“模擬電子技術(shù)”混合式教學(xué)改革與實踐

李 科， 吳云志， 樂 毅， 張友華

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計算機學(xué)院， 合肥 230036)

“模擬電子技術(shù)”(以下簡稱“模電”)課程的特點是理論與實踐相結(jié)合，不僅是電子信息類專業(yè)學(xué)生的必修科目，也是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程的目標(biāo)是使學(xué)生具有深厚的理論基礎(chǔ),同時培養(yǎng)學(xué)生較強的實際動手能力。其前修課程為“電路原理”, 在“模電”中要求學(xué)生能應(yīng)用“電路原理”知識，熟練地分析電路和計算電路參數(shù)[1]。

本課程的教學(xué)對學(xué)生要求是：課前要預(yù)習(xí)課程內(nèi)容并提出疑問和設(shè)想；課中逐步解開自己的疑問；課后多做習(xí)題以便更好地掌握課程知識。課程教學(xué)的目的是：使學(xué)生在掌握常用半導(dǎo)體器件和基本放大電路工作原理的基礎(chǔ)上，熟練掌握參數(shù)估計的方法。會根據(jù)實際情況選用合適的放大電路，滿足實際應(yīng)用的要求。為后續(xù)的“高頻電子線路”、“數(shù)字電路基礎(chǔ)”以及“自動控制原理”等課程打好基礎(chǔ)[2]。

1 問題與現(xiàn)狀

1.1 “模電”教學(xué)存在的問題

“模電”課程內(nèi)容離大學(xué)生活過于遙遠，課程的枯燥乏味讓學(xué)生難以提起學(xué)習(xí)興趣，擺在教師面前的一個挑戰(zhàn)就是如何讓“模電”教學(xué)變得生動活潑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時，該課程還面臨學(xué)時被大量壓縮的困難，以安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)通信工程專業(yè)為例，選用童詩白、華成英主編的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)》為教材，學(xué)時和學(xué)分從原來的64學(xué)時、4學(xué)分縮減到56學(xué)時、3.5學(xué)分。因此，如何利用有限的時間達到預(yù)期的教學(xué)效果，是我們教學(xué)改革努力的方向。“模電”十分強調(diào)應(yīng)用實踐，但我校該課程的實驗條件有限，仍然是在模塊化實驗箱上用導(dǎo)線連接的操作方式進行實驗，本質(zhì)上離不開驗證性實驗的范疇，往往在課程結(jié)束以后學(xué)生仍然缺乏掌握分析和解決實際問題的能力。因此，“模電”課程教學(xué)改革迫在眉睫。

1.2 教學(xué)改革的現(xiàn)狀

目前有些高校在教學(xué)中仍然是以教師依靠PPT和板書講授知識為主，學(xué)生處于被動接受傾聽的傳統(tǒng)教學(xué)模式，課堂缺乏互動性，這種方式壓抑了學(xué)生的主觀能動性和獨立思維。近年來有很多高校都對“模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)改革進行了嘗試：浙江大學(xué)的唐坤杰等[3]引入了“過程監(jiān)控”，教師對學(xué)生的評價從單純的考試轉(zhuǎn)向整個學(xué)習(xí)過程，提高了教學(xué)效果和學(xué)生的綜合能力；蘭州理工大學(xué)李曉英等[4]利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)工具雨課堂，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了靈活、方便、快捷、實時的翻轉(zhuǎn)課堂；清華大學(xué)的葉朝輝等[5]將“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)劃分為四個層次，從基礎(chǔ)知識到實例教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)習(xí)的實踐創(chuàng)新能力；渤海大學(xué)的張愛華等[6]通過設(shè)置多維度教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計創(chuàng)新啟蒙篇及創(chuàng)新實踐篇，有效實現(xiàn)專業(yè)教育與創(chuàng)新教育的融合；青島濱海學(xué)院的劉愛等[7]提出小課題實驗教學(xué)，通過實際操作加深了對器件的直觀認(rèn)識，鍛煉了學(xué)生的綜合實踐能力；北京石油化工學(xué)院的晏湧[8]將“任務(wù)驅(qū)動”的思想應(yīng)用在預(yù)習(xí)、講解、復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)中，提升了實驗教學(xué)的效果；哈爾濱工程大學(xué)的王革思[9]通過融合課程特點研發(fā)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，設(shè)計了開放式實驗教學(xué)平臺，有利于教學(xué)水平的提高。

綜上所述，當(dāng)前“模電”課程教學(xué)改革主要包括兩個方面。一方面發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，充分利用MOOC、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)資源，提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的趣味性和互動性。同時把Multisim仿真軟件引入到“模電”理論教學(xué)中，通過理論課所學(xué)知識來設(shè)計仿真電路，反過來用仿真結(jié)果來加深對理論知識的理解[10]。另一方面加強模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)的比重，通過自主研發(fā)實驗項目，創(chuàng)新改革實驗內(nèi)容，從而達到理論與實踐相互驅(qū)動、相互補充的良好效果[11]。這兩個方面都為“模擬電子技術(shù)”課程的完善和提高起到了推動作用。

2 “模電”混合式教學(xué)改革與實踐

2.1 混合式教學(xué)的優(yōu)勢

在當(dāng)前“新冠疫情”常態(tài)化管理的情況下，線上與線下混合式教學(xué)成為了全國高校主流的教學(xué)模式[12]。我們在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源進行信息化教學(xué)，同時通過師生研討、課后答疑等啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生的積極思維，達到教與學(xué)互贏的目的?！熬€上教學(xué)”是一種不受空間、地域的限制的全天候教學(xué)方式，互動輕松，交流便捷，并帶有一些寓教于樂的色彩，同時阻隔了“新冠疫情”傳播的可能性[13]?！熬€下教學(xué)”已不再是傳統(tǒng)的課堂講授，而是利用線下這種面對面的機會，開展小組討論和問題答疑，可在教室內(nèi)開展師生互動。混合式教學(xué)將互聯(lián)網(wǎng)教育與面授教育相結(jié)合，在時間和空間上開展教學(xué)活動[14]。目前，對混合教學(xué)的研究主要集中在創(chuàng)新的教育模式上，如小型私人在線課程(SPOC)、翻轉(zhuǎn)課堂[15-16]等。然而，混合式教學(xué)在實際實施的過程中往往流于形式，僅僅將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與課堂教學(xué)進行簡單的疊加，忽視了兩者之間的聯(lián)系與融合。另外，混合式教學(xué)在小班形式下效果顯著，大班授課時由于學(xué)生參與度不高，翻轉(zhuǎn)課堂的靈活性難以得到體現(xiàn)。在這里，我們對課程進行了必要的創(chuàng)新改革：主要包括上課前的課程設(shè)計構(gòu)思，上課時如何去具體實施，下課后如何鞏固理論知識，以及最終成績的評價標(biāo)準(zhǔn)四個方面。

2.2 “模電”混合式教學(xué)的課前設(shè)計

“模電”混合式教學(xué)的課前設(shè)計示于圖1。在已了解本校學(xué)生的具備的基本素質(zhì)、基本知識和學(xué)習(xí)態(tài)度的基礎(chǔ)上，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，打破傳統(tǒng)教材的限制，重構(gòu)和整合碎片化的知識點，梳理出符合學(xué)生學(xué)習(xí)情況的教學(xué)內(nèi)容。利用思維導(dǎo)圖的形式構(gòu)建“模電”課程知識圖譜[17]，把“模電”課程分為常用半導(dǎo)體、基本放大電路、集成運放電路、直流電源、信號運算和處理等。通過使用層次知識圖譜建立知識點之間的聯(lián)系，學(xué)生可以逐步培養(yǎng)系統(tǒng)思維?！澳ｋ姟闭n程知識點散亂繁多，教師可以把重要的知識點設(shè)計成微任務(wù)服務(wù)于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，使用任務(wù)驅(qū)動的方法，學(xué)生被引導(dǎo)按先易后難的順序完成微課的學(xué)習(xí)。在這個過程中，學(xué)生帶著任務(wù)、帶著目標(biāo)去學(xué)習(xí)微課的內(nèi)容，就會全神貫注認(rèn)真聆聽。而幫助學(xué)生將抽象概念、枯燥的理論有機結(jié)合，構(gòu)建成系統(tǒng)的知識體系，是通過串聯(lián)微任務(wù)設(shè)計和翻轉(zhuǎn)課堂來實現(xiàn)的。

圖1 “模電”混合式教學(xué)的課前設(shè)計

微課的特點是時間較短、內(nèi)容精煉，制作的微視頻時長一般不超過十分鐘[18]。教師在講解知識點時要語言流暢、吐字清晰，在設(shè)計PPT時應(yīng)當(dāng)突出重點，并配以背景音樂、操作示范等。教師不需要錄制所有的微課視頻，只需根據(jù)本校學(xué)生的學(xué)情，有針對性地錄制部分適合本校學(xué)生使用的視頻，而其余的視頻可以在網(wǎng)絡(luò)上篩選一些國內(nèi)外著名大學(xué)共享的微課資源，如有必要的話可對視頻進行剪輯。微課符合網(wǎng)絡(luò)時代自主學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)的需求。學(xué)生可以自由分配時間進行自主學(xué)習(xí)，遇到重點和難點時，還可以重復(fù)播放。它相比于傳統(tǒng)的教學(xué)方式娛樂性強，能激發(fā)學(xué)生求知的興趣。

2.3 基于學(xué)習(xí)通和騰訊會議的課中實施

基于學(xué)習(xí)通和騰訊會議的課中實施分為預(yù)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂兩個部分(見圖2)。在翻轉(zhuǎn)課堂之前，教師預(yù)先在學(xué)習(xí)通上發(fā)布任務(wù)清單和思考題(見圖3)，并提供微視頻與電子課件，預(yù)習(xí)時間不宜太長，應(yīng)當(dāng)控制在1小時以內(nèi)。學(xué)生可靈活選擇預(yù)習(xí)時間，觀看教師提供的學(xué)習(xí)資料，并將思考題答案以及在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題反饋到學(xué)習(xí)通上。學(xué)生通過預(yù)習(xí)對本次課的內(nèi)容有了一個初步的理解，接下來教師需要根據(jù)問題反饋的情況，集中梳理出一些共性問題，根據(jù)問題的類型組織課堂教學(xué)內(nèi)容，布置課堂討論任務(wù)。翻轉(zhuǎn)課堂一般包括簽到、集中講授、專題研討和個別答疑四個部分。簽到、搶答、選人、分組等都可以采用學(xué)習(xí)通完成。教師首先對于課前預(yù)習(xí)的情況進行點評，集中解答學(xué)習(xí)過程中普遍出現(xiàn)的共性問題，之后將書本中的重點、難點知識向?qū)W生詳細解析，最后再提出深層次的問題，引導(dǎo)學(xué)生開展小組專題研討，激發(fā)學(xué)生的積極性，暢所欲言，各抒己見，使大部分學(xué)生更深入的掌握相關(guān)的知識。同時，要有意識的照顧到個別接受能力較慢的學(xué)生，為他們答疑解惑。

圖2 混合式教學(xué)的課中實施

圖3 發(fā)布任務(wù)

在實施混合式教學(xué)時，還應(yīng)該注意以下幾個問題：

(1)翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)之間的關(guān)系。并不是所有的“模電”課程內(nèi)容都可以翻轉(zhuǎn)。一般情況下，概念抽象、理論性強的內(nèi)容不適合翻轉(zhuǎn)，比如基本放大電路、放大電路中反饋等，而概念相對容易，應(yīng)用較強的內(nèi)容適合翻轉(zhuǎn)，比如信號的運算和處理、波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換等。對于不適合翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容，仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)根據(jù)教學(xué)進度交替進行。

(2)合理的安排分組。每個小組既有學(xué)習(xí)積極性高的學(xué)生，又有學(xué)習(xí)主動性弱的學(xué)生，組長采用輪換制，這樣學(xué)生之間可以互相幫助，互相監(jiān)督，共同進步。討論時隨機抽取小組和小組成員，小組各成員不僅要獨立思考，而且要共同討論，這樣就能避免有些學(xué)生想要蒙混過關(guān)的現(xiàn)象。

(3)傳統(tǒng)教學(xué)的實施。對于教師而言，出發(fā)點是激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。因此要從學(xué)生的角度思考問題，用通俗的語言，深入淺出的解釋概念和定義。在課堂教學(xué)時，教師可開啟彈幕功能，把搶答題發(fā)布在學(xué)習(xí)通上，學(xué)生的答案會顯示在屏幕上，教師給答對的學(xué)生加平時分，這種方式促進了師生的互動，提高了學(xué)生的積極性(如圖4所示)。同時，可以把部分理論課程安排到實驗室中進行，邊講解邊實驗，理論與實際相結(jié)合，讓學(xué)生更加直觀的理解和掌握晦澀難懂的概念。

圖4 互動答疑

2.4 基于“模電”教學(xué)資源網(wǎng)站的課后鞏固

課堂教學(xué)結(jié)束之后，知識的鞏固階段可以借助“模電”教學(xué)資源網(wǎng)站來完成。傳統(tǒng)的課堂上，教師布置的作業(yè)以計算分析題為主。在“模電”教學(xué)資源網(wǎng)站上(如圖5所示)，課后作業(yè)的形式變得更加豐富，除了測試題庫外，還可以發(fā)布拓展性的資料閱讀、總結(jié)筆記，以及實踐性的電路仿真、案例設(shè)計、實物制作等。另外，還建設(shè)有知識導(dǎo)引、重難點解析、微視頻、電子課件、討論區(qū)、創(chuàng)新課題等板塊?？梢杂兄谶M一步提升那些有能力的學(xué)生的技能，開拓他們的視野。

圖5 “模電”教學(xué)資源網(wǎng)站

測試題庫包括綜合測試和基礎(chǔ)測試，學(xué)生可自行選擇測試內(nèi)容，完成答題后自動提交，系統(tǒng)自動給出答案，并標(biāo)明正確錯誤情況。根據(jù)測試的情況，學(xué)生再回頭復(fù)習(xí)微課或電子課件，可以鞏固上課所學(xué)知識并提高整體學(xué)習(xí)效果。通過閱讀擴展資料，可以使學(xué)生了解模擬電子技術(shù)的歷史和前沿?？偨Y(jié)的重要性對于學(xué)習(xí)任何一門課程來說都是毋庸置疑的，就“模電”課程來說，知識點雜散，概念繁多，學(xué)生自己通過總結(jié)把所有內(nèi)容串聯(lián)起來，構(gòu)建系統(tǒng)的知識。電路仿真是由Multisim軟件提供虛擬仿真環(huán)境，包括電路分析實驗和功能電路實驗。學(xué)生將相應(yīng)的成果拍照上傳，或者帶到線下課堂，由教師根據(jù)完成情況進行點評。所謂創(chuàng)新課題，是對“模電”課程的延展和提升，旨在通過大學(xué)生創(chuàng)新項目、專業(yè)競賽等推進學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力的有效進展。

3 “過程監(jiān)控”的評價與反饋

“過程監(jiān)控”是一個全面客觀地評價學(xué)生綜合能力的全新模式。在這個模式中，對于學(xué)生的評價指標(biāo)將從單純的考試分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)果與過程相結(jié)合。以學(xué)習(xí)通和“模電”教學(xué)資源網(wǎng)站為手段，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向，實施評價方式的改革。建立多元化的課程考核體系：平時作業(yè)20%、期末考試 30%、案例設(shè)計10%、課程討論10%、仿真報告10%、線上測試20%。降低了期末考試的比例，重過程、輕結(jié)果。

從實踐效果來看，大部分學(xué)生對混合式教學(xué)模式給與了高度肯定。從最近幾個學(xué)期的成績對比可以看出，混合式教學(xué)要優(yōu)于其他兩項。如圖 6所示。

圖6 不同教學(xué)方式成績對比

分析其原因可能包括以下幾個方面：第一，混合式教學(xué)是學(xué)生帶著問題來上課，提高了學(xué)生自學(xué)能力。第二，線下教學(xué)除了集中面授之外，還增加了小組討論和個別答疑，可以有效解決學(xué)生在電路仿真、實物制作過程中遇到的問題，促進了理論與實踐的融合。第三，由于線上教學(xué)過程特別依賴學(xué)生的自覺性。如果學(xué)生難以自控，則可能會使線上教學(xué)流于形式，出現(xiàn)濫竽充數(shù)的情況。

4 結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)與創(chuàng)新教學(xué)方法的融合為教學(xué)改革提供了新的思路。本文分析了“模擬電子技術(shù)”教學(xué)中存在的問題和教學(xué)改革的現(xiàn)狀。還就基于學(xué)習(xí)通和“模電”教學(xué)資源網(wǎng)站，從上課前的課程設(shè)計構(gòu)思，上課時如何去具體實施，下課后如何鞏固理論知識，以及最終成績的評價標(biāo)準(zhǔn)四個方面，闡述了混合式教學(xué)的具體改革方案。該方案提高了學(xué)生的參與度和積極性，帶來了全新的學(xué)習(xí)體驗，也促進了教師的教育能力和教學(xué)水平的提高。但是，混合式教學(xué)過程中還存在一些問題，要求教師必須時常更新教育理念，掌握現(xiàn)代教學(xué)方法，努力提升教學(xué)效果。