?基于建構主義學習理論的模塊化電子技術實驗裝置

廉玉欣 侯云鵬 侯博雅 史庚蘇 吳建強

摘? 要 基于建構主義學習理論，結合模塊化設計思想，設計電子技術實驗裝置，不僅解決了傳統實驗箱經常出現的接觸不良、接插件損壞等問題，而且具有易于操作、性能穩定、通用性好、安全可靠等優點。該裝置有利于全開放、自主學習式實驗教學模式的開展，有助于提高實驗系列課程的教學質量和學生實驗技能水平。

關鍵詞 建構主義學習理論;電子技術;實驗裝置;自主學習

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）10-0125-03

Abstract Based on constructive learning theory and modular design idea， an electronic technology experimental device is designed， which not only solves the problems of loose contact and damage of?connectors in traditional experimental device， but also has the advan-tages of easy operation， stable performance， good universality， safetyand reliability. The device is conducive to the development of open and self-learning experimental teaching mode， and helps to improve the teaching quality of experimental courses and experimental skills for student.Key words constructive learning theory; electronic technology; experimental device; independent study

1 引言

基于建構主義學習理論的模塊化電子技術實驗裝置是哈爾濱工業大學國家級電工電子實驗教學中心電子學實驗室的重要硬件平臺，承擔國家級精品課程、國家級精品資源共享課——電工電子實驗系列課程中的模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗等八門實驗課程的硬件實驗，每年有近3000名學生來該實驗室進行實驗，年均約八萬人時數。

基于建構主義學習理論的模塊化電子技術實驗裝置，既可以整體組成一套完整的模擬、數字電子技術實驗平臺，也可以根據學生自身需求，分離成個性化的實驗項目平臺。不僅解決了傳統實驗箱經常出現的接觸不良、接插件損壞等問題，而且更加有利于全開放、自主學習式實驗教學模式的開展，保證了電工電子實驗系列課程的教學質量，提高了學生電工電子實驗技能水平。

2 建構主義學習理論

建構主義學習理論是在瑞士心理學家讓·皮亞杰（J.

Piaget）的結構主義理論基礎上創立的。皮亞杰認為，兒童自身的知識是由兒童與周圍環境相互作用的過程中逐漸建構的[1]。其后，慢慢衍生出建構主義學習理論的一般化觀點：學習是獲取知識的過程，是在一定情境下，借助他人的幫助而實現的意義建構過程[2]。建構主義學習理論和建構主義學習環境強調以學生為中心，不僅要求學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者，而且要求教師要由知識的傳授者、灌輸者轉變為學生主動建構意義的幫助者、促進者。在建構主義學習環境下，教師和學生的地位、作用和傳統教學相比，已經發生很大變化。這就意味著教師應當在教學過程中采用全新的教學模式、全新的教學方法和全新的教學設計思想，摒棄以教師為中心、單純強調知識傳授、把學生當作知識灌輸對象的傳統教學模式[3]。傳統高等教育的灌輸式教學，學習主體和客體之間缺乏有效的相互作用。

早在2006年，胡曉光教授就提出基于建構主義的電子技術課程教學模式，將課程重點與難點以問題探究的形式給出，教師以此進行課程導論，激發學生學習的積極性，引導學生自主建構學習平臺，變被動學習為主動研究，從而達到提高學習質量的目的[4]。此外，他也提到這樣的教學模式必須要有相應的軟、硬件環境配套，才能達到預期的效果。

國內一些學者分別在2010年和2013年提出將建構主義學習理論應用于模擬電子技術實驗教學，并給出具體的實驗項目實施方案和步驟，但是沒有將該理論應用到數字電子技術實驗中[5]。

3 模塊化的電子技術實驗裝置的教學應用

模塊化電子技術實驗裝置? 與傳統意義的模擬、數字電子技術實驗箱不同，模塊化的電子技術實驗裝置由基礎平臺和35種子模塊組成。子模塊可分為模擬實驗單元模塊、數字實驗單元模塊和拓展模塊三類。

1）基礎平臺。基礎平臺為多孔插件底板，相當于一塊大的面包板;采用塑料材質，能夠兼容所有單元模塊，不帶電氣連接。

2）模擬實驗單元模塊。模擬實驗單元模塊包括電阻排、電容排、二端元件、三端元件、電位器、電源模塊、直流可調電源模塊、功率三極管、集成插座模塊等10類共計17種模塊。學生根據實驗需求，將電阻、電容、集成運算放大器、穩壓管等元件安放到對應模塊上。

3）數字實驗單元模塊。數字實驗單元模塊包括十位邏輯電平輸出模塊、十位邏輯電平顯示模塊、共陰數碼管驅動電路、脈沖源、數碼管等七類共計10種模塊，可實現邏輯電平輸入、邏輯電平顯示、時鐘脈沖信號、數碼顯示等功能。

4）拓展模塊。拓展模塊包括揚聲器、蜂鳴器、LED顯示、轉換接口、復位按鈕、開關、直流風機、功能擴展模塊等八種模塊。功能擴展模塊提供熱敏電阻、光敏電阻、溫度傳感器、整流橋、繼電器、穩壓管、駐極體話筒、發光二極管等元件。

模塊化的電子技術實驗裝置可以整體組成一套完整的模擬、數字電子技術實驗平臺，如圖1所示。學生也可以根據實驗要求，利用子模塊在基礎平臺上建構自己個性化的實驗電路，如圖2所示。

實際教學應用

1）滿足多個專業和課程的教學要求。該裝置能夠貼近實際教學，應用于實驗教學環節，滿足不同專業不同課程的教學要求：面向電類專業和非電類專業本科生開設“模擬電子技術實驗”“數字電子技術實驗”“電工學實驗”“電子線路實驗”“電工與電子技術綜合實驗1、2、3”“數字邏輯實驗”等實驗課程;面向全校碩士研究生開設一門創新實驗課程“高級電子技術綜合實驗”，可開設“電子儀器儀表的綜合應用”“共射基本放大電路的研究”“集成運算放大器的應用”“波形發生電路”“水溫控制系統”“時序邏輯電路的應用”“組合邏輯電路及其應用”等42個實驗項目。

2）建立個性化、多樣性的實驗教學內容。模塊化的電子技術實驗裝置有利于開展個性化、多樣性的實驗教學內容研究，可以讓學生根據自己的知識結構，在該裝置上建構獨具特色的實驗電路和解決方案，充分調動學習的積極性和主動性，發揮實驗的創造潛力，從而更加有利于培養創造型高素質人才;可應用于不同類型、不同層次的實驗教學，實驗教學環節涵蓋驗證性、設計性、綜合性、啟發性、創新性不同層次。多層次、多類型實驗教學內容，突出學生個性化的培養，有助于學生掌握科學方法，提高學生實驗操作技能。

3）促進教學方法與教學模式的改革。基于該裝置，面向學生自主學習能力培養，開設自主設計型實驗教學模式。這種實驗模式要求學生自主構思、策劃、安排、完成、總結一個科學實驗的全過程，可以是對應理論課中某一個特定章節的內容，也可以是幾個章節內容的綜合，但核心是這個實驗必須是學生自己“想”出來并完成的。該裝置能夠滿足自主設計實驗題目的多樣性以及實驗方案的發散性，有助于提高學生的動手能力和實踐能力。

重新編寫模擬電子技術實驗和數字電子技術實驗教學大綱，進一步夯實全開放、自主學習式實驗教學模式;并在高等教育出版社出版實驗教程一部，用于電類專業本科生的實驗教學。

4 建構主義學習環境的構建

建構主義學習環境將軟、硬件有機結合，運用現代信息技術，優化實驗教學網絡管理系統，為學生營造全開放的實驗教學環境[6]。

硬件環境建設

1）電子學實驗室更新了56套模塊化的電子技術實驗裝置。

2）升級電工電子實驗教學中心的服務器，擴充校園網用戶訪問中心網站的數量。

3）建立虛實結合遠程在線仿真實驗室，共40臺套。

軟件環境建設

1）利用“愛課程網”國家級精品資源共享課平臺、高等教育出版社數字課程平臺以及國家級電工電子實驗教學示范中心網站，實現協同共享，并結合實驗室的硬件資源，為學生的自主學習創造多樣化的學習環境。

2）優化實驗教學網絡管理系統，更新預考核試題，提供方波、三角波發生電路等10個虛實結合遠程在線仿真實驗項目。通過這些實驗，學生可在進入實驗室之前，就已經掌握實驗操作流程和基本要求，有助于學生自主學習能力的培養。

3）采用文本、圖片、動畫、仿真、視頻、Flash等方式，建立完備的實驗教學管理資源庫，包含儀器儀表的使用視頻課件、實驗操作視頻、教學錄像、實驗注意事項視頻課件等教學資源。

由于實驗課程的特殊性，為了更加清晰細致地多角度、多方位詮釋實驗講授和操作全過程，借鑒MOOC建設思路，以知識點為牽引，編寫實驗教學課件，撰寫教學錄像腳本，設計教學錄像環節，錄制實驗教學微視頻41個。這些經過精心設計、反復雕琢的實驗教學錄像，能夠較好地反映實際實驗操作的全過程，實用性強，易于學生自主學習。圖3所示為矩形波發生電路實驗微視頻。

5 結語

哈爾濱工業大學電子學實驗室從2016年開始實施基于建構主義學習理論的模塊化電子技術實驗裝置，迄今已經運行近兩年，總體效果良好。實驗室充分利用國家級精品資源共享課平臺、高等教育出版社數字課程平臺和國家級電工電子實驗教學示范中心網站，實現多平臺協同共享，構建建構主義學習環境，配合模塊化的電子技術實驗裝置，踐行學校“以學生為中心、學生學習與發展成效驅動”的教育理念，有利于推進素質教育，培養學生創新精神和實踐動手能力。

參考文獻

[1]Jonassen D. Constructivism and Computer-Mediated Communication in Distance Education[J].The American

Journal of Distance Education，1995，9（2）：7-26.

[2]蔣俊正.建構主義學習理論指導下的電子信息課程“慕課”教學探討[J].教育教學論壇，2015，3（12）：168-169.

[3]晏湧.建構主義學習理論在模擬電子技術實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2013，30（9）：159-161，169.

[4]胡曉光，王建華.建構主義的學習理論在電子技術教學中的應用[J].華北航天工業學院學報，2006，16（z1）：32-34.

[5]管飚.用建構主義理論改革模擬電子技術實驗教學[J].阜陽師范學院學報：自然科學版，2010，27（1）：76-78.

[6]吳建強，李琰，廉玉欣.全開放、自主學習模式下的實驗教學體系與內容的構建[M]//Proceedings of 2013 Inter-

national Conference on Education and Teaching，

2013（23）：479-484.