基于逆向設(shè)計的“高頻電子線路”教學(xué)探索與實踐

張振宇，何 闖

(遼寧科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

0 前言

“高頻電子線路”是電子、通信工程專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課，通過對高頻條件下電子元器件和特性參數(shù)的再認(rèn)識，使得學(xué)生掌握高頻電路特點、結(jié)構(gòu)、原理和分析方法。

然而傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實驗教學(xué)相互割裂，理論教學(xué)過程中教師會演示包含主要知識點的幻燈片，同時穿插圖片或視頻并偶爾向?qū)W生提問，學(xué)生處于被動且積極性低的學(xué)習(xí)狀態(tài)。實驗教學(xué)由實驗教師講授實驗方法、注意事項和分組要求，學(xué)生按照要求分組實驗，很少主動提問且個別同學(xué)態(tài)度消極，沒有真正掌握實驗內(nèi)容。因此傳統(tǒng)的教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和實踐能力。

美國教育學(xué)者威金斯和邁克泰格的“逆向設(shè)計”理論為解決這些問題提供了很好的借鑒和思路。逆向設(shè)計的核心是“以終為始”，教師在教學(xué)活動中起著引導(dǎo)、幫助和評價作用。教師首先要確定預(yù)期結(jié)果，也就是學(xué)生在學(xué)習(xí)后達(dá)成的標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)。其次確定合適的評估證據(jù)，學(xué)生通過哪些真實的表現(xiàn)性任務(wù)證明自己達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。最后要考慮如何用最恰當(dāng)?shù)姆绞介_展教學(xué)，要完成這些目標(biāo)需要哪些材料和資源。

為改變傳統(tǒng)的單一授課模式，促進(jìn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生更好地理解知識和實驗內(nèi)容。文章提出了“學(xué)”為中心、“教”為補(bǔ)充，運(yùn)用“學(xué)思結(jié)合”進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗的逆向設(shè)計教學(xué)方法[1]，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新思維、批判性思維、實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力。

1 基于逆向設(shè)計的幅度調(diào)制解調(diào)教學(xué)方法

圖1 基于逆向設(shè)計和目標(biāo)導(dǎo)向的混合教學(xué)方法

文章將以幅度調(diào)制和礦石晶體管收音機(jī)設(shè)計為例，詳細(xì)描述圖1所示的教學(xué)方法以及學(xué)生在教師指導(dǎo)下學(xué)習(xí)、改進(jìn)和提高的過程。

1.1 教師要明確教學(xué)目標(biāo)和個性化輔導(dǎo)

首先要明確教學(xué)目標(biāo)，要求學(xué)生掌握幅度調(diào)制的基本原理，理解載波信號、消息信號和調(diào)制信號等概念，搭建能夠從調(diào)幅廣播電臺接收信息的礦石收音機(jī)。教師要了解學(xué)生是否向既定目標(biāo)取得進(jìn)展并評估知識的掌握程度。

其次根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計。教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電磁波、幅度調(diào)制和晶體無線電相關(guān)知識，強(qiáng)調(diào)這些模塊是構(gòu)成無線通信的基礎(chǔ)，展示兩個幅度相同但是頻率不同的正弦波，頻率高的是“載波信號”，頻率低的是“輸入信號”，調(diào)制信號由輸入信號和載波信號相乘得到[2]。然后詢問學(xué)生語音信號能不能作為輸入信號以及能否用幅度調(diào)制發(fā)射語音信號。最后講解收音機(jī)的原理圖，詢問學(xué)生能不能識別其中的部件，并根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)解釋電路各個部件的工作原理。

接下來根據(jù)不同學(xué)生的特點，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實驗項目、教學(xué)要求等方面因材施教。學(xué)生可通過課堂教學(xué)了解模擬通信的發(fā)展歷史、系統(tǒng)構(gòu)成、調(diào)制的優(yōu)點、幅度調(diào)制、平方律解調(diào)以及同步解調(diào)的基本原理，而搭建收音機(jī)必須通過實驗才能真正掌握，實驗教學(xué)過程中教師要時刻監(jiān)控并及時糾正。

1.2 擴(kuò)充知識并提出挑戰(zhàn)性目標(biāo)

要求學(xué)生自行搜集資料制作一個簡單的礦石收音機(jī)，使其可以收聽調(diào)幅廣播電臺，以下是教師提供的典型實現(xiàn)方案。

材料包括一塊三合板、一些細(xì)漆包線、發(fā)藍(lán)的剃須刀片、安全別針、高阻耳機(jī)一個。首先用丙烷火炬噴射剃須刀片直到發(fā)出紅光，把剃須刀片粘在一塊木頭上；其次將安全別針彎曲至約90度，將針尖端插入鉛筆末端。接下來將安全別針的平端擰到板上，鉛筆尖端應(yīng)位于剃刀片上，并用一根電線連接到剃須刀片上，另一根電線連接安全引腳，同時將電線連接鍺二極管。最后將收音機(jī)連接到天線和地面上，將鉛筆尖拖到剃刀的不同部位直到聽到信號[3]。

在實現(xiàn)基本的收音機(jī)功能后，要求學(xué)生思考如何使收音機(jī)的聲音更大、能否用其他器件代替二極管以及如何增加礦石收音機(jī)的頻道數(shù)等挑戰(zhàn)性難題。

1.3 提供資源和學(xué)習(xí)機(jī)會

教師應(yīng)提供必要的資源以便學(xué)生開展設(shè)計性學(xué)習(xí)，學(xué)生自行設(shè)計實驗方案。教師需及時糾正學(xué)生的錯誤，指出容易出錯的地方，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)新知識。礦石收音機(jī)測試成功后教師要提供評價標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步優(yōu)化方案，總結(jié)存在的不足以便相互評價和分享。

1.4 學(xué)生學(xué)習(xí)、完善和提高

學(xué)生要全面掌握幅度調(diào)制和礦石收音機(jī)設(shè)計知識，明確其中的重點和難點，了解挑戰(zhàn)性任務(wù)以及如何實現(xiàn)；通過檢索資料了解任務(wù)所需的知識和技能，制定切實可行的實現(xiàn)方案；實施過程中要做好記錄，確認(rèn)方案是否符合要求。老師要隨時指導(dǎo)學(xué)生的作品，定期組織小組互評并分享各自的經(jīng)驗，引導(dǎo)學(xué)生反思和總結(jié)學(xué)習(xí)過程，根據(jù)討論結(jié)果重新構(gòu)建評價標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生要反復(fù)優(yōu)化設(shè)計，直到得到滿意的解決方案。

2 實施過程和結(jié)果

四名教師組成的教學(xué)團(tuán)隊參加了上述混合教學(xué)實驗，為比較混合教學(xué)方法與傳統(tǒng)教學(xué)方法的區(qū)別，將自愿參加實驗的十六名學(xué)生分為四個實驗組，每組選擇一名同學(xué)作為組長，組內(nèi)分工實施。其他同學(xué)仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，自發(fā)組成四組對照組。

教學(xué)團(tuán)隊統(tǒng)計了實驗組和對照組互動次數(shù)，包括教師提問學(xué)生積極回答問題、學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并請老師指導(dǎo)、老師和學(xué)生共同討論和分析問題三種類型。統(tǒng)計結(jié)果顯示，實驗組共有72次師生互動，而對照組只有25次師生互動，說明實驗組同學(xué)的課堂參與程度較高，更樂于探索而不是被動地接受知識，另外上課玩手機(jī)或睡覺的人明顯減少，知識接受度顯著提高。實驗組的學(xué)生都表示學(xué)習(xí)效果好于對照組，設(shè)計性學(xué)習(xí)的應(yīng)用使課堂氣氛更加活躍、輕松，師生互動顯著增加，學(xué)生更積極思考和發(fā)現(xiàn)問題，樂于與老師討論他們的想法。

設(shè)計任務(wù)結(jié)束后四組實驗組和四組對照組同學(xué)均參加了考核答辯，學(xué)生演示作品并回答老師提出的問題。教師團(tuán)隊為四組實驗組和四組對照組在實驗中的表現(xiàn)打分，最高分為5分。綜合學(xué)生互評成績并排除極值，對照組平均分為3.1分，實驗組平均分為4.2分，如圖2所示。答辯結(jié)束后教師團(tuán)隊要求實驗組和對照組的學(xué)生對自己在實驗過程中的表現(xiàn)打分，實驗班和對照班各取平均值。

圖2 教師團(tuán)隊的評價

3 結(jié)語

文章在幅度調(diào)制和解調(diào)教學(xué)過程中應(yīng)用了基于逆向設(shè)計的教學(xué)方法，在堅持課堂教學(xué)的同時，要求參與實驗的學(xué)生設(shè)計礦石收音機(jī)，并完成若干挑戰(zhàn)性任務(wù)；為驗證教學(xué)效果，學(xué)生自愿組成實驗組和對照組；最后師生的訪談和答辯證明了該教學(xué)方法的有效性。