基于問題的研究性教學在“數字電子技術”課程中的應用

摘要：文章指出，教師可根據基于問題的研究性教學和“數電電子技術”課程的特點，設計合理的問題，積極引導學生主動學習；并對教學內容、教學方法和手段、考核制度、網絡教學平臺等方面進行了討論。基于問題的研究性教學對培養學生的學習興趣，提高學生解決問題和創新的能力有較好的效果。

關鍵詞：研究性教學；數字電子技術；創新能力

作者簡介：龍曉薇（1982-），女，湖南攸縣人，湖南工業大學電氣與信息工程學院，講師；林亞（1990-），男，湖北荊州人，湖南工業大學電氣與信息工程學院電子信息工程系本科生。（湖南株洲412000）

基金項目：本文系2010年湖南工業大學教育教學改革研究項目（項目編號：2010D47）的研究成果。

中圖分類號：G642.41#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0078-02

“數字電子技術”課程是電氣、電信及計算機類專業開設的一門主干專業基礎課。它不僅要為今后學習有關的后續課程打下基礎，而且課程本身涉及的一些基本概念、原理和基本分析方法對于培養學生分析問題和解決問題的能力也十分重要。

基于問題的研究性教學以來自實踐的真實問題為基礎，讓學生在接近真實的情境中學習，培養學生的學習能力、口頭和書面表達能力、團隊合作能力和創新能力，為學生就業打下基礎[1]。20世紀80年代開始，基于問題的研究性教學成為歐美國家一些大學綜合性實踐類課程的主要教學方法[2]。近年來，為了培養大學生的研究能力和創新能力，在國內基于問題的研究性教學越來越受到重視。但基于問題的研究性教學大多集中在學術上的研究，實踐性不強。就“數字電子技術”課程而言，國內許多大學都針對教材的編寫和內容選取上進行了改革，而且相應地改進了教學的手段[3-4]。但是目前“數字電子技術”教學改革還是存在一些不足：過于強調教學內容的改革，忽略了學生的學習接受程度；過于強調教學手段的提高，忽略了教師能力的培養；理論授課和實踐結合不夠緊密等問題。

一、基于問題的研究性教學在教師中的應用

基于問題的研究性教學模式的核心是設計合理的問題。設計的問題必須與現實背景相結合，既要保證難易度適合在規定時間內完成，又要具有一定的挑戰性，使學生有成就感。由于目前授課教師水平參差不齊，累積的教學經驗也各有不同，因此問題的設計者（教師）心態的轉變和能力的提高至關重要。

1.教師角色、行為的轉變

與傳統教學相比，在基于問題的研究性教學中，教師不僅僅是知識的傳授者，而且是學生學習的指導者和合作者[5]。教師在指導學生解決問題的過程中，應充分利用學生之間已有的認知結構、個體經驗等差異而形成的寶貴的學習資源，并在教學過程中注意調動這種資源，組織學生進行協作學習，使具有不同的認知水平的學生通過合作的方式進行學習，這樣，學生個體的思維成果便為整個學習群體所共享。教師通過提出適當的問題以引起學生的思考和討論，在討論中設法把問題一步步地引向深入，以加深學生對所學內容的理解，啟發學生自我學習的能力。

2.教師能力的提高

教師要提高自己的教學能力，設計合理的教學問題，就必須不斷地學習，并與相關專業教師進行合作。對于本課程，本項目組教師通過參加大學教師技能培訓與比賽、去兄弟院校觀摩學習、觀看國內外名校的網上教學資源等來開闊視野、提高理論水平。問題的設計部分，采用合作和討論的形式進行出題。本項目組理論教師與實驗老師進行討論，專業基礎課教師與專業課教師進行討論，教師與本專業高年級學生進行討論。經過反復的討論與實踐，最終確定合理的問題。

二、基于問題的研究性教學在學生中的應用

在傳統的教學方法中，教學是把課本中的知識原封不動地傳遞給學生，學生不必獨立思考和自主創新，作業和考試結果都有標準答案。而基于問題的研究性教學模式要從討論問題開始，每個問題都不止一個設計答案，這就需要學生在課堂上主動地參與和討論，課后查閱大量相關資料。因此對于那些習慣于被動接受知識的學生來說，學習心理與學習習慣的改變需要時間和過程。

為了讓學生有一個從被動接受到主動參與的適應過程，本課程的教學內容從理論知識學習向基于問題的知識討論型學習過渡。課堂的討論也是從“教師—學生1—教師—學生2”逐步轉變為“教師—學生1—學生2—學生3—教師”，通過多站進行。這可以讓思維水平大致相當的學生們自行進行討論，避免教師的設計思維禁錮學生的創新能力，只有當討論陷入僵局或陷入歧途時教師才做一些引導性的介入或者修正。這樣既保證了知識的系統性，又促進研究性教學的開展，并保證了學生學習心理的一個過渡。

三、基于問題的研究性教學在課程中的應用

1.優化教學內容

基于問題的教學模式，所有的教學內容都是圍繞著問題展開的，從而使教學內容的學習缺乏基礎性和系統性。在固定的教學課時下，為了保證基礎知識系統學習，并能進行新的教學模式改革，本項目組對教學內容進行了改革。

在理論教學內容上，在保證基本知識和基本理論的前提下，將現代電子技術的先進知識滲透到各知識單元，使學生在學習硬件結構的同時，學習仿真軟件和硬件描述語言以及用可編程邏輯器件設計數字系統。比如，減少中、小規模器件具體電路的內容，增加可編程邏輯器件的內容，并積極地把EDA技術引入到課程教學中。

在實踐教學內容上，優化實驗內容，減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性實驗。也可根據教學條件，實行有層次的實驗開放，鼓勵學生自主學習。學生可以到實驗室做任何感興趣的實驗，教師給予一定的指導。在實驗方法上加強新技術和新器件在實驗中的應用。通過整合實驗內容，使學生既能驗證各種集成芯片的功能，又能通過自主性實驗完成新的教學改革方法中各種設計問題。

2.改進教學手段和教學方法

為了培養學生的學習興趣，讓學生的學習態度能從被動學習過渡到主動學習，本課程采用講授、討論、實驗、自學、實習和訓練相結合的互補式教學方法，而這些教學方法通過基于問題的模式進行貫通。其具體實施過程包括以下幾個部分。

（1）上好第一堂課，激發學生的學習熱情。在課程的緒論部分，與學生專業相聯系，生動講述本課程在電子技術、現代通信、工業控制中的實際應用與發展前景。以工作、生活中最常見易懂的數字電子時鐘為例，介紹其系統的組成，從而引申出中小規模集成電路、可編程邏輯電路的概念。并概要介紹組合邏輯電路、時序邏輯電路、555定時器及A/D、D/A轉換器等數字電路單元在系統中的基本作用。

（2）建立學習規則，形成愉快的學習氛圍。基于問題的教學模式要求學生能分組討論，通過相互合作解決問題。如果由教師硬性分組，會使學生產生厭煩心理。因此，在學習了一定的理論課后，驗證性實驗開始時，按學生意愿分組。但是為了避免小組成員合作水平的差異，每次討論結果要求輪流報告，并將每位學生的參與度、解決問題的能力計入最后的考核中。

（3）科學指導，促進學生的能力發展。在基于問題的研究性教學中，教師在指導學生解決問題的過程中，要能指明方向并積極創造出開放、愉快的學習氛圍。在學生可能遇到問題之前進行前瞻性預測，做好先期的調控，避免學生走彎路；在學生感到困惑或遇到難以解決的問題時，給予適度的引導和點撥，讓學生得以擺脫困惑，作出選擇。

在本課程中，教師以設計一個數字電子時鐘為例，對學生進行一些指導。首先教師提出設計要求，要求設計以24小時為一個計數周期的電子時鐘，具有“時”、“分”、“秒”數字顯示功能，液晶或數碼管顯示時間。在解決問題的開始，教師會更多地進行引導，比如問學生用什么方法才能使時鐘顯示器每隔一秒變化一次（或者是每隔一秒計數一次），如何才能實現24進制的計數，如何才能使液晶或數碼管顯示數據。在解決問題的過程中，引導學生確定學習要點。在電子時鐘設計中的學習要點是，要設法了解什么數字電路能產生f=1Hz的脈沖，什么數字電路能對脈沖進行計數，并能計數24進制、60進制等，什么數字電路能將數字信號顯示在顯示器上。隨著學習的進行，學生能更多地明白學習要點，教師就要慢慢地“隱退”。當學生對問題已經形成了一定的理解，而某些知識的缺乏又嚴重地阻礙了問題的解決時，學生要分頭去探索他們所確定的學習要點。經過理論授課和課外自學后，小組成員集體討論，溝通他們所學的東西，通過反復的實驗來確定哪些數字芯片比較適合本次設計。最后各小組通過仿真軟件或者實驗設備演示實驗結果，闡述設計思路并報告本次問題解決的成果。最后，教師組織組與組之間對設計結果進行討論，指出其設計的共同點與不同點、優點與缺點，幫助學生概括和理解新知識的應用情境。而且，在學生們評價自己以及他人的表現時，他們同時也在對自主學習和合作性問題解決活動進行反思。

3.改革考核制度

基于問題的研究性教學課程考核以重視學習過程為指導思想，對課內教學、討論與課外自主學習實行全面考核。在理論教學過程中，可采用基礎理論、課程討論結果、口頭書面匯報能力及期末考試相結合的考評方式，按照一定比例合成為課程總成績。在實踐教學過程中，每次的實驗成績由準備實驗成績、操作成績、報告成績三部分組成。根據實驗的不同階段，考查內容不同，評分的側重點也不同。因此實驗成績采用等級制度。

4.建設網絡教學平臺

網絡教學平臺的建設和維護由教師和學生共同完成。平臺不但將教學計劃、教學大綱、教學課件、課后習題、模擬試題等基本資料共享給學生，而且把教學改革中討論的問題放入到網站當中，并創建各種虛擬軟件的研究環境，為學生課后討論、自學創造條件。同時還將校內外創新項目、電子設計大賽的優秀作品、電子技術領域的最新發展及時在平臺上進行更新，為后續課程的學習、創新思想的延續打下基礎。

四、總結

與傳統的教學方法相比，基于問題的教學方法需要教師投入更多的時間備課，而且新的教學方法需要教師指導若干個小組的學生解決問題，這對絕大多數教師而言，很難獨自一人去完成對各個小組學生的所有指導工作。因此，教師需要同事和學生的支持與協作。雖然學校對教改類課程給予一定的經費資助，但是教師間的協作還是處于一個自發的狀態。同時，新的教學方法需要學生更多地投入和參與進來，但是在實踐過程中發現，許多學生學習習慣難以改變，參與度不足、口頭表達能力不強、學習基礎各有不同，這都直接影響新方法的教學效果。但是基于問題的研究性教學對培養學生的學習能力、創新能力、合作能力有著重要的作用，因此將在實踐中不斷摸索，致力于將新方法在本學科中延續下去。

參考文獻：

[1]趙洪.研究性教學與大學教學方法改革[J].高等教育研究，2006，(2):73.

[2]劉寶存.美國研究型大學基于問題的學習模式[J].中國高教研究，2004，(10):60-62.

[3]江捷.數字電子技術課程的系列化立體化教材建設[J].實驗技術與管理，2009，(8):143-145.

[4]韓超等.數字電子技術課程中的多媒體教學[J].中國現代教育裝備，2011，(3):103-104.

[5]田鋒.試論大學課堂教學系統中的四個要素[J].教學研究，2004，(1):73-74.

（責任編輯：劉輝）