混合式案例教學(xué)在數(shù)字電子技術(shù)中的實(shí)踐*

平燕娜，劉新玉，李 平，劉繼紅

(1.黃淮學(xué)院智能制造學(xué)院，河南 駐馬店 463000；2.河南省駐馬店高級中學(xué)，河南 駐馬店 463000)

0 前言

新冠疫情的突然爆發(fā)，對傳統(tǒng)教學(xué)模式造成了極大沖擊，在這種背景下線上教學(xué)方式得到了蓬勃發(fā)展，成為時(shí)代的寵兒[1-4]。但是經(jīng)過一段時(shí)間的無序發(fā)展之后，線上教學(xué)存在的問題也逐漸得到了暴露，教學(xué)效果也得到了越來越多專家學(xué)者的質(zhì)疑，使得越來越多的學(xué)?；貧w到了傳統(tǒng)的線下教學(xué)方式。因此，針對后疫情時(shí)代的教學(xué)方式的思考和實(shí)踐顯得尤為重要。

數(shù)字電子技術(shù)是高校電氣、電子信息類和部分非電子類專業(yè)學(xué)生在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的專業(yè)核心基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的理論性與實(shí)踐性[5]。旨在培養(yǎng)學(xué)生獲得數(shù)字電子技術(shù)的基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究、應(yīng)用電子技術(shù)打好基礎(chǔ)[6]。在傳統(tǒng)線下課程教學(xué)過程中，普遍存在課時(shí)少內(nèi)容多、實(shí)驗(yàn)室資源有限等問題。此外，在新工科背景下，對應(yīng)用創(chuàng)新型人才需求不斷提高，既要求學(xué)生具有深厚的專業(yè)理論知識，又要求學(xué)生具有一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

為了解決這種矛盾，針對后疫情時(shí)代的教學(xué)特點(diǎn)，采用混合式案例教學(xué)法，即將線上、線下教學(xué)方式以及案例教學(xué)方法相融合，并在數(shù)字電子技術(shù)課程中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用?；旌鲜桨咐虒W(xué)法有效融合了線上和線下教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合案例教學(xué)方法，可以最大程度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且節(jié)約了課時(shí)量，有效解決了課時(shí)少內(nèi)容多的矛盾。

1 混合式案例教學(xué)設(shè)計(jì)

混合式案例教學(xué)融合了線上教學(xué)和線下教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合案例教學(xué)方法，對于后疫情時(shí)代應(yīng)用型地方大學(xué)的課堂教學(xué)具有積極地借鑒意義。本文以數(shù)字電子技術(shù)課程為例，積極地實(shí)踐了該教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果，具體如下：

1.1 通過線上資源自學(xué)基本知識點(diǎn)

根據(jù)所教專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上選取適合本專業(yè)的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)課程。通過線上教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供在線課件、在線視頻、在線測驗(yàn)、在線答疑等教學(xué)活動(dòng)。對于課程的基礎(chǔ)知識，提前讓學(xué)生在課余時(shí)間通過線上課程自主學(xué)習(xí)。通過線上資源掌握基本的知識點(diǎn)，能夠在一定程度上節(jié)約課時(shí)量，解決課時(shí)少內(nèi)容多的矛盾。

1.2 線下課堂重點(diǎn)進(jìn)行案例研究

在理論教學(xué)中采用案例教學(xué)法，本著從實(shí)踐中來的理念，注重理論聯(lián)系實(shí)際，選取與學(xué)生學(xué)習(xí)生活密切相關(guān)的案例，引入案例背后相關(guān)的數(shù)字電子技術(shù)理論知識，通過增強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)，以激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。

表1 理論教學(xué)案例表

在實(shí)踐教學(xué)中，采用Multisim軟件仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等類型，采用由易到難、虛實(shí)結(jié)合的方式，加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解,促使學(xué)生主動(dòng)思考問題與動(dòng)手實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力。

由于實(shí)驗(yàn)室中數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱功能有限，實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)類型以驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性為主。而Multisim軟件中具有豐富的器件庫，可以增加實(shí)驗(yàn)的多樣性，又能保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高真實(shí)性，仿真實(shí)驗(yàn)類型以綜合性和設(shè)計(jì)性為主，以減小實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入和降低實(shí)驗(yàn)成本。

同時(shí)，實(shí)行實(shí)驗(yàn)室定期開放制度，學(xué)生可以在指定的課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室，利用實(shí)驗(yàn)室資源開展自主學(xué)習(xí)和科學(xué)研究，有助于進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)一定程度上提高實(shí)驗(yàn)室的使用率。

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例表

1.3 制定多元化的考核方式

結(jié)合教學(xué)模式的改革，改變傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲矶ǔ煽兊目己朔绞?，建立多元化的考核方式，注重學(xué)生的全過程學(xué)習(xí)?？己税ň€上考核和線下考核，以過程考核為主，包括考勤、線上自學(xué)測試、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、線下平時(shí)作業(yè)、階段測試、期末考試等。

2 混合式案例教學(xué)實(shí)踐

計(jì)數(shù)器是一種廣泛使用的集成器件，能夠?qū)斎霑r(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還能實(shí)現(xiàn)分頻、定時(shí)、產(chǎn)生脈沖序列等功能。本文以計(jì)數(shù)器為例，對混合式案例教學(xué)進(jìn)行闡述。

2.1 線上教學(xué)活動(dòng)

課前通過線上教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供計(jì)數(shù)器方面的在線課件和在線視頻，通常是通俗易懂的基礎(chǔ)知識，包括常用集成計(jì)數(shù)器芯片74LS160/161/162/163、74LS190/191/192/193、74LS290的邏輯功能和引腳特性；反饋清零法和反饋置數(shù)法的概念，如何利用反饋清零法或反饋置數(shù)法將集成計(jì)數(shù)器芯片構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器；同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器的區(qū)別。要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自主完成線上學(xué)習(xí)和在線測驗(yàn)。針對學(xué)生提出的學(xué)習(xí)疑惑，教師及時(shí)提供在線答疑。

2.2 線下課堂教學(xué)實(shí)踐

線下課堂重點(diǎn)進(jìn)行案例研究。在理論教學(xué)中，首先以學(xué)生生活和學(xué)習(xí)中常見的數(shù)字電子鐘為例，引入要學(xué)習(xí)的計(jì)數(shù)器。以十六進(jìn)制加計(jì)數(shù)器74LS161為例，簡要介紹集成計(jì)數(shù)器芯片的邏輯功能和引腳特性。

然后，讓學(xué)生思考問題1：如何利用常見的十六進(jìn)制加計(jì)數(shù)器芯片74LS161構(gòu)成星期七進(jìn)制加計(jì)數(shù)器？引導(dǎo)學(xué)生分別利用異步清零端和同步置數(shù)端跳過其中9個(gè)狀態(tài)構(gòu)成七進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。繪制相應(yīng)的電路圖并在仿真軟件Multisim中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以增強(qiáng)理論教學(xué)的直觀性。

圖1 利用反饋清零法構(gòu)成七進(jìn)制加計(jì)數(shù)器仿真電路

圖2 利用反饋置數(shù)法構(gòu)成七進(jìn)制加計(jì)數(shù)器仿真電路

最后，讓學(xué)生思考問題2：如何利用74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成秒60進(jìn)制加計(jì)數(shù)器？引導(dǎo)學(xué)生利用芯片級聯(lián)分別構(gòu)成異步六十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器和同步六十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。繪制相應(yīng)的電路圖并在仿真軟件Multisim中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

圖3 74LS161級聯(lián)構(gòu)成異步六十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器仿真電路

圖4 74LS161級聯(lián)構(gòu)成同步六十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器仿真電路

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)和Multisim仿真實(shí)驗(yàn)兩部分。首先，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上利用74LS161計(jì)數(shù)器芯片和帶譯碼功能的顯示數(shù)碼管分別構(gòu)成星期七進(jìn)制加計(jì)數(shù)器和秒六十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，通過實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步熟悉計(jì)數(shù)器芯片的功能和使用，同時(shí)鍛煉學(xué)生的故障排查能力。

圖5 數(shù)字電子鐘電路結(jié)構(gòu)框圖

然后，讓學(xué)生在Multisim仿真軟件中利用74LS161芯片實(shí)現(xiàn)簡易數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)和仿真[7]。功能要求：1) 能夠顯示時(shí)、分、秒時(shí)間信息；2) 能夠?qū)r(shí)、分進(jìn)行校時(shí)。在仿真電路中，通過函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生秒計(jì)數(shù)器的輸入時(shí)鐘信號。校時(shí)電路的作用是在數(shù)字鐘計(jì)數(shù)時(shí)將時(shí)、分的數(shù)值設(shè)定為正確的數(shù)值，設(shè)計(jì)方法為利用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)切換計(jì)數(shù)功能與校時(shí)功能。通常校時(shí)脈沖設(shè)置的頻率比較低，可使用秒計(jì)數(shù)脈沖。校時(shí)電路與時(shí)、分計(jì)數(shù)器的正常時(shí)鐘信號通過單刀雙擲開關(guān)選擇后接到計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。通過Multisim綜合設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識進(jìn)行創(chuàng)新和探索的能力。

圖6 校時(shí)電路

3 混合式案例教學(xué)效果

通過近兩年對數(shù)字電子技術(shù)課程進(jìn)行混合式案例教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。一方面，通過與學(xué)生溝通，學(xué)生普遍反映能夠接受和適應(yīng)這種教學(xué)模式，并感覺收獲比較大，在學(xué)習(xí)積極性、自主性、綜合性、創(chuàng)新性等方面有了較大提升，增加了學(xué)習(xí)的深度與廣度，鍛煉了綜合實(shí)踐能力，提高了思考問題、分析問題和解決問題的能力。在數(shù)字電子技術(shù)中使用混合式案例教學(xué)法之后，學(xué)生的平均成績比之前提升了5%，優(yōu)良率大幅提高。另一方面，教師能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決教學(xué)中遇到的問題，同時(shí)對教師的業(yè)務(wù)能力和教學(xué)工作量提出了更高要求。

4 結(jié)論

后疫情時(shí)代對于課堂教學(xué)提出了更高的要求，尤其對于地方應(yīng)用型大學(xué)的工科生，在新工科背景下，既要求學(xué)生具有深厚的專業(yè)理論知識，又要求學(xué)生具有一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文通過在數(shù)字電子技術(shù)課程中融合線上、線下教學(xué)方式，并結(jié)合案例式教學(xué)方法，探索一種混合式案例教學(xué)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，豐富了教學(xué)手段，制定了多元化的考核方式。通過近兩年對數(shù)字電子技術(shù)課程進(jìn)行混合式案例教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。