任務(wù)驅(qū)動(dòng)式“數(shù)字電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)方法探究

航天工程大學(xué)(電子與光學(xué)工程系) 北京 懷柔 101400

“數(shù)字電子技術(shù)”課程是電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)本科學(xué)生必修的重點(diǎn)課程。作為一門理論性極強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在大學(xué)二三年級(jí)有著關(guān)鍵的承上啟下的作用。同時(shí)因?yàn)閿?shù)字電子技術(shù)課程具有邏輯性強(qiáng)、理論與實(shí)踐結(jié)合緊密等特點(diǎn)，所以實(shí)驗(yàn)課程的重要性并不低于理論課程[1]。

1 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀分析

目前，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師仍過分偏重于理論教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)不夠重視，導(dǎo)致在課堂中學(xué)生只能被動(dòng)地記憶、學(xué)習(xí)大量數(shù)字電路的基礎(chǔ)理論知識(shí)和復(fù)雜的電路邏輯公式，以及求解習(xí)題的步驟方法。缺少對(duì)實(shí)際電路的理解能力，缺少消化思考的時(shí)間，缺少對(duì)問題故障的排除手段，十分容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺乏[2]。同時(shí)，在數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)課程中，高校普遍購置選取了智能化、集成化程度較高的實(shí)驗(yàn)箱或?qū)W習(xí)機(jī)，學(xué)生只需按實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行逐步操作即可完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并不能鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新能力[3]。針對(duì)上述存在的各種問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

2 基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法設(shè)計(jì)

2.1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的含義和特點(diǎn) 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是指學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)的時(shí)候，以教師的幫助為前提，圍繞一個(gè)共同的主線任務(wù)和若干項(xiàng)子任務(wù)，以問題動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)力，積極主動(dòng)地利用各種學(xué)習(xí)資源，進(jìn)行自主探索、互動(dòng)式學(xué)習(xí)[4]。該學(xué)習(xí)方法在其他理工類課程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的教學(xué)成果。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法具備以下特點(diǎn)：

(1)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法不同于其他教學(xué)法的核心特點(diǎn)是：“以學(xué)習(xí)者為中心”，教師不再是學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，教師只起輔助指導(dǎo)的作用，學(xué)習(xí)內(nèi)容的進(jìn)展程度完全由學(xué)生掌握[5]。

(2)對(duì)教師而言，需要將講授的教學(xué)內(nèi)容通過“子任務(wù)”的形式串聯(lián)成主線“任務(wù)”，連接零散的知識(shí)點(diǎn)，方便學(xué)生自己查找、搜尋學(xué)習(xí)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)[6]。

(3)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，不但貼近學(xué)生真實(shí)思維習(xí)慣，利于學(xué)生啟發(fā)探討，同時(shí)對(duì)激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)有著重要的作用。讓學(xué)生自主、能動(dòng)地去根據(jù)“任務(wù)”需求而學(xué)習(xí)，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的“被動(dòng)學(xué)”變?yōu)楝F(xiàn)在的“主動(dòng)學(xué)”。

在“數(shù)字電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程中，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的具體體現(xiàn)就是：教師布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)作為任務(wù)，學(xué)生圍繞該任務(wù)進(jìn)行分析探究，以解決問題為動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以完成任務(wù)為目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)自主探索和互動(dòng)協(xié)作式的學(xué)習(xí)[7]。

2.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施過程 在“數(shù)字電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程中，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法采用的是“制定方案-動(dòng)手操作-教師評(píng)判”三個(gè)完成過程。不同于以往的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生按實(shí)驗(yàn)步驟逐步驗(yàn)證。而是在課前將實(shí)驗(yàn)課程涉及的相關(guān)資料提前交給學(xué)生，讓學(xué)生課下預(yù)習(xí)、自學(xué)相關(guān)知識(shí)，對(duì)需要用到的知識(shí)自行搜索學(xué)習(xí)，對(duì)可能需要的解決方案進(jìn)行查找備案。教師在課上只介紹實(shí)驗(yàn)課要完成的目標(biāo)電路，告訴學(xué)生目標(biāo)電路需要能實(shí)現(xiàn)什么功能，讓學(xué)生自己制定設(shè)計(jì)方案。在課程中以糾正學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤操作為主，通過分解復(fù)雜問題引導(dǎo)學(xué)生為輔，采取啟發(fā)、誘導(dǎo)等方式幫助學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，鍛煉學(xué)生的主動(dòng)探究能力。

以設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈控制器為例，具體要求：一個(gè)具有三種信號(hào)燈(紅、黃、綠)的十字路口交通燈控制器，車輛在主、支干道交替允許通行，東西方向?yàn)橹鞲傻溃看尉G燈亮40秒，黃燈亮5秒；南北方向?yàn)橹Ц傻溃G燈亮20秒，黃燈亮5秒。交通信號(hào)燈原理框圖如下圖2.1所示。

圖2.1 交通燈控制器系統(tǒng)框圖

(1)制定方案。學(xué)生在拿到任務(wù)的同時(shí)，會(huì)得到全部相關(guān)設(shè)計(jì)材料，如集成電路、電源、電阻等，同時(shí)會(huì)拿到設(shè)計(jì)材料的說明文檔。對(duì)于學(xué)生的挑戰(zhàn)在于制定方案。學(xué)生需要通過對(duì)已學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合判斷，對(duì)查閱的資料進(jìn)行整理分析，完成電路設(shè)計(jì)的各組成部分，包括譯碼器、定時(shí)器、脈沖發(fā)生器等的連接方式，對(duì)上述相關(guān)器件的原理資料進(jìn)行查閱學(xué)習(xí)[9]，然后對(duì)復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行細(xì)化，設(shè)計(jì)得出最終整體方案。方案如下圖2.2所示。

圖2.2 交通燈控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖

(2)動(dòng)手操作。此步驟主要由學(xué)生自行完成，學(xué)生根據(jù)自己查找學(xué)習(xí)的資料，按照自己設(shè)計(jì)的方案框圖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的各種電子元器件進(jìn)行電路搭建，并用各種儀器儀表進(jìn)行調(diào)試、檢查等。該步驟為“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵步驟，學(xué)生對(duì)目標(biāo)電路的理解程度對(duì)該步驟能否完成起著關(guān)鍵作用，此環(huán)節(jié)對(duì)教師提出了較高的要求。

該步驟的主要環(huán)節(jié)包括：器件選取、搭制電路、功能測試等。允許學(xué)生在遇到問題時(shí)自行組織小組討論，在討論中發(fā)現(xiàn)解決問題的步驟或方案。教師的主要職責(zé)是對(duì)學(xué)生遇到的關(guān)鍵問題進(jìn)行啟發(fā)式指點(diǎn)，不能直接告訴學(xué)生解決辦法。同時(shí)，在操作期間對(duì)學(xué)生不規(guī)范的操作步驟進(jìn)行糾正，并且保證學(xué)生用電、焊接等步驟的安全。

(3)教師評(píng)判。學(xué)生在設(shè)計(jì)電路的過程中，遇到挫折和困難是極為正常的，比如設(shè)計(jì)了錯(cuò)誤的方案，甚至就沒有對(duì)目標(biāo)電路的功能進(jìn)行劃分。同時(shí)，學(xué)生的水平參差不齊也是正常現(xiàn)象，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程理解不夠深入的同學(xué)，教師也應(yīng)該給予鼓勵(lì)和適當(dāng)幫助，防止出現(xiàn)一開始設(shè)計(jì)沒有思路導(dǎo)致后續(xù)步驟全部無法完成。

對(duì)教師來說最為關(guān)鍵的是，要對(duì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)的電路和設(shè)計(jì)流程予以肯定，同時(shí)給予啟發(fā)性的提示判斷[10]。比如學(xué)生在設(shè)計(jì)電路流程中，發(fā)現(xiàn)某個(gè)部分無法實(shí)現(xiàn)，教師可以提示用其他設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)學(xué)生想要的功能。

3 結(jié)論與討論

為了更好地培養(yǎng)電子類專業(yè)技術(shù)人才，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)效率，提出了該教學(xué)方法。通過在課程中應(yīng)用，不僅改變了以往數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程中單調(diào)枯燥的授課模式，還提高學(xué)生了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。在“制定方案-動(dòng)手操作-教師評(píng)判”三個(gè)過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何查閱文獻(xiàn)資料、自主設(shè)計(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性，完成了預(yù)期教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)。