“即學即現”理實一體化模式下的電子技術教學探索

吳蘇 馬知遠 胡秋月

[摘 要]隨著電子技術的不斷發展，許多新器件、新電路和新方法涌現出來，在經典理論和實際應用之間出現了過渡地帶。文章將傳統教學方法與現代教育技術應用相結合，提出一種“即學即現”理實一體與隨時隨地自主實驗相結合的教學模式，通過仿真、實物演示的方式將理論知識在教學中直觀呈現，使學員對具體任務隨時隨地進行自主實驗。這種方式對教學改革和促進學生探究學習、自主學習有重大意義。

[關鍵詞]教學改革;電子技術;理實一體

[基金項目]2018年海軍工程大學教學改革項目“基于口袋實驗室的數字電路實踐教學模式改革”（NUE2019108）

[作者簡介]吳 蘇（1983—），女，江西撫州人，博士，海軍工程大學電子工程學院電子技術教研室講師，主要從事電子技術教學、目標特征檢測與信息處理研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）32-0282-03[收稿日期] 2019-12-18

一、引言

近年來，關于大學課堂教學的改革已然成為教育體制改革的核心內容，各種新型教學模式不斷走進課堂，例如微課、MOOC、翻轉課堂等。與傳統的課堂教學模式不同，“以學員為中心，突出能力培養”的教學理念，倡導學生在課下完成知識的學習，而課堂變成師生和生生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運用等，從而達到更好的教育效果。電子技術系列課程作為學科基礎必修課，是一類實踐性很強的課程，因此它的課堂互動不能被一般的翻轉討論和視頻教學模式所代替，否則容易造成理論和實踐脫節的問題。

本課題針對這一問題，提出了一種“即學即現”理實一體化的教學模式，其理念是利用便攜式集成儀器和實驗平臺，將實驗教學環節帶進課堂，使得老師在理論教學同時，即時展現實驗演示效果，學員在任何時間、任何地點進行自主實驗，通過“課上+課下”聯動的方式，幫助學員實現知識、技能、能力的遷移。

二、主要問題

（一）理論實踐不緊密，學員學習熱情不高

早期的電子技術類課程教學與工程應用之間無縫連接，學生在課堂上學習的理論知識可以立即投入工程技術的應用，解決實際問題，這使得學生的學習興趣得以激發，對學習效果有直接的促進和提升。而當今隨著電子技術飛速發展，芯片的復雜性以及研發周期日新月異，這使得院校電子技術課程教學與工程應用之間出現了“過渡區域”，也即在課堂上學習的內容純屬于基礎理論和基本方法。這個過渡區域必須靠一定的環節和措施加以填補，以滿足學員以后的專業課程學習乃至以后的工作實踐的需求[1]。

（二）實驗課時受限，學員自主探究不深入

首先，課程的實驗內容圍繞課程展開，學員課上耗費大部分時間連線、測試、記錄，獨立思考、自主設計的時間不足，學員對知識的理解浮在表面，導致一旦實驗過程出現問題，學員不知如何查找問題產生的真正原因;其次，實驗課需要儀器設備的配合，因此班次規模相對較小，如果開課班級較多，需要循環多次，所以實驗室容量及課表中可安排實驗課程時間的限制，造成理論教學和實驗教學不能即時統一，從而導致學員對知識內涵理解得不透徹，實驗效果不理想。

（三）實驗地點受限，課堂教學交互不活躍

電子技術系列課程理論教學內容較為抽象且不易理解，而能夠形象直觀展示理論原理的實驗演示受限于測量儀器設備，只能在實驗室進行教學，導致課堂教學活動受場地限制，不利于教員與學員之間的交互，影響教學效果。

三、主要思路

（一）理實一體化

理實一體化作為一種創新的教學模式，是指在同一時間、同一地點、同步進行的教學模式，課堂和實驗室為一體，理論教學教師和實踐指導教師為一體，專業理論和實踐操作為一體，讓學生有計劃地按照教師確定的課題和學習要求進行專門的理論結合實踐的一種教學模式。近代著名教育學家約翰杜威創建了以“做中學”為基本原則的實用主義教育體系，德國的“行為引導型”教學法是一種新型的職業培訓教學方法，目的是培養學生的關鍵能力，讓學生學會學習，其核心是要求學生在學習中不只用腦，而且要腦、心、手共同參與學習，提高行為能力。國外很多著名高校，如MIT、Stanford和UC Berkeley等不斷跟進數字電子技術的發展，都在基于FPGA的實驗系統上開展?？诖虵PGA開發板具有方便攜帶、成本低等優勢，因此以“口袋實驗室”為平臺開展數字電路實驗課程改革[2]。

（二）教學設計

1.以基本知識為基礎，突出知識的獲取方法與工程實踐性。在理論教學中刪繁就簡，突出主線，比如對于數字電路課程，要精講數字電路的基礎知識、基本概念、基本分析方法、硬件描述語言的基本語法和結構。不僅要注重知識的講授，還要有知識發現與發展過程的分析，強調對知識獲取方法以及工程思維的訓練。突出數字電路的工程性、應用性，并通過EDA技術進行設計驗證。依托開放式實驗體系，培養學員工程實踐觀點和動手能力。

2.以信息技術為支撐，突出虛實結合多元化教學手段。根據學員特點優化教學過程，將傳統教學方法與現代教學手段相結合，綜合運用板書、多媒體課件、虛擬仿真、網絡共享、實物演示等多種手段，變傳統的單向灌輸為和諧寬松的交互式教學。針對不同內容，靈活運用實物演示、仿真驗證、動畫演示等多種教學手段，激發學員學習興趣，采用便攜式實驗平臺，方便課前、課中、課后各個環節開展實驗，形成良好的教學互動，提高學員的學習效果和創新意識，促進教學信息化[3]。

3.以電子設計競賽為依托，突出創新能力教育和創新素質提高。在教學中加入電子制作，綜合性、設計性實驗、仿真等方法，鍛煉學員對學科知識點的整體掌握和運用，通過電子設計校賽、省賽、全國賽三級選拔和培訓活動，提高教員的教研水平，加強對學員的實踐動手能力培養。依托電子設計大賽，訓練學員，檢驗教學效果，培養學員的競爭意識、創新思維和團隊精神，促進本課程的教學。

四、主要方法

（一）即學即現，理論與實驗教學相融合

電子技術系列課程學習難點在于，學生所學的理論知識難以靈活運用，難以建立物理模型，構建知識體系，尤其在電子技術課程設計課程中。該課程要求對學員進行綜合性訓練，培養學員運用課程知識，開展綜合性設計實驗，是電子技術實踐性教學環節中的重要一環。既涉及許多理論知識（設計原理和方法），又涉及許多實踐知識與技能（安裝、調試與測量技術）。比如圍繞直流電機的工作原理開展教學活動時，由于學員對于它的應用，包括控制方法和轉速測量等方面沒有概念，單純通過硬件電路系統框圖的說明，如圖1所示，無法使得學員建立物理概念，只有將它與實物演示對應起來，利用NI ELVIS便攜式教學平臺，通過USB接口與PC連接，快速測量采集及顯示，觀察信號的傳輸和處理過程，可以結合NI Multisim采集及仿真環境實現測量及仿真，使學員逐漸從感官認識邁入理性認識[4]。

教員利用LabVIEW軟件編程實現計算機與教學平臺的連接，圖形化顯示測量方案如圖2所示，幫助學員理解可調直流電壓與電機速度控制之間的關系，效果如圖3所示。通過這種“即學即現”式教學模式，將抽象的專業理論通過課堂實驗演示的方式進行呈現，及時開展課堂互動，使其代替煩瑣的講解，有助于活躍課堂氣氛，提升教學效果。

（二）課上課下，為學員規劃自主學習路徑

隨著電子技術的迅速發展，新器件、新電路、新概念和新方法不斷涌現。教學內容既要注重經典理論的講授，又要體現電子技術的發展，以及電子技術在相關專業領域的應用[4]。在教學中注意減少理論推導，突出基礎性強、適用性強的知識點，增加廣泛使用的新器件、新技術，如大規模集成芯片、EDA技術等內容，這樣既能開闊學員的視野，又能增強學員學習的興趣。

課程內容有深有淺、有增有減，以濃縮精華;課程分理論與實驗，結構體系包含基礎知識模塊、基礎技能模塊、綜合技能模塊、能力拓展模塊，這能為學員提供廣闊的潛能發揮和創新的空間，使其具有解決工程問題的分析、論證和研究設計的能力。應從理論和實踐兩方面教學內容著手，為學員規劃學習路徑。

1.理論課要重視基礎性，強調應用性，體現軍隊特色;在內容安排上，要精選經典，加強現代，跟蹤學科前沿，引入軍事裝備中的應用實例，同時滲透交叉學科知識。圍繞核心基礎進行橫向溝通和縱向整合，幫助學員建立結構化的知識體系。突出基礎理論教學，思維方法、研究方法與核心技術應用訓練，培養學員創造性地解決問題的能力。首先，打破專業界限，在研究各專業的共同基礎和差異的基礎上，構造課程第一層次共同的基礎平臺;其次，以第一層次的基礎平臺為基礎，將分離后的其他部分內容與專業結合，作為第二層次的基礎教學內容，針對不同專業學員開展教學;再次，采用開選修課的方式增加新內容，充實第二層次教學內容，滿足不同學員與不同專業領域的迫切需求。如開設電子技術EDA、單片機技術應用等，使學員掌握本專業領域的新技術。

2.實踐環節方面，針對第一、第二層次安排相應實踐環節，實踐環節由基礎實驗、綜合設計、創新設計活動組成。重點培養學員的分析問題與解決問題的能力。

（1）基礎實驗。讓學員建立工程系統的概念，包括了解電子線路的基本技能、基本方法及基本器件，使學員能驗證基本電路，強化學員工程意識與基本操作技能，使其養成科學、規范的實驗習慣;

（2）綜合設計實驗。主要培養學員設計能力和綜合能力，使學員能綜合運用課程知識，設計完整的電子系統，使學員能熟悉理論課上的知識點;

（3）創新設計實驗。包括課程設計、畢業設計和電子設計競賽。針對不同專業不同層次的學員，分類指導，因材施教，將信息電子裝備中的典型電路引入實驗教學，進一步豐富實驗教學內容，培養學員綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，提高針對實際問題進行電子設計制作的能力，以達到創新能力及創新意識的提高。

五、結語

在整個教學過程中，均以學生為主體，通過課堂實驗演示鞏固教學內容，同時學生也可以在第一時間與理論學習同步，自行動手實踐。讓學生從被動接受變為主動學習，隨時隨地來完成課內外實驗，開展創新項目開發、課程設計、畢業設計等相關內容。這種教學模式，拓寬了實驗的時間、空間概念，既滿足了學生的學習需求，又給他們自主安排學習時間留有余地，從而培養學員主動探究的學習習慣，實現課堂有效互動，提升教學效果。

參考文獻

[1]葉朝輝，華成英，閻捷，秦儉.模擬電子技術實踐創新能力培養的探索[J].實驗技術與管理，2017，34（1）：29-32.

[2]董介春，于瑞濤，衛成兵.口袋實驗室建設與實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2017，39（3）：133-135+147.

[3]朱桂萍，王帥國，宮晨，等.電路原理智慧實驗系統的設計與實踐—以清華大學“電路原理”實驗課程為例[J].現代教育技術，2018，28（10）：107-112.

[4]余華，劉嵐，姚敏，辜雪蓮.虛—實結合實驗云平臺在“新工科”背景下的應用研究與實踐—以TIMS遠程在線實驗系統為例[J].當代教育實踐與教學研究，2020（6）：36-39.