新工科背景下數(shù)字邏輯電路教學(xué)改革探索與實(shí)踐

林純 陳娟 王建平 姚娟 王亞芳

摘? 要 立足數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)現(xiàn)狀，闡述新工科背景下，基于在線開(kāi)放平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)改革措施：在布置學(xué)生課下結(jié)合微視頻自學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行課堂授課，組織學(xué)生針對(duì)具體課題進(jìn)行課堂分組討論匯報(bào)，開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。接著介紹課程考核方法改革的具體措施，并通過(guò)比較課程改革前后學(xué)生成績(jī)的變化，列表展示改革取得的成效。最后分析教學(xué)方法改革中仍存在的問(wèn)題及補(bǔ)充措施，為該課程的持續(xù)建設(shè)指明方向。

關(guān)鍵詞 新工科;數(shù)字邏輯電路;在線開(kāi)放平臺(tái);微視頻;翻轉(zhuǎn)課堂

Abstract On the basis of introducing the current teaching situation of digital logic circuit course， the measures of teaching reform on digital logic circuit course based on online open platform under the background of ?new subject? are expounded in this paper， which contains： on the basis of arranging studentsknowledge points self-study combined with micro-video after class， classroom teaching is carried out， students are organized to group discussion on specific topics in class， or to reverse classroom teaching. Then the concrete measures for the reform of course assessment methods is introduced. By comparing the changes of studentsscores before and after the curriculum reform， the results of the reform are shown in a list. Finally， the existing problems and supplementary measures in the reform of teaching methods are analyzed， which points out the direc-tion for the sustainable construction of the course.

Key words new engineering; digital logic circuit; online open platform; micro video; flipped classroom

1 引言

世界范圍內(nèi)，無(wú)論是新經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命，都對(duì)高等工程教育的變革發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)。新的挑戰(zhàn)不僅要求從戰(zhàn)略高度創(chuàng)新高等工程教育的理念，推動(dòng)高等工程教育的學(xué)科專業(yè)和人才培養(yǎng)模式建設(shè)，積極開(kāi)展相關(guān)政策的研究，更為重要的是，還要求重新認(rèn)識(shí)高等工程教育的本質(zhì)和內(nèi)在發(fā)展規(guī)律[1]。以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，要求綜合性大學(xué)加快培養(yǎng)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)急需人才，主動(dòng)布局、面向未來(lái)，培養(yǎng)出以理科為基礎(chǔ)的工科人才需具有新工科的特點(diǎn)[2]。

新工科為工程教育的理論和實(shí)踐探索提供了一個(gè)全新的視角，也對(duì)高等工科教育設(shè)定了“培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”的戰(zhàn)略目標(biāo)[3]。如何培養(yǎng)新經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展迫切所需的新型工科人才，成為高等工科教育面臨的亟待解決的問(wèn)題。南通大學(xué)作為一所綜合性大學(xué)，對(duì)新工科的研究與實(shí)踐等問(wèn)題都提上議程，而電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)作為一個(gè)“資深”的工科專業(yè)，在通過(guò)國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)證后，也在積極研究如何培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新工科人才的問(wèn)題。

數(shù)字邏輯電路課程具有工程實(shí)踐性強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜、教學(xué)方法多樣、課程內(nèi)容分化等特點(diǎn)，是電子、電氣類以及信息技術(shù)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課前必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)核心課程。該課程的設(shè)置在課程體系中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，與后續(xù)要學(xué)習(xí)的模擬電子技術(shù)、單片機(jī)原理以及微機(jī)原理等專業(yè)課程都密切相關(guān)。目前，很多高校都在致力于數(shù)字邏輯電路相關(guān)課程教學(xué)的改革和建設(shè)工作[4]。董玉冰等提出相關(guān)課程混合式創(chuàng)新教學(xué)方法，運(yùn)用該方法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性，適合新工科背景下創(chuàng)新工程教育[5]。賈紹芝等提出引進(jìn)現(xiàn)代科技手段、翻轉(zhuǎn)課堂等多種方法，以提高學(xué)生的課堂參與度，通過(guò)引入探究式研討、課程設(shè)計(jì)等方法，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考、動(dòng)手實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力[6]。這些方法都取得良好的教學(xué)效果。還有很多教師積極建設(shè)相關(guān)課程的在線開(kāi)放平臺(tái)，并將在線資源的學(xué)習(xí)作為教學(xué)的必要環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)變了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)模式，也取得顯著效果。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

在過(guò)去的六年里，南通大學(xué)電氣工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的數(shù)字邏輯電路課程經(jīng)過(guò)了一個(gè)連續(xù)建設(shè)的過(guò)程。原作為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)被調(diào)整為獨(dú)立授課實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師原則上安排數(shù)字邏輯電路理論課的授課教師，以適應(yīng)授課過(guò)程的連續(xù)性和互補(bǔ)性。面對(duì)課時(shí)少、授課內(nèi)容多的矛盾，教師在教學(xué)過(guò)程中除了幫助學(xué)生積累數(shù)字邏輯電路的理論基礎(chǔ)知識(shí)外，還致力于提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)，適應(yīng)課程發(fā)展的要求。

2017年，為適應(yīng)教學(xué)形勢(shì)的變化，數(shù)字邏輯電路課程組教師合力在愛(ài)課程網(wǎng)上建成江蘇省在線開(kāi)放課程。課程組教師合理分工，將課程教學(xué)內(nèi)容劃分成若干授課知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)制作PPT，錄制微視頻，以供學(xué)生在線學(xué)習(xí)。同時(shí)在愛(ài)課程網(wǎng)上設(shè)立與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的作業(yè)題、測(cè)試題和考試題，以檢測(cè)學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)掌握情況。在線開(kāi)放平臺(tái)同時(shí)設(shè)置作業(yè)題、測(cè)試題的在線批改和反饋功能，學(xué)生可以從互相批改作業(yè)的過(guò)程中加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也可以從反饋結(jié)果中修正對(duì)知識(shí)點(diǎn)的錯(cuò)誤理解，大大方便了課下學(xué)習(xí)。

在線開(kāi)放平臺(tái)建設(shè)的同時(shí)，課程基本知識(shí)點(diǎn)的詳解也都可以從網(wǎng)上獲得，而課堂環(huán)節(jié)卻缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，任課教師或結(jié)合開(kāi)放平臺(tái)的基本知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容安排教學(xué)，或仍然采用原有的方式教學(xué)。這些課堂教學(xué)方式不能適應(yīng)教學(xué)的長(zhǎng)期發(fā)展，需要課程組教師集中精力，探索改革課程的教學(xué)方式。

3 課程教學(xué)和考核方法改革的探索與實(shí)踐

為了在數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)中提高課堂的利用率，最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，課程組集中討論了整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)教學(xué)大綱，結(jié)合在線開(kāi)放平臺(tái)的具體知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，有的放矢，統(tǒng)一規(guī)劃課堂內(nèi)容，使得課堂環(huán)節(jié)起到為學(xué)生建立知識(shí)體系服務(wù)的穿針引線的作用。同時(shí)，課程組教師也結(jié)合在線開(kāi)放平臺(tái)的成績(jī)統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)課程考核方法改革作了討論，制定了新的考核方法。

課程教學(xué)方法改革? 根據(jù)教學(xué)大綱的要求，教師結(jié)合教學(xué)總學(xué)時(shí)，分章節(jié)確定具體的教學(xué)形式、分配學(xué)時(shí)。如針對(duì)“第一章 數(shù)字邏輯概論”，由于該章主要介紹數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路的基本概念、特點(diǎn)及表示方法等內(nèi)容，而關(guān)于這些基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，在線開(kāi)放平臺(tái)上已能完整查閱，教師在課堂上針對(duì)知識(shí)點(diǎn)設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生在課下規(guī)定的時(shí)間內(nèi)查閱相關(guān)微視頻內(nèi)容自學(xué)，而在下一課堂對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況進(jìn)行形式靈活的反饋考查。這種教學(xué)形式既節(jié)約了課堂時(shí)間，又能有效地引導(dǎo)和督促學(xué)生在課后自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，還能在反饋環(huán)節(jié)了解學(xué)生的掌握情況，及時(shí)給出對(duì)應(yīng)的修正和補(bǔ)充措施。

針對(duì)“第四章 組合邏輯電路”，教師在引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)微視頻掌握了組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法后，在課堂上給定一個(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)課題，組織學(xué)生分組討論并匯報(bào)具體的設(shè)計(jì)方法。學(xué)生就會(huì)把微視頻的內(nèi)容和設(shè)計(jì)課題聯(lián)系起來(lái)，設(shè)計(jì)具體的電路。在討論和匯報(bào)過(guò)程中，教師可以根據(jù)學(xué)生的具體表現(xiàn)，給出課堂表現(xiàn)成績(jī)，并判斷出整體知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，進(jìn)行后續(xù)的指導(dǎo)。

針對(duì)“第六章 時(shí)序邏輯電路”，借助翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行以設(shè)計(jì)課題為導(dǎo)向的教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂是將知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化顛倒了的教學(xué)方法，課下進(jìn)行知識(shí)傳授，課內(nèi)進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化。教師在課前給出具體的設(shè)計(jì)課題，要求學(xué)生在課前自主規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)節(jié)奏，通過(guò)觀看微視頻、資料，帶著任務(wù)進(jìn)行課題的分組討論和設(shè)計(jì)，課上則在教師的主導(dǎo)和引導(dǎo)下進(jìn)行課題設(shè)計(jì)匯報(bào)。學(xué)生間的分組討論設(shè)計(jì)，有別于師生間的教學(xué)交流，學(xué)生更了解初學(xué)者對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握的難點(diǎn)和注意點(diǎn)，切入點(diǎn)更能讓學(xué)生理解，分組討論則有助于知識(shí)點(diǎn)掌握和運(yùn)用質(zhì)量的整體提高。而課堂匯報(bào)的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變了學(xué)生的主被動(dòng)角色，經(jīng)自己主動(dòng)展示的內(nèi)容，必定經(jīng)過(guò)多次的研究和學(xué)習(xí)，能增進(jìn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式能讓學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中鍛煉新工科人才所需的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)一定的工程設(shè)計(jì)能力和素養(yǎng)，同時(shí)能幫助提高表達(dá)能力和交流能力。

課程考核方法的改革? 根據(jù)教學(xué)大綱的規(guī)定，數(shù)字邏輯電路的考核成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)按3：7組成。在引入在線開(kāi)放平臺(tái)后，課程組完善了課程的過(guò)程性考核環(huán)節(jié)，以充實(shí)平時(shí)成績(jī)的含金量。在“第六章 時(shí)序邏輯電路”教學(xué)完成后，布置與之內(nèi)容緊密相關(guān)的大作業(yè)，讓學(xué)生在兩周內(nèi)自主完成。學(xué)生需要在充分研究課題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)電路、選用軟件仿真調(diào)試，最后寫(xiě)大作業(yè)匯報(bào)作業(yè)過(guò)程和結(jié)果，分析遇到的問(wèn)題并得出結(jié)論，提出改進(jìn)措施。教師則根據(jù)學(xué)生大作業(yè)的實(shí)施情況、設(shè)計(jì)情況和分析問(wèn)題的深度給出大作業(yè)成績(jī)。

最終，平時(shí)成績(jī)由課堂表現(xiàn)、線上單元作業(yè)、線上單元測(cè)試、期中測(cè)試和大作業(yè)按2：2：2：3：1組成，具體如表1所示。其中，每章線上單元作業(yè)成績(jī)由學(xué)生間網(wǎng)上互批得來(lái)。在規(guī)定的作業(yè)完成日后，系統(tǒng)給每份作業(yè)隨機(jī)分配五名批閱的學(xué)生以得到五份批閱成績(jī)。最終，該章作業(yè)的成績(jī)由這五份批閱成績(jī)?nèi)サ糇罡叻趾妥畹头趾笃骄玫健６€上單元作業(yè)的總評(píng)成績(jī)是由各章作業(yè)成績(jī)按學(xué)時(shí)比重加權(quán)平均后得到的。每章線上單元測(cè)試成績(jī)由系統(tǒng)根據(jù)事先輸入的標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)給出，而線上單元測(cè)試總評(píng)成績(jī)就是各章線上單元測(cè)試的平均成績(jī)。

4 實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)廣大師生的高度參與，數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)和考核方法改革已在南通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)踐一個(gè)學(xué)期，對(duì)學(xué)院16級(jí)和17級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)各隨機(jī)選一個(gè)班級(jí)的數(shù)字邏輯電路期末總評(píng)成績(jī)進(jìn)行對(duì)比。同是引入在線開(kāi)放平臺(tái)教學(xué)，16級(jí)學(xué)生采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，17級(jí)學(xué)生采用改革后的教學(xué)方式，如表2所示，對(duì)比顯示，17級(jí)學(xué)生的期末成績(jī)明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學(xué)方式的16級(jí)學(xué)生。可見(jiàn)，數(shù)字邏輯電路教學(xué)和考核方法改革取得實(shí)效。

5 教學(xué)方法改革中仍存在的問(wèn)題及補(bǔ)充措施

改革后的數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)和考核方法在南通大學(xué)電氣工程學(xué)院實(shí)施了一個(gè)學(xué)期，取得一定的成效，但實(shí)施過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題。

1）有一部分學(xué)生仍然依賴于教師課堂手牽手地引導(dǎo)學(xué)習(xí)，還需要多方努力引導(dǎo)其課后自學(xué)微視頻內(nèi)容、消化知識(shí)點(diǎn)、進(jìn)行相關(guān)課題的設(shè)計(jì)。

2）有一部分學(xué)生雖然能適應(yīng)教學(xué)方法的改變，在教師的指導(dǎo)下順利學(xué)習(xí)，但有限的表達(dá)能力往往制約著其課堂表述和討論的環(huán)節(jié)，最終影響其課堂表現(xiàn)成績(jī)。

3）分組討論和翻轉(zhuǎn)課堂的模式使得課堂氣氛活躍，而涉及課堂表現(xiàn)得分、量分公平的問(wèn)題會(huì)受到教師主觀因素的影響。具體的量分標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)一步細(xì)化，并引入學(xué)生的反饋意見(jiàn)。

4）翻轉(zhuǎn)課堂需建立在充分準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生雙方都要投入大量精力做準(zhǔn)備工作，因而在實(shí)施中，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)只適合占總學(xué)時(shí)的一部分，而不能完全替代教師授課，翻轉(zhuǎn)課堂比例需根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況因人制宜。教師需用開(kāi)放、發(fā)展的態(tài)度對(duì)待翻轉(zhuǎn)課堂的問(wèn)題，每年總結(jié)各專業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn);課程組討論下一屆的實(shí)施細(xì)節(jié)，并在實(shí)踐過(guò)程中實(shí)時(shí)討論、調(diào)整實(shí)施方案。

5）在線開(kāi)放平臺(tái)上的微視頻資源是有限的，并未列盡大綱要求的所有知識(shí)點(diǎn)，后期仍需進(jìn)一步補(bǔ)充和建設(shè);在線開(kāi)放平臺(tái)上還需增加問(wèn)題庫(kù)，對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題給出標(biāo)準(zhǔn)答案，輔助學(xué)生自學(xué)時(shí)解惑;另外為了方便在線溝通，還需建立師生間、學(xué)生間友好方便的網(wǎng)上交流通道，設(shè)定在線討論時(shí)間，確保在討論時(shí)間里有教師在線答疑。

6 結(jié)語(yǔ)

在線開(kāi)放平臺(tái)被引入數(shù)字邏輯電路課程教學(xué)，起到積極的作用。課堂教學(xué)方法和考核方式的改革，必將使得網(wǎng)上教學(xué)資源得到更充分的應(yīng)用，課堂環(huán)節(jié)發(fā)揮更重要的作用，學(xué)生能力得到多方面的提升。數(shù)字邏輯電路離一門(mén)成熟的課程還存在差距，還需要課程組教師通力合作，持續(xù)進(jìn)行課程的改革和完善工作。

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