“模擬電子技術”教學改革探索與實踐

鄧天平， 張 林

(華中科技大學 電子信息與通信學院， 湖北 武漢 430074)

0 引言

當前，在堅持知識、能力和素質協調發展的背景下，我國高校在人才培養模式、課程體系和教學方法上的改革進一步深化。在人才培養模式上，我院也進行了一些探索，為此新設有數理提高班、電子信息卓越班、種子班等創新實驗班。為了增加學生自主學習的時間和空間，促進學生多元化和個性化的發展，這些實驗班課程的教學學時會少于普通班，但課程的教學要求卻更高。在這樣的背景下，如果堅持傳統的教學模式就會面臨如下的主要問題：

(1) 學時越來越少，內容卻越來越多，教師很難在有限的學時完成教學；

(2) 課堂過于封閉，教師主導學生學習，學生被動接受學習，學習效果較差；

(3) 強調學生對知識的學習，限制了學生思想的發展；

(4) 培養方式共性化。

在創新實驗班教學實踐中，我們針對傳統教學模式的不足，開展了一些改革活動。以“模擬電子技術”課程教學為例，我們引入了“翻轉課堂”和PBL教學方法，在大幅減少學時的背景下，較好地完成教學內容，同時也提高了學生各方面的能力。

1 “翻轉課堂”和PBL教學方法

所謂的“翻轉課堂”就是改變傳統的課堂的教學模式，將學習的自主權交給學生，學生先在課下利用資源共享課和MOOC提前學習，學習的時間和空間不受限制。課堂上，教師主要是通過和學生的討論，解決學生在學習中遺留的問題。但是，在具體實施的分組討論過程中，如何保證討論的有效性，是“翻轉課堂”必須考慮的問題。為此，我們將PBL的教學模式應用于課堂教學[1]。

PBL(Problem-Based Learning)是以問題為中心，以學生為主體的教育與學習模式，最早起源于20世紀50年代的醫學教育。PBL強調學習要圍繞著具體的任務或者問題展開，鼓勵學生自主學習、反思式學習，培養學生高級思維能力[2]。

PBL教學方式的精髓體現在：以問題為導向，以學生為中心，以小組學習的方式，鼓勵學習者運用已學知識，通過查閱資料，共同討論和分析來解決問題，而教師只是參與者和指導者[2]。

“翻轉課堂”結合PBL教學方法，在學生利用網絡資源完成基本知識的學習后，教師可以結合本章節的知識，提出一些高于課本知識的問題，交給學生分組討論。在學生討論過程中，教師要適當給予引導，保證解決問題方向的正確性，同時，在問題討論的過程中，學生也會提出一些問題，教師可以利用這些問題加以引導，讓學生在帶著問題學習，在討論中學習。這樣，學生不僅學會了知識，還學會了自主學習的方法，而不是教師“填鴨式”的教學。

2 PBL教學法如何應用于課堂教學

PBL最早應用于醫學教學，是因為醫學上的病例的出現，本身就是一個問題，因此問題的提出和解決顯得是順理成章的。但是在“模擬電子技術基礎”這門課程中，如何結合本課程的教學要求，結合本學科的知識背景，結合學生的實際情況，提出適當的、有價值的問題，讓學生從問題的解決中學會知識，是值得研究的。

因此，結合在卓越班和提高班的兩屆完整的教學過程，我們通過歸納、總結，得到若干的問題庫，庫中的部分問題列于表1[3]。

表1中，我們利用不同的星級來表示問題的難易程度，三星及三星以下的問題，學生可以在看完教材和視頻的基礎上完成，四星級的問題，需要對書本上的知識進行歸納、總結后完成，而五星級的問題，需要利用所學習的知識，加以運用，完成電路的設計，然后利用PSpice或者Multisim等EDA工具，對設計電路加以驗證。這就要求學生需要通過分組討論，分工合作，最后找到問題的答案。

除了每個單元章節的問題以外，考慮到知識和知識之間的關聯性，我們還設計一些綜合性的問題，列于表2[4]。

表1 “模擬電子技術”PBL基本問題庫

表2 “模擬電子技術”PBL擴展問題庫

表2中所涉及到的問題，可能會跨越本課程的若干章節的知識點，因此，我們一般會在課程基本學習完成后，通過大作業的形式布置這些問題，要求學生通過合理的分組，對整個問題進行剖析、分解后形成若干模塊，組長再將各模塊分給組內每個成員，然后全組共同完成電路設計、電路仿真、電路的PCB板設計和制作以及電路的測試，最后是各分組展示成果。

分組展示成果時，其他組的學生都可以提出問題，最后進行自評和組內互評，教師參考這些評價，對每個小組給出總評成績并計入最后的課程成績。

通過兩屆的實際運行情況，我們發現，分組不能完全由學生自由組合，這樣可能會出現分組之間差別過大的情況，因此，教師要結合學生的實際情況，在學生自愿組織的基礎上，進行一定的干預，合理安排分組，實現學生之間的優勢互補。

在后面的拓展問題的解決過程中，會出現很多的問題，因為學生面臨的是書本上找不到答案的問題，而且很多問題是結合工程實際的，因此教師要在適當的時機給予指導和點撥，如果過早、過多的引導，將妨礙學生的創新思維的發展，教師要在學生感覺到“山重水復疑無路”時，指出“柳暗花明的又一村”，讓學生在探索中學習，討論中獲得創新，因此，這個指導的時機是教師必須把握的。

3 PBL教學法應用效果

“翻轉課堂”和PBL的教學方法應用于“模擬電子技術”的課程教學，在本院的14級和15級的提高班和卓越班進行了兩屆四輪的實踐。我們主要是采用小班分組教學的模式，每個教學班的人數為30，分成七個小組。

課程結束后，我們通過和學生座談，發送調查問卷的方式，獲取學生對該教學模式的評價，得到的評價結果如表3所示。

表3 “翻轉課堂”和PBL教學法的教學效果

從表3的應用效果可以看出：

(1) 對于參與教改的數理提高班和電子信息卓越班，絕大多數學生能夠在課前利用教材、網絡資源、教師教案進行課前學習，這是保證“翻轉課堂”得以順利進行的重要保證，否則教學效果會很差；

(2) 通過兩屆四輪的統計，絕大多數學生對于這種教學模式還是比較認可的；

(3) 采用“翻轉課堂”和PBL的教學方式，對于學生來說，面臨最大的問題可能就是在本課程上所花費的時間會有所增加，因為“翻轉課堂”需要學生提前自學一些基本知識，考慮到這個問題，為了不給學生增加過多的時間負擔，我們會將課程教學學時的1/3左右拿出來給學生自學，學生可以利用這個時間完成知識的預習。

對于教師來說，問題難度的把握以及課堂節奏的控制很重要，如果問題過難，不僅會花費學生太多的時間，還有可能會打擊學生學習的積極性；課堂節奏控制不好，可能會在某些問題上扯得過遠，浪費了寶貴的課堂教學時間。另外，這種教學模式對教師也提出了更高的要求，因為有些學生提出的問題，可能是教師并沒有預料到的，需要教師對本課程有較好的理解和掌控。

(4) 相對于傳統的教學方式而言，學生的感受還是較為明顯，絕大多數的學生覺得能夠很大程度上提高自己的自學能力，也鍛煉了自己提出問題和解決問題的能力。

此外，相對于傳統的教學方式而言，教師首次實施翻轉課堂的教學，需要重新修訂教案、提前給學生準備用于學習的資源、設計一定數量的測試題用于課前和課后測試等，教師的人力投入基本上是傳統課堂的3倍左右。

4 結語

近年來，大規模在線開放課程(MOOC)等新型在線開放課程在世界范圍的迅速興起，正在促使教學內容、方法、模式和教學管理體制發生積極的變革，給高等教育教學改革發展帶來了新的機遇和挑戰。在此背景下，我們下一步會將MOOC與“翻轉課堂”、PBL等教學模式相結合，進一步改善教學學時不斷減少，而教學內容可能相對增加帶來的困境。這樣的一種教學模式，可以逐步實現“以學生為中心”的教育，可以進一步提高學生的自主學習、獨立思考、協作意識以及表達能力等。

[1] Johnston, N. n., & Karafotias, T. t. Flipping the Classroom to Meet the Diverse Learning Needs of Library and Information Studies (LIS) Students. Journal of Education For Library & Information Science, 57(3), 226-238.(鄧天平等文)

[2] Schmidt, Henk G; Rotgans, Jerome I，etc. The process of problem-based learning: What works and why. Medical Education. 2011:45 (8): 792-806.

[3] Donald A.Neamen. Electronic Circuit Analysis and Design.Mc Graw Hill. 2010.

[4] 康華光主編，電子技術基礎：模擬部分，第六版。北京：高等教育出版社，2013，12.