xué)相關(guān)知識，對需要用到的知識自行搜索學(xué)習(xí)，對可能需要的解決方案進行查找備案。教師在課上只介紹實驗課要完成的目標電路，告訴學(xué)生目標電路需要能實現(xiàn)什么功能，讓學(xué)生自己制定設(shè)計方案。在課程中以糾正學(xué)生在實驗中的錯誤操作為主，通過分解復(fù)雜問題引導(dǎo)學(xué)生為輔，采取啟發(fā)、誘導(dǎo)等方式幫助學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，鍛煉學(xué)生的主動探究能力。

以設(shè)計交通信號燈控制器為例，具體要求：一個具有三種信號燈(紅、黃、綠)的十字路口交通燈控制器，車輛在主、支干道交替允許通行，東西方向為主干道，每次綠燈亮40秒，黃燈亮5秒；南北方向為支干道，綠燈亮20秒，黃燈亮5秒。交通信號燈原理框圖如下圖2.1所示。

圖2.1 交通燈控制器系統(tǒng)框圖

(1)制定方案。學(xué)生在拿到任務(wù)的同時，會得到全部相關(guān)設(shè)計材料，如集成電路、電源、電阻等，同時會拿到設(shè)計材料的說明文檔。對于學(xué)生的挑戰(zhàn)在于制定方案。學(xué)生需要通過對已學(xué)知識進行整合判斷，對查閱的資料進行整理分析，完成電路設(shè)計的各組成部分，包括譯碼器、定時器、脈沖發(fā)生器等的連接方式，對上述相關(guān)器件的原理資料進行查閱學(xué)習(xí)[9]，然后對復(fù)雜任務(wù)進行細化，設(shè)計得出最終整體方案。方案如下圖2.2所示。

圖2.2 交通燈控制器系統(tǒng)設(shè)計方案框圖

(2)動手操作。此步驟主要由學(xué)生自行完成，學(xué)生根據(jù)自己查找學(xué)習(xí)的資料，按照自己設(shè)計的方案框圖，根據(jù)實驗室提供的各種電子元器件進行電路搭建，并用各種儀器儀表進行調(diào)試、檢查等。該步驟為“任務(wù)驅(qū)動”式實驗教學(xué)的關(guān)鍵步驟，學(xué)生對目標電路的理解程度對該步驟能否完成起著關(guān)鍵作用，此環(huán)節(jié)對教師提出了較高的要求。

該步驟的主要環(huán)節(jié)包括：器件選取、搭制電路、功能測試等。允許學(xué)生在遇到問題時自行組織小組討論，在討論中發(fā)現(xiàn)解決問題的步驟或方案。教師的主要職責是對學(xué)生遇到的關(guān)鍵問題進行啟發(fā)式指點，不能直接告訴學(xué)生解決辦法。同時，在操作期間對學(xué)生不規(guī)范的操作步驟進行糾正，并且保證學(xué)生用電、焊接等步驟的安全。

(3)教師評判。學(xué)生在設(shè)計電路的過程中，遇到挫折和困難是極為正常的，比如設(shè)計了錯誤的方案，甚至就沒有對目標電路的功能進行劃分。同時，學(xué)生的水平參差不齊也是正?，F(xiàn)象，對數(shù)字電子技術(shù)課程理解不夠深入的同學(xué)，教師也應(yīng)該給予鼓勵和適當幫助，防止出現(xiàn)一開始設(shè)計沒有思路導(dǎo)致后續(xù)步驟全部無法完成。

對教師來說最為關(guān)鍵的是，要對學(xué)生自主設(shè)計的電路和設(shè)計流程予以肯定，同時給予啟發(fā)性的提示判斷[10]。比如學(xué)生在設(shè)計電路流程中，發(fā)現(xiàn)某個部分無法實現(xiàn)，教師可以提示用其他設(shè)計方法實現(xiàn)學(xué)生想要的功能。

3 結(jié)論與討論

為了更好地培養(yǎng)電子類專業(yè)技術(shù)人才，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)實驗課程的學(xué)習(xí)效率，提出了該教學(xué)方法。通過在課程中應(yīng)用，不僅改變了以往數(shù)字電子技術(shù)實驗課程中單調(diào)枯燥的授課模式，還提高學(xué)生了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。在“制定方案-動手操作-教師評判”三個過程中，學(xué)生學(xué)會了如何查閱文獻資料、自主設(shè)計、團結(jié)協(xié)作，充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性，完成了預(yù)期教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標。