數(shù)字電路課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)及調(diào)研

宋彩霞　陳龍猛　張克宏　馬德新

摘要：以數(shù)字電路課程為例，介紹一個(gè)模板的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過(guò)程和實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的經(jīng)驗(yàn)，并提出幾項(xiàng)挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；翻轉(zhuǎn)課堂；學(xué)生參與；主動(dòng)學(xué)習(xí)

1.背景

最近很多文獻(xiàn)提出：高等教育如何通過(guò)授課滿足學(xué)生畢業(yè)后對(duì)知識(shí)與技能的持續(xù)需求。一種方法是鼓勵(lì)教師從“臺(tái)上的智者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生的向?qū)А薄！芭_(tái)上的智者”指教師是課堂的主導(dǎo)者，通過(guò)授課這一方式傳授知識(shí)。“學(xué)生的向?qū)А笔侵笇W(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師充當(dāng)指導(dǎo)者與資源提供者。

“臺(tái)上的智者”這一理念是一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)方法。教育工作者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在課堂開(kāi)始的10分鐘后，注意力開(kāi)始下降，嚴(yán)重影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收和消化。“學(xué)生的向?qū)А边@一理念扎根于學(xué)習(xí)的構(gòu)建主義理論。這個(gè)理論暗示知識(shí)是不能被直接傳授給學(xué)生的，學(xué)生擁有的是信息而不是知識(shí)，知識(shí)必須被個(gè)人進(jìn)行構(gòu)建或者重構(gòu)建，即運(yùn)用早已獲知的知識(shí)使信息變得有意義。學(xué)生參與知識(shí)的構(gòu)建與重構(gòu)建是通過(guò)運(yùn)用主動(dòng)學(xué)習(xí)策略（比如基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、思想共享等）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。新的教學(xué)方法——翻轉(zhuǎn)課堂（Fliped Classroom）則結(jié)合了前面描述的兩種理念，促使教師更加細(xì)致地設(shè)計(jì)教學(xué)策略，讓學(xué)生獲得布盧姆分類（Blooms Taxonomy）嘲中的所有層次。

傳統(tǒng)教學(xué)中，知識(shí)傳授由教師在課堂上講授來(lái)實(shí)現(xiàn)，知識(shí)內(nèi)化則通過(guò)學(xué)生的課后作業(yè)來(lái)完成。翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了這種形式：知識(shí)傳授通過(guò)學(xué)生在上課前閱讀材料、觀看視頻講解來(lái)完成，知識(shí)內(nèi)化則通過(guò)在課堂參與各種主動(dòng)學(xué)習(xí)策略，如辯論、組內(nèi)協(xié)作、基于問(wèn)題/項(xiàng)目的學(xué)習(xí)等來(lái)完成。這種教學(xué)方法可使學(xué)生達(dá)到布盧姆分類中應(yīng)用、分析和綜合等方面的高層次水平。

工程教育者運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂的方法授課，構(gòu)建課堂時(shí)間為主動(dòng)學(xué)習(xí)策略，重新設(shè)計(jì)主動(dòng)學(xué)習(xí)策略，如結(jié)對(duì)共享活動(dòng)、學(xué)生發(fā)言與討論、小組協(xié)作、基于案例的方法等，提高學(xué)生的參與性。筆者運(yùn)用本校校級(jí)精品課程數(shù)字電路與數(shù)字邏輯探索翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施，并描述學(xué)生對(duì)此方法的看法，力求促進(jìn)學(xué)生的課程參與度，提高其學(xué)習(xí)效果。

2.翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施

2.1教師準(zhǔn)備

有3位教師參與數(shù)字電路課程的授課，主要運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，重新設(shè)計(jì)后將傳統(tǒng)授課方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌鲜谡n方式（網(wǎng)上在線視頻+課堂面對(duì)面討論）。學(xué)期開(kāi)課前給出模板大綱，列出翻轉(zhuǎn)課堂的3個(gè)組成部分：課前準(zhǔn)備、課堂活動(dòng)、課后鞏固。針對(duì)模板中每個(gè)組成部分，教師根據(jù)授課內(nèi)容設(shè)計(jì)出明確的活動(dòng)。另外，模板鼓勵(lì)教師彰顯布盧姆分類法的各個(gè)層次：課前準(zhǔn)備部分主要關(guān)注低層次的布盧姆分類法，比如記憶、理解；課堂活動(dòng)的面對(duì)面討論部分考慮的是高層次的學(xué)習(xí)，比如應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)；課后鞏固則通過(guò)形成性評(píng)估方法與總結(jié)性評(píng)估方法建立高層次的學(xué)習(xí)。教師每月開(kāi)一次交流會(huì)，探討出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決辦法，并提供教學(xué)資源，確保翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施效果。

2.2翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)

以數(shù)字電路中計(jì)數(shù)器的原理及應(yīng)用為主題，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂模板，如表1所示。

1）課前準(zhǔn)備。

課前準(zhǔn)備的主要目的是鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。使其了解基本概念和數(shù)字電路知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用情況。

在每一章開(kāi)始之前，由本校工程專業(yè)創(chuàng)新小組成員給學(xué)生作報(bào)告。這些成員均為高年級(jí)學(xué)生，大都參加過(guò)全國(guó)、省級(jí)或校級(jí)的各類電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)比賽，有較為豐富的參賽與完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。他們通過(guò)介紹參賽心得及如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，并聯(lián)系設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的數(shù)字電路知識(shí)，使學(xué)生對(duì)數(shù)字電路產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。每周末將下周要講解的內(nèi)容上傳網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可按照自己的時(shí)間獨(dú)立學(xué)習(xí)，對(duì)不理解的內(nèi)容可自主搜索或記錄，為課堂討論做準(zhǔn)備。學(xué)生網(wǎng)上預(yù)習(xí)后，會(huì)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)短的課前測(cè)試，成績(jī)會(huì)反饋給教師，幫助教師了解學(xué)生對(duì)基本概念的理解程度，為教師有效分配課堂時(shí)間、組織學(xué)生的主動(dòng)討論和對(duì)概念進(jìn)行更深層次講解提供參考。

2）課堂活動(dòng)。

教師應(yīng)緊貼學(xué)習(xí)目標(biāo)，根據(jù)課前測(cè)試的反饋情況來(lái)設(shè)計(jì)課堂面對(duì)面的主動(dòng)學(xué)習(xí)策略，提高學(xué)生的主動(dòng)參與性。有許多主動(dòng)學(xué)習(xí)策略供教師在課堂上使用，但在設(shè)計(jì)面對(duì)面的課堂活動(dòng)時(shí)，注意不要采用過(guò)多的主動(dòng)學(xué)習(xí)策略。其目的是使學(xué)生熟悉主動(dòng)學(xué)習(xí)策略，避免學(xué)生過(guò)于關(guān)注主動(dòng)學(xué)習(xí)策略的方法而忽視相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

在計(jì)數(shù)器的原理及應(yīng)用的課堂活動(dòng)中，學(xué)生通過(guò)獨(dú)立或小組協(xié)作的方式解決問(wèn)題。對(duì)于一些比較容易混淆的概念，如計(jì)數(shù)器的同步置零和異步置零方式、同步預(yù)置數(shù)和異步預(yù)置數(shù)方式，學(xué)生通過(guò)列表的方式進(jìn)行特點(diǎn)總結(jié)，不同場(chǎng)景中不同方式的選擇則采用批判性思維方法進(jìn)行選擇。教師監(jiān)督整個(gè)過(guò)程，幫助學(xué)生理清概念，通過(guò)各種演示及實(shí)踐活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化。

3）課后鞏固。

課后鞏固包含2種形式：課后習(xí)題+實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。課后習(xí)題來(lái)自課本后的習(xí)題和教師網(wǎng)上收集的一些題目，主要形式是分析設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過(guò)運(yùn)用本次課的知識(shí)分析、解決問(wèn)題，以達(dá)到鞏固的目的；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐主要運(yùn)用現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例，如在各種比賽場(chǎng)合使用的多路智力搶答器的設(shè)計(jì)、交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)等，、讓學(xué)生用數(shù)字電路的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)其分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

評(píng)估是翻轉(zhuǎn)課堂課后鞏固的一個(gè)重要組成部分。評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與網(wǎng)上提供的材料及課堂活動(dòng)內(nèi)容相一致，分為形成性評(píng)估（在每次課堂作業(yè)之后）與總結(jié)性評(píng)估（期中與期末考試），采用多樣化的評(píng)估形式：論文、期中考試、期末考試、案例研究、課堂展示、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)情況等。評(píng)估方式的多元化構(gòu)成有效避免了考試之前的突擊式學(xué)習(xí)，大大減少了學(xué)生之間抄襲作業(yè)的惡習(xí)，突出了自主協(xié)作學(xué)習(xí)的重要性。

2.3學(xué)生態(tài)度調(diào)查

學(xué)生態(tài)度調(diào)查是從學(xué)生的主觀角度對(duì)數(shù)字電路翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果進(jìn)行反饋。針對(duì)5個(gè)問(wèn)題展開(kāi)問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)果分為5個(gè)等級(jí)（1代表強(qiáng)烈反對(duì)，5代表非常同意），如表2所示。

由表2可以看出，學(xué)生喜歡課前準(zhǔn)備階段的觀看視頻、資料查詢、創(chuàng)新小組作報(bào)告等形式，這有助于學(xué)生提前了解授課內(nèi)容，理解概念，了解數(shù)字電路的應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)數(shù)字電路的興趣與主動(dòng)性。學(xué)生比較歡迎在課堂中進(jìn)行面對(duì)面討論的教學(xué)模式，該模式有利于其加深對(duì)知識(shí)的理解與運(yùn)用，并使學(xué)生的批判性思維能力得到顯著加強(qiáng)，與教師的溝通聯(lián)系也更加密切。

有一些問(wèn)題需要引起關(guān)注，包括在課前準(zhǔn)備部分的執(zhí)行中，沒(méi)有教師可以為學(xué)生解答問(wèn)題，也有可能有的學(xué)生沒(méi)有為課堂的面對(duì)面主動(dòng)學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，相似的問(wèn)題在文獻(xiàn)【10，11]中也提到過(guò)。解決方法可以是教師利用QQ群或微信的方式及時(shí)解答學(xué)生的問(wèn)題，問(wèn)題在第一時(shí)間被教師解答，學(xué)生感到他們的學(xué)習(xí)是有價(jià)值的，從而更愿意服從教師的教學(xué)安排。

3.學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)

通過(guò)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)字電路翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施，借鑒其他相關(guān)課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們提出5個(gè)關(guān)鍵元素來(lái)支持學(xué)生參與翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)。

（1）教師需要學(xué)生理解翻轉(zhuǎn)課堂是什么？為什么要用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式？如何運(yùn)用這種模式？

（2）為支持翻轉(zhuǎn)課堂，翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)的環(huán)境必須是靈活的。環(huán)境需要提供各種學(xué)習(xí)模式，學(xué)生應(yīng)該能選擇在何處、何時(shí)學(xué)習(xí)。

（3）教師需要仔細(xì)選擇與評(píng)估教學(xué)內(nèi)容：哪些是直接講授的內(nèi)容，哪些是需要學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容。

（4）在課堂中應(yīng)采取以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，課堂時(shí)間應(yīng)被用來(lái)探索主題以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，創(chuàng)造豐富的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。.

（5）課堂中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)從授課（Lecture）到活動(dòng)（Activity）的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)調(diào)哪些活動(dòng)是在課堂完成的，活動(dòng)以何種形式完成。

4.挑戰(zhàn)與未來(lái)方向

在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，存在以下幾項(xiàng)挑戰(zhàn)。

（1）網(wǎng)上授課視頻的質(zhì)量問(wèn)題、視頻聲音與畫(huà)面的清晰度、教師授課是否與畫(huà)面一致等。

（2）每集視頻講座的時(shí)間太長(zhǎng)，學(xué)生注意力容易分散。

（3）學(xué)生觀看視頻時(shí)，遇到問(wèn)題不能及時(shí)求助教師。

針對(duì)以上問(wèn)題，翻轉(zhuǎn)課堂未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該依據(jù)以下幾個(gè)方面。

（1）視頻應(yīng)按照用戶友好方式制作，保證語(yǔ)音與畫(huà)質(zhì)的清晰與一致。

（2）視頻應(yīng)該按照專題制作成15-25分鐘的短片，以保證學(xué)生集中精力觀看。

（3）開(kāi)通網(wǎng)上論壇、微信、QQ等交流形式，便于教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問(wèn)題。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)數(shù)字電路翻轉(zhuǎn)課堂的探索，我們深刻認(rèn)識(shí)到翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新的教學(xué)模式，幫助教師實(shí)現(xiàn)了從“臺(tái)上的智者”到“學(xué)生的向?qū)А钡霓D(zhuǎn)變，為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、促進(jìn)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性提供了機(jī)會(huì)。同時(shí)，教師可更加靈活地拓寬知識(shí)的廣度與深度，并通過(guò)基于問(wèn)題/項(xiàng)目的學(xué)習(xí)活動(dòng)給學(xué)生提供應(yīng)用知識(shí)的平臺(tái)。運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生不僅能獲得布盧姆分類中的所有層次，對(duì)其他相似課程運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂來(lái)提高學(xué)生的參與性也具有很好的借鑒作用。