“數(shù)字電路”混合式教學(xué)模式探索

蔡 苗 蔡紅娟 周 斌 高弘揚(yáng)

(武昌首義學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院,武漢 430064)

武昌首義學(xué)院為應(yīng)用型本科高校,旨在培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感、基礎(chǔ)知識(shí)牢、專(zhuān)業(yè)能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”是ICT人才培養(yǎng)體系中的學(xué)科基礎(chǔ)課,以新工科背景下的現(xiàn)代電子技術(shù)能力培養(yǎng)為目標(biāo)[1]。通過(guò)前期的一系列教學(xué)改革,本課程已經(jīng)在教學(xué)內(nèi)容上對(duì)傳統(tǒng)電子技術(shù)及EDA技術(shù)進(jìn)行了融合創(chuàng)新,并在教學(xué)中取得了一定效果[2-4]。但傳統(tǒng)教學(xué)由于受學(xué)時(shí)的限制,知識(shí)的應(yīng)用擴(kuò)展受限,學(xué)生的課堂參與不夠深入,用數(shù)字邏輯思維解決工程實(shí)際的能力有待加強(qiáng)。為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率、有效提升大班教學(xué)中學(xué)生的課堂參與度、提高學(xué)生用數(shù)字邏輯思維解決復(fù)雜硬件電路的能力,教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師探索了線上線下混合式教學(xué)模式[5]。

1 建設(shè)課程資源

1.1 選取符合學(xué)情的線上資源

教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合學(xué)?！案咚刭|(zhì)應(yīng)用型本科人才”的辦學(xué)定位,圍繞課程教學(xué)大綱,在中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)上選取了符合“數(shù)字電路”課程的課程目標(biāo)、能夠支撐學(xué)生在數(shù)字電子技術(shù)方向的培養(yǎng)目標(biāo)的國(guó)家精品在線開(kāi)放課程,以此作為開(kāi)展混合式教學(xué)的基礎(chǔ)。

1.2 改造升級(jí)課程資源

依托慕課國(guó)家精品在線開(kāi)放課程,以“基本知識(shí)慕課節(jié)選,重難點(diǎn)補(bǔ)充視頻,分層次建設(shè)題庫(kù)”為原則構(gòu)建SPOC,對(duì)資源進(jìn)行升級(jí)改造。

保留源課程的線上資源,包括視頻、知識(shí)點(diǎn)測(cè)驗(yàn)、討論、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、章節(jié)作業(yè)等。針對(duì)武昌首義學(xué)院學(xué)情,自建部分線上資源,以支撐學(xué)生看、練、問(wèn)完整的學(xué)習(xí)流程,包括:線上學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的導(dǎo)學(xué);重難點(diǎn)案例講解視頻;能滿足自學(xué)檢測(cè)、隨堂測(cè)試、作業(yè)、思考、分組討論等教學(xué)活動(dòng)的題庫(kù);常用集成器件的數(shù)據(jù)手冊(cè);典型案例;學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探究視頻或分析文本;涉及數(shù)字邏輯器件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)媒體視頻;問(wèn)卷調(diào)查等。

線上課程資源的建設(shè),為混合式教學(xué)的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。

2 重構(gòu)教學(xué)架構(gòu)

2.1 凝練培養(yǎng)目標(biāo)

按照OBE理念[6],將課程的知識(shí)、能力及素養(yǎng)目標(biāo)確定為:學(xué)生在系統(tǒng)掌握數(shù)字邏輯理論、方法的同時(shí),應(yīng)具備使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件或借助硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)小型電子系統(tǒng)的實(shí)踐能力和思維,獲得自主學(xué)習(xí)能力和習(xí)慣,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)辯證的科學(xué)思維和家國(guó)使命擔(dān)當(dāng)。

2.2 規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

通過(guò)合理規(guī)劃線上線下教學(xué)內(nèi)容架構(gòu),將知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)有機(jī)融合。

“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)”課程教學(xué)原計(jì)劃為理論課48學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí),開(kāi)展混合式教學(xué),線上增加16學(xué)時(shí)。其中,線上的16學(xué)時(shí),利用SPOC和慕課堂觀看視頻、完成自測(cè),掌握知識(shí)點(diǎn)的“三基”;線下48學(xué)時(shí),在教室完成知識(shí)點(diǎn)的高階學(xué)習(xí)與能力點(diǎn)的創(chuàng)新應(yīng)用;實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí),在實(shí)驗(yàn)室完成4個(gè)項(xiàng)目,獲得基本的實(shí)踐動(dòng)手能力。

例如,“譯碼器”這一知識(shí)點(diǎn),傳統(tǒng)教學(xué)安排為1次課,即2學(xué)時(shí),課堂講授譯碼器的原理、概念等基礎(chǔ)知識(shí)以及基本應(yīng)用,沒(méi)有時(shí)間多做擴(kuò)展。而混合式教學(xué),則按照線下1次課對(duì)線上1學(xué)時(shí)來(lái)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃,把譯碼器的基本結(jié)構(gòu)、二進(jìn)制譯碼器設(shè)計(jì)、集成譯碼器的功能等學(xué)生易于接受的知識(shí)點(diǎn)放到線上,由學(xué)生自學(xué)。課堂教學(xué),通過(guò)對(duì)帶使能信號(hào)的譯碼器設(shè)計(jì)、譯碼器級(jí)聯(lián)等知識(shí)進(jìn)行鞏固和擴(kuò)展,增加知識(shí)的深度和廣度;通過(guò)對(duì)交通燈顯示電路的設(shè)計(jì),增加知識(shí)的應(yīng)用性,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)及規(guī)則意識(shí)。

2.3 構(gòu)建學(xué)習(xí)平臺(tái)

構(gòu)建“SPOC+慕課堂+QQ群+教室+實(shí)驗(yàn)室”的全方位學(xué)習(xí)平臺(tái)開(kāi)展混合式教學(xué),打破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)、空局限,以滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)與多層次需求。

3 豐富教學(xué)方法

融合案例導(dǎo)學(xué)法、實(shí)驗(yàn)探究法、主題討論法,形成師、生、環(huán)三位一體的交互式教學(xué)方式,引導(dǎo)學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)。

例如,教學(xué)過(guò)程中,借助知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用小視頻,引出本次課需要掌握的知識(shí)點(diǎn);通過(guò)案例分析,幫助學(xué)生明確“應(yīng)用”,提高興趣,提升使命擔(dān)當(dāng);針對(duì)某個(gè)知識(shí)模塊,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室或者利用仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析理論知識(shí),自錄視頻或者形成分析文本;線上靜態(tài)討論和線下動(dòng)態(tài)討論相結(jié)合,對(duì)于拓展性的知識(shí),在線上發(fā)布討論主題,學(xué)生課后通過(guò)查閱文獻(xiàn)形成綜述在討論區(qū)發(fā)帖,對(duì)于課內(nèi)知識(shí),教師現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布討論,生生、師生之間限時(shí)討論。

4 混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

采用BOPPnPS教學(xué)模式進(jìn)行混合式教學(xué)設(shè)計(jì),通過(guò)“線上基礎(chǔ)學(xué)習(xí)-線下案例討論-線下實(shí)驗(yàn)探究-線上拓展展示”四階遞進(jìn)交互式學(xué)習(xí),形成一個(gè)完整知識(shí)點(diǎn)的閉環(huán)教學(xué),把學(xué)生的學(xué)習(xí)由淺到深地引向深度學(xué)習(xí)。教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教師直接講述、含有思政元素的科學(xué)技術(shù)和工程應(yīng)用案例展現(xiàn)、學(xué)生討論領(lǐng)悟等多種方式,將課程教學(xué)與思政教育融合,以價(jià)值引領(lǐng)實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力提升、素質(zhì)養(yǎng)成的融合培養(yǎng)。本文以“計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)”為例說(shuō)明混合式教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施。

4.1 課前

課前教學(xué)活動(dòng)在線上完成。教師在慕課堂推送基于SPOC的學(xué)習(xí)任務(wù),包括導(dǎo)言B(Bridge-in)、學(xué)習(xí)步驟、學(xué)習(xí)目標(biāo)O(Objective)等。學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)完成有關(guān)集成計(jì)數(shù)器的基本功能、反饋復(fù)位法、反饋置數(shù)法的慕課視頻自學(xué),并進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)自測(cè)(Pre-assesment)。

4.2 課中

課中指線下的課堂教學(xué),主要包括以下幾個(gè)部分。

(1)線上學(xué)習(xí)點(diǎn)評(píng)及舉一反三練習(xí)。教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)自測(cè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng),進(jìn)而提出具有一定綜合性的問(wèn)題;學(xué)生總結(jié)同步置數(shù)法、異步清零法的一般規(guī)律,討論反饋信號(hào)的獲取,并進(jìn)行舉一反三練習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及嚴(yán)謹(jǐn)辯證的科學(xué)思維。

(2)重難點(diǎn)補(bǔ)充講解。教師講解集成計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖,提出有關(guān)同步和異步的區(qū)別、置數(shù)和清零的實(shí)現(xiàn)、改變計(jì)數(shù)狀態(tài)的方法等問(wèn)題;學(xué)生觀察計(jì)數(shù)器狀態(tài)變化,思考回答問(wèn)題,舉例討論同步異步。通過(guò)參與問(wèn)題的思考及討論,使學(xué)生體會(huì)事物存在對(duì)立統(tǒng)一的辯證關(guān)系,二者在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化;個(gè)人發(fā)展應(yīng)與國(guó)家規(guī)劃同頻,支持個(gè)性發(fā)展,鼓勵(lì)創(chuàng)新。

(3)結(jié)合工程案例增強(qiáng)知識(shí)應(yīng)用。通過(guò)觀看火箭發(fā)射倒計(jì)時(shí)視頻,導(dǎo)入本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)提出10秒倒計(jì)時(shí)電路如何設(shè)計(jì)。學(xué)生思考給出設(shè)計(jì)方案,師生同做可行性討論,確定設(shè)計(jì)思路。教師提出置數(shù)信號(hào)、狀態(tài)保持、狀態(tài)顯示等具體實(shí)現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生逐步完成設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生分析解決工程問(wèn)題的思維能力,建立電子技術(shù)大工程觀,培養(yǎng)使命擔(dān)當(dāng)。

(4)深度練習(xí)。教師發(fā)布交通燈30秒倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)任務(wù),學(xué)生分組討論完成,在慕課堂提交,并投屏由學(xué)生進(jìn)行講解、互評(píng),教師點(diǎn)評(píng)、協(xié)助進(jìn)行分析引導(dǎo)。逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維能力,體會(huì)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)需循序致精、融會(huì)貫通。

課堂教學(xué)中,教師通過(guò)對(duì)線上學(xué)習(xí)成果點(diǎn)評(píng)、案例分析、專(zhuān)題討論等教學(xué)活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生以問(wèn)答、釋疑、質(zhì)疑、點(diǎn)評(píng)等方式n次參與三位一體的交互式學(xué)習(xí)(Participatory learning)。

4.3 課后

課后教學(xué)活動(dòng)在線上開(kāi)展。教師在慕課網(wǎng)上發(fā)布知識(shí)點(diǎn)的舉一反三練習(xí);學(xué)生完成后測(cè)P(Post-assessment):設(shè)計(jì)籃球24秒倒計(jì)時(shí)電路、提交仿真作品[7]、分享學(xué)習(xí)心得S(Summary)。

5 改革評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

采用過(guò)程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式對(duì)混合式教學(xué)成績(jī)進(jìn)行評(píng)定。評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化的過(guò)程,一方面使學(xué)生學(xué)習(xí)更有針對(duì)性,另一方面,為整個(gè)教學(xué)過(guò)程的可持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

過(guò)程性評(píng)價(jià)量化為平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)兩部分:平時(shí)成績(jī)由慕課線上測(cè)評(píng)(包含單元測(cè)驗(yàn)、單元作業(yè)、課后討論等)及慕課堂數(shù)據(jù)(包含課堂練習(xí)、隨堂測(cè)試、課堂討論、提問(wèn)等)共同構(gòu)成;實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等構(gòu)成;總結(jié)性評(píng)價(jià)采用期末考試的方式。

為了激勵(lì)學(xué)生積極參與,過(guò)程評(píng)價(jià)采用加分制。提問(wèn)回答正確一次記1分,課堂討論教師點(diǎn)贊一次記1分。該分值將直接計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

6 建立保障機(jī)制

為了激勵(lì)學(xué)生深度參與教學(xué),提高混合式教學(xué)實(shí)施效果,由從事電子技術(shù)課程群教學(xué)的一線教師及實(shí)驗(yàn)員組建教學(xué)團(tuán)隊(duì),共同參與教學(xué)管理。

6.1 主講加助教雙師制

一個(gè)課堂配一名助教,由實(shí)驗(yàn)員擔(dān)任,督促提醒學(xué)生按時(shí)完成線上自學(xué)及課后任務(wù);統(tǒng)計(jì)任務(wù)完成情況、平時(shí)成績(jī)各分項(xiàng)得分并反饋給學(xué)生及主講教師;協(xié)助主講教師進(jìn)行作業(yè)批改;對(duì)仿真及硬件實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)等。

6.2 教學(xué)團(tuán)隊(duì)輪班制

每天安排一名教師在線值班,結(jié)合課堂教學(xué)重難點(diǎn)、課后討論等及時(shí)進(jìn)行答疑解惑,或發(fā)布有關(guān)時(shí)事、科技熱點(diǎn)等討論話題,營(yíng)造積極向上的學(xué)習(xí)氛圍。

7 結(jié)語(yǔ)

筆者研究與探索的“數(shù)字電路”混合式課程,通過(guò)構(gòu)建分層多元的教學(xué)資源,融合案例導(dǎo)學(xué)、實(shí)驗(yàn)探究、主題討論等多樣化的教學(xué)方法,結(jié)合師、生、環(huán)三位一體進(jìn)行交互式教學(xué),保障了大班教學(xué)模式下的學(xué)生課堂參與度。BOPPnPS混合式教學(xué)模式的實(shí)施使得學(xué)習(xí)目標(biāo)可視、流程可控、效果可檢、反饋可行、可持續(xù)改進(jìn)意見(jiàn)可用,使學(xué)習(xí)真正形成了閉環(huán)管理。經(jīng)過(guò)三期教學(xué)的探索和驗(yàn)證,均產(chǎn)生了良好的教學(xué)效果,具備一定的科學(xué)性和較強(qiáng)的推廣性。