《數字電路》課程的深度教學改革研究*

張婧婧，古麗米拉·克孜爾別克，徐 靜

（新疆農業大學 計算機與信息工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

應高校課程建設改革的需求，在網絡平臺的支撐下，各種新興教學模式快速發展。運用MOOC、翻轉課堂、雨課堂、微課為代表的新教學形式，配合項目驅動、案例教學等多種方法，混合式教學已在不同課程教學改革之中嘗試并逐步優化。鑒于課程門類的多樣性及影響課程教學質量因素的復雜性，構建與之相適應的教學模式是目前高校課程教學改革的研究熱點。

一、引入“后MOOC”教學模式

《數字電路》作為工科類專業基礎課程，如何優化課程教學形式，鞏固課程教學已呈現的稀釋或弱化[1]的專業權威，除了不斷提高專業技能外，還需要我們探索更具吸引力的教學模式[2]。

“后MOOC”時代的在線教育模式屬于MOOC的新型探索與創新，除包含免費、公開、在線的繼承基因外，還不同程度地呈現出私人訂制、深度學習、個性化廣播等特點[3]。將其與《數字電路》的課程教學有機結合，旨在探索該課程的一種深度教學模式，為學習者提供更為專業和豐富的學習體驗。

二、重構課程教學體系

為了踐行MOOC的本土化策略[4][5]，我院開展了多門課程的MOOC本土化教學試點，借助MOOC平臺展開《數字電路》課程的深度教學改革即是其中試點之一。

作為課程的交互式資源，《數字電路》課程視頻被分解為若干個8-20分鐘的知識點進行講授，加之試題線上測試、作業在線評價等模式，該課程的教學體系已自成一體。然而對數字電路的初學者而言，很難通過片段化信息領悟到電路設計的實質及電路模塊間潛在的關聯[6]，以致首輪學習后，初學者對各類數字電路的綜合設計原理仍然一知半解，實驗環節也就無從入手。

根據目前《數字電路》課程教學中呈現的問題表征，我們進行了“半MOOC”的教學設計[7]，即將MOOC的項目式教學內容與綜合設計性實驗結合；將MOOC中實踐的交互分析、試題的解析答疑與翻轉課堂授課結合，重建深層次、互補性的課程教學模式，持續提升《數字電路》課程的教學質量。下面，筆者將以數字交通燈的設計為例，詳細闡述MOOC平臺下《數字電路》課程的深度教學實踐與探索。

三、分解細化教學形式

1.項目式教學與綜合、設計性實驗的結合

《數字電路》是一門實踐性較強的課程，與課堂理論授課相比，多數學生傾向于從實踐后的反思中理解、建立數字電路的邏輯與關聯。在MOOC平臺中，對依靠碎片化信息獲得知識的學習者而言，必須著重加強其對知識定位感的訓練，使其建立起廣泛的關聯來彌補整體化的缺失[8]。因此，MOOC平臺下我們將項目式教學與綜合設計性實驗結合，二者既互為補充又相互促進。以交通燈電路設計為例，教學視頻始于電路模塊的分解，同時剖析模塊間的邏輯關聯，如圖1所示，可將此電路劃分為定時控制、顯示控制、狀態控制、狀態轉換四個功能模塊。配套的實驗環節則通過四個模塊的階段性測試反思各部分電路功能存在的缺失，進而補充電路連接構建完整系統，以達到理論深度和實踐能力同步增長的教學效果。

此外，基于MOOC平臺的項目式教學中，項目剖析時可呈現如圖1所示的自上而下的電路分解形式，便于引導學生進行知識梳理和階段性測試，同時通過電路設計還可以加強學習者對知識定位感的訓練。

圖1 交通燈電路的模塊設計

2.實踐中的交互、在線測試的答疑與翻轉課堂結合

MOOC作為在線教育發展的產物，交互在其教學過程中至關重要。當課程中有相同訴求的固定成員間可以開展多種交互時，學習者的學習積極性更高[9]。而初學者對數字電路進行實驗分析時，MOOC中使用的多種類型交互方式卻收效甚微，因為在初學者的交互行為中，分享答案遠比交流思路出現得多。因此，將實踐環節中出現的各類問題以翻轉課堂的形式解決是較為科學且易于操作的方式。同樣，當MOOC課程中的在線測試取代傳統的課程習題后，為學習者答疑解惑、整理思路的過程也依賴于翻轉課堂的教學形式。不僅如此，翻轉課堂在一定程度上還能夠有效避免學習者對網絡資源的過度依賴，恢復教師的專業權威。

以交通燈的設計為例，我們已將該項目的視頻解析、實驗內容、設計說明、評分標準公布于MOOC平臺中。學習者通過跟蹤課程內容，展開該項目“組合+時序”電路的綜合設計，其實驗過程中難免會遇見諸如：交通變換的四個狀態如何自動切換、南北東西定時標準不一致如何實現、狀態燈和時鐘顯示同步切換如何控制、組合電路的入口與時序電路出口如何銜接等問題，而以問題為導向的交互方式在翻轉課堂的討論中展開最為合適。MOOC中習題的在線測試情況亦是如此，對于大范圍做錯的測試題目，需要在翻轉課堂的解析或討論中加以糾正才能保障學習者的積極性。

MOOC的教學設計通常依靠形象有趣的內容來吸引學習者的注意力，同時支持學習者反復觀看課程視頻。然而在以視頻教學和學生觀摩為主的授課形式中，學習者往往會因無法參與互動而日久產生學習倦怠[10]，因此為每個教學項目定制一定比例的翻轉課堂教學內容，是加強課程管理、師生互動和提高學生參與度的有效途徑。

四、強化MOOC的實踐教學理念

除了引入“半MOOC”的教學模式外，強化實踐教學也是《數字電路》課程深度改革的重要理念。基于“項目驅動+MOOC教學+翻轉課堂+仿真設計”的混合教學模式中[11]，我們為學習者呈現的教學形式、課程資源、考核評價方式等都與實踐理念密切相關。如MOOC平臺的資源下載中必備Proteus、Multisim仿真軟件；錄制和演示的短視頻均以實驗設計流程為主線；翻轉課堂的問題探討主要針對綜合實踐的項目展開；各章節的在線測試題目也不同程度地涉及實驗的相關內容；課程的結束更是以學生展示一個完整的創新作品為標志，在此過程中，學以致用在師生間已形成共識。

就交通燈電路的設計而言，學習者既需要完備的時序電路理論，更需要嚴密的數字邏輯推理及各類集成芯片、門電路的使用技巧。該電路教學設計中覆蓋的知識點包括：四進制計數器的自動計數，二-四譯碼器的交替譯碼，5進制、20進制、25進制的循環顯示，東西、南北6路信號燈（紅、黃、綠燈）的組合邏輯控制等，成功解決上述問題都需要在實驗環境下反復測試與推理。

五、課程的精細化管理

作為服務于大學生的在線視頻課程，MOOC平臺歡迎各專業學生、教學管理者、同行教師、教學督導及部分數字電路愛好者的隨機訪問。為利于學習者對課程的跟進，教學團隊需要對課程資源進行精細化管理。《數字電路》課程團隊每周都會定期發布視頻、試題、實驗、綜合項目的內容，指定明確的作業提交時間，并及時給予評價與反饋。而學習者也可以實時查詢課程的階段性成績，如圖2所示，以便加強其自我管理和自我評價。

由此，基于《數字電路》的深度教學模式已形成閉環。就教學團隊而言，首先需要進行教學的前端設計[12]，即完成課程模塊的分解、項目的設計、知識點的梳理、教學內容的拼接；其次需要發布教學資源（視頻、實驗內容、項目說明等），安排學習的進度和設置時間節點；再次需要進行翻轉課堂的教學組織，指導學生的實習實踐；最后對提交的課程報告定期評價、過程驗收等。對學習者而言，其線上、線下學習活動[13]如圖3所示，以每周的實踐項目為主線，各類學習活動有序銜接、依次展開。

圖2 某學生在MOOC平臺中的學習進度及成績表現

圖3 MOOC學習者的線上線下活動流程

六、結論

目前，基于MOOC平臺的《數字電路》課程體系與教學理念已趨于完善，在以項目驅動為主線，以視頻、測試題、實驗指導、項目說明為主要教學資料，以翻轉課堂為輔助形式，以綜合設計能力為教學目標的深度教學模式中，課程團隊仍然面臨很多的考驗。我們將在項目的優化、案例庫的完備、視頻授課的技巧、翻轉課堂的知識深度等方面持續推進，以探索《數字電路》課程教學相長的長效發展機制。