“通信電子線路”課程線上教學(xué)設(shè)計與實踐

何煒琨 宮峰勛 陳 敏

(中國民航大學(xué) 電子信息與自動化學(xué)院， 天津 300300)

隨著信息與通訊技術(shù)尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在深入而廣泛的教育研究推動下，將信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合已成為世界教育改革發(fā)展的潮流。希望在現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐和幫助下，依據(jù)主動學(xué)習(xí)背后的機(jī)制和規(guī)律來開展教學(xué)設(shè)計，促進(jìn)教學(xué)活動對教師能力水平的提高。除此之外，新型的教育技術(shù)與教師線上課堂教學(xué)相融合，教師運用信息技術(shù)幫助學(xué)生設(shè)計學(xué)習(xí)活動，創(chuàng)建了全新的學(xué)習(xí)空間，促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，增大學(xué)生主動權(quán)，滿足其個性化的學(xué)習(xí)需求，同時也為培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力奠定了良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)活動是教師與學(xué)生的單向交互，針對學(xué)生之間以及學(xué)生與學(xué)習(xí)材料之間互動的教學(xué)設(shè)計還不夠，“通信電子線路”課程組通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段，充分促進(jìn)學(xué)生與學(xué)生，以及學(xué)生與學(xué)習(xí)材料之間的互動，更好地跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和效果，從而為及時的教學(xué)干預(yù)提供依據(jù)[1-2]。

1 異步SPOC背景下的“通信電子線路”課程的教學(xué)設(shè)計

“通信電子線路”課程開展互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)，給我們帶來很多挑戰(zhàn)。根據(jù)小規(guī)模、限制性在線教學(xué)SPOC(Small Private Online Courses)的特點[3]，我們期望將線上國家級精品課教學(xué)經(jīng)驗與“通信電子線路”課程的課程大綱要求相結(jié)合，重新設(shè)置該課程教學(xué)信息、調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)、采用相應(yīng)教學(xué)方法、建設(shè)課程體系。伴隨線上異步及同步直播相結(jié)合，推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)的開展。

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

我校的“通信電子線路”課程是為通信工程專業(yè)大學(xué)二年級學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程共56學(xué)時。該課程包括模擬通信系統(tǒng)概述、選頻網(wǎng)絡(luò)、高頻小信號放大器、非線性電路分析方法及混頻器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、調(diào)制及解調(diào)共計八章的教學(xué)內(nèi)容，周學(xué)時為4學(xué)時，教學(xué)時長共計14周。以往學(xué)生對于電路類的課程往往有一定的畏難心理，為此課程組教師在中國大學(xué)MOOC平臺上挑選了國家級精品課程—華中科技大學(xué)黃佳慶教授主講的“通信電子線路”作為源課程，該課程將知識地圖引入課程的理論講授中，同時將52 Hz故事、智慧學(xué)習(xí)等趣味故事和學(xué)習(xí)方法、思考技巧，巧妙地融入到學(xué)生的課程學(xué)習(xí)中。除此之外，課程組教師還會結(jié)合4G、5G通信的到來以及航空航天應(yīng)用通信技術(shù)的發(fā)展，融入該門課程講授內(nèi)容、思考技巧，強調(diào)其在適應(yīng)未來通信技術(shù)發(fā)展中的所起的作用及重要性，進(jìn)而使學(xué)生在重視該門課程學(xué)習(xí)的同時能夠提升其學(xué)習(xí)興趣。在源課程資源的基礎(chǔ)上，課程組教師建立了異步SPOC課程。在教學(xué)內(nèi)容方面，依據(jù)本專業(yè)16版(2018年修訂版)培養(yǎng)方案及課程大綱，同時針對線上教學(xué)的特點，真正落實“以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，見表1所示。

表1 “通信電子線路”課程調(diào)整的教學(xué)內(nèi)容

1.2 教學(xué)方式設(shè)計

自2月初，學(xué)校教務(wù)處、教師發(fā)展中心以及學(xué)院通過網(wǎng)絡(luò)、微信群等方式不斷推送諸如中國大學(xué)MOOC、智慧樹、超星、雨課堂等教學(xué)平臺信息以及介紹各類線上教學(xué)優(yōu)秀案例。課程組教師充分學(xué)習(xí)并借鑒上述資源，選擇中國大學(xué)MOOC作為本課程線上教學(xué)主平臺，并推出了本校的“通信電子線路”課程的異步SPOC課程，對該課程的教學(xué)單元內(nèi)容、考核方式、課程資源等環(huán)節(jié)進(jìn)行了建設(shè)。考慮到學(xué)生在線上教學(xué)中的感受，希望增加教師與學(xué)生的互動機(jī)會，課程組教師設(shè)計了以異步SPOC為主體平臺，“慕課堂”及“釘釘”直播為輔的“異步SPOC+慕課堂+直播”教學(xué)方式，如圖1所示。課前，授課教師將學(xué)習(xí)任務(wù)以公告的形式通過異步SPOC發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，因此SPOC成為學(xué)生獲取知識及相關(guān)學(xué)習(xí)資料的主要渠道。釘釘直播作為教師梳理知識點、答疑、講解作業(yè)的后臺，在釘釘直播中，教師能夠與學(xué)生面對面，并能夠聽到對方的聲音，實現(xiàn)教師與學(xué)生以及學(xué)生與相應(yīng)教學(xué)資料的“有聲”溝通，增強課堂的真實感。除此之外，教師講解完教學(xué)內(nèi)容后會在“慕課堂”中發(fā)布部分與所教授知識點相關(guān)的練習(xí)，學(xué)生能夠在線實時反饋。因此“釘釘”和“慕課堂”也是教師與學(xué)生溝通、學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)控以及學(xué)生管理的渠道。除此之外，課后，課程組教師利用“每日交作業(yè)”小程序發(fā)放及接收作業(yè)，并完成在線批改，將存在的問題通過微信群再及時反饋給學(xué)生。

圖1 課程教學(xué)方式設(shè)計框圖

1.3 教學(xué)過程設(shè)計及教學(xué)組織

基于“異步SPOC+慕課堂+直播”的“通信電子線路”課程教學(xué)過程及組織形式如圖2所示，具體過程如下所述：

圖2 課程教學(xué)過程及教學(xué)組織形式

(1)課前教師在異步SPOC課程公告中發(fā)布所要講授的課程內(nèi)容，同時在微信群中發(fā)布課程內(nèi)容對應(yīng)的ppt及其他相關(guān)教學(xué)資料供學(xué)生預(yù)習(xí)。

(2)教師在“慕課堂”中進(jìn)行備課，上傳本節(jié)課對應(yīng)的練習(xí)題，并以公告的形式上傳本節(jié)課所講授知識點總結(jié)。

(3)課中教師在“慕課堂”中開啟簽到功能，學(xué)生在“慕課堂”中簽到，并進(jìn)入“釘釘”直播。

(4)教師首先對上一次課程中的知識點進(jìn)行總結(jié)梳理，并針對上一次課中“慕課堂”練習(xí)進(jìn)行講解。針對本節(jié)內(nèi)容，教師引出問題，學(xué)生帶著問題在異步SPOC課程中聽課程視頻。

(5)學(xué)生在收看課程視頻過程中，教師在“釘釘”中設(shè)計板書，給出視頻中的關(guān)鍵知識點索引；學(xué)生學(xué)習(xí)視頻結(jié)束后，返回“釘釘”直播，教師會對所提問題進(jìn)行提問，并對視頻中比較重要或相對較為復(fù)雜的知識點進(jìn)行講解，并在板書中歸納整理，教師在歸納整理板書的過程中，學(xué)生可以根據(jù)自身實際情況進(jìn)行記錄、標(biāo)記筆記。

(6)每個知識點結(jié)束后，教師均會在“釘釘”直播中詢問學(xué)生的掌握情況，對于不清楚的地方，學(xué)生會在互動面板中提出，教師進(jìn)行解答，對于較為復(fù)雜的問題，教師可以使用“連麥”功能，引導(dǎo)學(xué)生用語言表達(dá)出來，實現(xiàn)師生的有效溝通。

(7)本節(jié)所有知識點學(xué)習(xí)結(jié)束后，師生會返回“慕課堂”，教師在“慕課堂”中發(fā)布課前備課準(zhǔn)備的練習(xí)題，學(xué)生進(jìn)行解答，并完成相關(guān)問卷。最后教師會以公告的形式在“慕課堂”中發(fā)布本節(jié)知識點的總結(jié)文檔，供學(xué)生課后復(fù)習(xí)參考。

(8)課后教師會在微信群中發(fā)布帶有注釋本班的本節(jié)講授內(nèi)容的ppt、板書、習(xí)題等資料，同時在今日交作業(yè)中發(fā)布本節(jié)作業(yè)。

教師會在作業(yè)批改后對作業(yè)進(jìn)行講解，課后將作業(yè)的詳細(xì)求解過程發(fā)布在微信群中，供學(xué)生訂正時參考。

1.4 考核方式設(shè)計

針對線上各教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，參加課程的學(xué)生需要按時上課，積極參加課上提問及討論，按規(guī)定完成作業(yè)及章節(jié)測試，參加期中及期末考試。課程的最后成績構(gòu)成比例如圖3所示，具體按如下規(guī)則計算：

圖3 課程成績構(gòu)成及比例

(1)傳統(tǒng)必做工作：作業(yè)7%+預(yù)習(xí)(學(xué)習(xí))報告20%+期中考試15%+期末考試50%；

(2)每周例行工作：上課出勤5%+課上提問及討論3%。

2 異步SPOC在“通信電子線路”課程中的應(yīng)用

本學(xué)期“通信電子線路”課程授課班級為我校通信工程專業(yè)18級A、B、C三個班級。作為民用航空類院校，在授課過程中，教師會結(jié)合民航通信電子設(shè)備的發(fā)展總結(jié)通信電子線路在空管通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用案例，并引入前沿的通信與信息處理技術(shù)，讓學(xué)生明確努力的方向和肩負(fù)的重?fù)?dān)，提升能力與素質(zhì)，增強學(xué)習(xí)的使命感。

下面以第五章第一節(jié)講授的“高頻功率放大器工作原理”為例，介紹“異步SPOC+慕課堂+直播”線上教學(xué)在“通信電子線路”課程中的應(yīng)用。首先在授課前，教師會在異步SPOC課程平臺上發(fā)布公告，給出所要講授的教學(xué)內(nèi)容及相應(yīng)的視頻，同時在微信群中給出課件等相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料(如圖4所示)。

圖4 課前資料發(fā)布示例

學(xué)生會在課下針對所講授內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。課上教師針對本節(jié)重點知識點“高頻功率放大器獲得高的輸出功率及效率需要具備的條件”，結(jié)合高頻功率放大器原理電路圖及輸入輸出電流電壓的波形圖進(jìn)行講解(如圖5所示)。教師在講解過程中，針對高頻功率放大器的性能指標(biāo)(關(guān)注點)、折線分析方法(電路特點及分析方法)、如何獲得高輸出功率及效率等方面，提出了以下幾個問題：

圖5 課中對重要知識點進(jìn)行講解示例

(1)高頻功率放大器的關(guān)注點是什么?

(2)對于動態(tài)范圍較大的高頻功放而言，需要用到哪種非線性電路分析方法？

(3)對于非線性的高頻功放而言，此時輸出的集電極電流具有什么特點？為此會帶來什么問題？

(4)為實現(xiàn)高頻功放所關(guān)注的高輸出和高效率，需要滿足什么條件？

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生便開始思考、討論、爭辯，同時也會有學(xué)生提出自己的問題，與教師進(jìn)行互動(如圖6所示)，并最終能夠得出高頻功放晶體管基極為負(fù)的偏置電壓、高頻功放工作在丙類工作狀態(tài)以及負(fù)載為諧振回路的條件等正確結(jié)論。這樣的教學(xué)方法使學(xué)生能夠充分參與到課堂教學(xué)中，教師也能夠通過學(xué)生的回答及表現(xiàn)對其學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行初步評價。教師同時會在板書中將剛剛教授的知識點進(jìn)行總結(jié)，此時學(xué)生也會跟隨教師節(jié)奏記錄筆記。

圖6 教師與學(xué)生互動示例

最后，教師會讓學(xué)生回到“慕課堂”，發(fā)布課堂練習(xí)(圖7所示)，學(xué)生針對剛剛講授的知識點進(jìn)行解答，答題準(zhǔn)確率基本在79%左右，對于第二個多選題，部分同學(xué)沒有看到要求，選擇答案不全面導(dǎo)致準(zhǔn)確率較低。教師在課程結(jié)束后將本節(jié)知識點整理以公告的形式在“慕課堂”發(fā)布，本次課程教師共發(fā)布簽到1次，練習(xí)2個，公告1個(如圖8所示)。

圖7 “慕課堂”練習(xí)題示例

圖8 “慕課堂”活動記錄

課程結(jié)束后，教師將本節(jié)課板書及注釋版本的課件及相關(guān)教學(xué)資料在微信群中發(fā)布，(如圖9所示)，學(xué)生可自行下載，在課后復(fù)習(xí)及做作業(yè)時可以參考。同時在每日交作業(yè)小程序端上傳本章作業(yè)，學(xué)生在課下復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上完成作業(yè)，并拍照上傳。

圖9 課后發(fā)布學(xué)習(xí)資料

為突出“以學(xué)生為中心”的主旨，對授課學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，到目前為止，問卷調(diào)查分為四個階段(如圖10所示)。首先是開學(xué)初，針對學(xué)生線上學(xué)習(xí)經(jīng)驗的調(diào)查，本次共收到79份有效問卷。通過問卷調(diào)查表明：79.8%的學(xué)生之前接觸過線上教學(xué)，同時對線上教學(xué)較為期待。第二階段是在授課一周的時候進(jìn)行調(diào)查，主要針對學(xué)生課上接受程度的調(diào)研，本次調(diào)查共收到76份問卷，結(jié)果表明：81.2%的學(xué)生可以能夠掌握一半以上，18.9%的學(xué)生能夠掌握所講授內(nèi)容的八成以上。同時對目前授課形式也進(jìn)行了調(diào)研，70%的學(xué)生認(rèn)為授課形式完全可以接受，且聽課效果較好，28.9%的學(xué)生認(rèn)為授課性能能夠接受，但聽課效果需要進(jìn)一步提升。第三階段是在授課2個月，對應(yīng)圖10(c)以后進(jìn)行的問卷調(diào)查，主要針對與開學(xué)初相比，目前聽課效果是否有改善。此次共收到問卷76份，78.9%的學(xué)生認(rèn)為聽課效果較開學(xué)初有較大改善或有改善。第四階段在結(jié)課前針對本課程的課程目標(biāo)的達(dá)成情況進(jìn)行問卷調(diào)查，100%的同學(xué)達(dá)到第一個課程目標(biāo)，后四個課程目標(biāo)的達(dá)到率分別為95.4%，84.6%，89.2%以及81.5%?？梢钥闯?，學(xué)生在開學(xué)初整體狀態(tài)較好，知識掌握率較高，而對于最后講解的課程目標(biāo)：“調(diào)制解調(diào)電路及混頻電路”掌握程度相對較低，分析原因主要由以下兩方面的因素：一是在課程后期部分學(xué)生失去了線上學(xué)習(xí)的新鮮度，自控能力相對較弱的同學(xué)聽課效果有待提升；二是調(diào)制解調(diào)電路講解中涉及較多的非線性電路分析方法，理解較為困難。針對這些因素，后期期末復(fù)習(xí)中增加了大量的習(xí)題及講解，幫助學(xué)生掌握此知識點。

(a)開學(xué)初調(diào)查結(jié)果

(b)授課一周后調(diào)查結(jié)果

(c)授課兩個月后調(diào)查結(jié)果

(d) 結(jié)課前調(diào)查結(jié)果圖10 針對教學(xué)效果學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果

3 結(jié)語

對于一線教師而言，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要有一個過程，常常會面臨巨大的挑戰(zhàn)。如今受“新冠肺炎”疫情的影響以及教育部“停課不停學(xué)”的倡導(dǎo)[9-10]，課程組教師以開放的心態(tài)對“通信電子線路”線上課程的教學(xué)模式和教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了大膽的探索與嘗試，通過采集分析學(xué)生主體反饋的數(shù)據(jù)，對教學(xué)效果進(jìn)行評價，從而進(jìn)一步調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)設(shè)計，真正做到以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式。隨著線上教學(xué)模式的不斷完善，能夠在學(xué)生學(xué)習(xí)效果及教師教學(xué)效率方面得到更好的均衡，提升教師教學(xué)能力，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供更加輕松、創(chuàng)新意識更強的教學(xué)生態(tài)。