提升“數字電子技術”課程線上直播教學效果的探討

鄧濤　朱明強

[摘 要] “數字電子技術”是一門電子信息類專業的技術基礎課，其主要特點是理論與實踐緊密結合。為了提升“數字電子技術”及其類似課程的線上直播教學效果，要做好線上直播教學的宣傳工作;優化設計教學流程、PPT、課堂練習和思考題，為線上教學做好充分準備;通過多提問、增強互動，及時回顧和總結知識點、梳理知識體系，加強仿真實驗和演示實驗，著力提高在線課堂教學質量;通過課后練習、章節作業、習題課以及考核評估，強化學生綜合運用所學知識分析和解決復雜工程問題的能力。

[關鍵詞] 數字電子技術;線上教學;教學效果

[作者簡介] 鄧 濤（1983—），男，陜西寶雞人，博士，北京交通大學電子信息工程學院電子科學與技術系副主任，北京交通大學國家工科基礎課程電工電子教學基地副主任，副教授，主要從事微納傳感器與系統研究;朱明強（1984—），男，云南大理人，博士，北京交通大學電子信息工程學院國家電工電子實驗教學示范中心工程師，主要從事精密傳感器及無線傳感器網絡研究。

[中圖分類號] G642? ? ? [文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）12-0133-04? ? [收稿日期] 2020-09-20

一、引言

“數字電子技術”是電子信息類專業的一門技術基礎課，核心內容是數字邏輯電路與系統的分析和設計，理論與實踐緊密結合。長期以來，該課程主要以課堂講授和課內實驗的線下教學方式開展。雖然筆者參與建設的“數字電子技術基礎”慕課（MOOC）課程屬于國家精品在線開放課程[1]，但一直以來僅作為線下教學、線上線下混合式教學的教輔資源使用。新冠肺炎疫情的突然暴發和常態化防控，使得線上教學迅速成為2020年春季學期的主要教學方式。線上教學主要有“錄播+線上答疑”形式和“直播+線上答疑”兩種形式形式（以下簡稱直播）。考慮到“數字電子技術”的課程性質和學生對線上教學的適應性，本課程選擇了線上直播的形式開展教學。教學平臺以具有錄制和復播功能的騰訊課堂為主，以騰訊會議、中國大學MOOC平臺、微信群為輔。通過一個學期的學習、探索、實踐和持續改進，本課程線上直播教學取得了較好的教學效果，總結一些經驗和方法，以期為“數字電子技術”及類似課程的線上直播教學提供借鑒。

二、切實做好線上直播教學的宣傳工作

雖然遠程教學、線上直播教學的概念由來已早，近幾年視頻課程、MOOC課程也獲得了較大的發展[2，3]，但是“數字電子技術”這種理論與實踐緊密結合、難度較高的工科“硬課”完全采用線上直播教學畢竟是第一次。不論是授課教師還是學生，對于這種新的教學模式難免有疑慮甚至抵觸情緒，因此需要在開課前借助微信群等平臺做好充分的宣傳工作。

第一，線上直播教學打破了傳統課堂教學在時空上的局限，是疫情等特定條件下的“滿意解”。第二，線上直播教學提供了豐富、優質、可重復播放的學習資源，形式、風格多種多樣，可滿足學生個性化、多元化的學習需求。第三，線上直播教學從某種程度上講，也是培養學生形成自主學習習慣、意識和能力的好機會，有助于改善傳統課堂過分倚重教師的授課方式，這與“以學生為中心”的教育理念在一定程度是契合的。正如清華大學校長邱勇教授所言，“毫無疑問，疫情過后基于校園的傳統教育模式將發生深刻變化”[4]，與其疑慮和排斥，不如敞開心扉，大膽嘗試和探索這種新的教學模式。

除了做好宣傳工作之外，教師和學生還應做好線上直播教學平臺的相關培訓，熟練使用平臺的分組、討論、共享等各種功能，以免教學效果打折扣。

三、精心準備線上直播教學資料

針對線上課堂較難實現師生互動，不能實時把控課堂狀況等，需要在課前精心做好以下準備工作。

1.認真鉆研教學內容，把握重難點，優化設計教學流程。比如，線上教學時學生一直盯著屏幕，注意力集中的時間有限，這就要求教師在進行教學設計時盡可能避免長篇大論，最好將一個大問題細化為若干個小問題，分節講授。

2.合理設計PPT，特別是動畫。“數字電子技術”課程的核心內容是數字邏輯電路分析和設計，涉及大量的電路圖、波形圖、狀態轉換圖（表）、真值表、態序表、邏輯表達式等。電路圖結構復雜，包含的元器件種類和數目較多，即使是同一電路，在不同時序條件下其輸出結果也可能不同。線下教學中，教師在講授PPT時，隨時可以借助黑板對學生有疑問的局部電路進行“放大”剖析，對中間過程進行詳細推導。而線上直播教學時，將屏幕在PPT和電子白板之間切換較麻煩，并且在電子白板中畫電路圖和輸入公式非常費時，最好的解決方法是將所有待講授內容都納入PPT。這就對PPT的設計提出了更高的要求：第一，要對學生可能出現疑問的地方進行預判，并做好解答預案;第二，電路分析和設計的過程要一步一步展示出來，步驟清楚、結構完整，避免一股腦兒展示最終結果。合理利用PPT中的動畫功能有助于實現上述要求。

3.精心設計課堂思考題和練習題。線下課堂教學時，教師可以通過眼神、表情等與學生進行交流來實時判斷學生對教學內容的理解和掌握情況，而線上直播教學時這一重要的師生交流途徑被斬斷了。這就要求教師必須通過其他的途徑來實時獲取學生的學習狀況，最簡單有效的方式就是提問和練習（隨堂測試）。因此，需要在備課時精心設計合適的思考題和練習題，原則是小而精，避免大而繁、長時間打斷授課流程。

除此之外，最好提前將下次課的學習目標和資料通過微信群、網絡課程平臺等發送給學生，如MOOC視頻鏈接、電子版教材等，讓學生學有目標，預習有抓手，提問有思考。

四、理論與實驗相結合，提高線上直播教學質量

教師在線授課時，為了切實提高教學質量，需要特別做好以下三方面工作。

1.多提問，增強互動。如前所述，線上直播教學與線下課堂教學最大的不同點在于師生不能面對面交流和互動。這種情況可能會導致以下幾個問題：其一，教師肢體語言的缺失增加了學生理解問題的困難;其二，教師難以實時掌握學生的學習狀況，甚至不知道學生是否在聽課;其三，互動的減少使得教師授課的節奏和速度加快。這幾個問題相耦合，線上直播教學很容易變成老師越講越快、自娛自樂的“單口相聲”，學生一個地方沒聽懂或是思路沒跟上就掉隊了。要改善這種情況就要多提問，增強師生交流和互動。首先，要鼓勵學生多提問。學生和教師的認知和思維存在差異，很多時候教師認為的難點對學生而言可能并非難點;相反的，教師認為很簡單、一筆帶過的內容可能會讓學生產生疑問。因此，學生提問是最重要的教學反饋，通過它可以精確定位學生的疑問所在，讓授課變得有的放矢。可以鼓勵學生有疑問時打斷教師講授、隨時提問，也可以在結束一小段教授后鼓勵學生集中提問。其次，授課教師要多提問。教師提問一方面可以實時掌握學生的學習狀況，另一方面有考勤的功效，可以督促學生認真聽講。可以提問個別同學，也可以向全班提問讓學生搶答，還可以采用隨堂測試的方式提問。提問要事先做好準備，針對重難點或是學生理解容易出現偏差的地方提問。此外，可以考慮將提問和互動納入課程平時成績。

2.及時回顧和總結，梳理知識體系。每次課以回顧上次課的主要內容、重難點為開始，進而通過已學知識適用范圍的局限性等問題導入本次課的內容。按照“是什么、為什么、做什么”組織課程教學，突出教學重點，化解教學難點。教師通過闡述“是什么”，讓學生明晰知識點的本質內容;通過講解“為什么”，分析該知識點的來龍去脈，讓學生明了知識點之間的內在關系，形成有機的知識體系;通過示例“做什么”，加深學生對原理和概念的深刻理解，學以致用。針對每一種電路，不僅要講清楚其概念、結構、參數和工作原理，更要結合該電路的應用背景、發展歷程，通過與功能或結構類似電路的對比與分析，歸納總結該電路的特點和適用范圍。例如，在講授觸發器電路時，由同步RS觸發器抗干擾能力弱，引出主從RS觸發器;進而由主從RS觸發器的輸入有約束條件，引出輸入無約束條件的主從JK觸發器;再由主從JK觸發器要求激勵信號維持不變的時間較長，引出抗干擾能力更強的邊沿JK觸發器。層層深入、環環相扣，一方面使學生形成完整、有機的知識體系;另一方面通過帶領學生重溫觸發器發展的歷程，使學生領略科學技術不斷探索、突破、前進的魅力，學習科研創新的方法，培養創新思維能力。

3.加強實驗，特別是仿真實驗和演示實驗。

“數字電子技術”是一門理論與實踐緊密結合的課程，數字電子世界遠比書本上介紹的豐富多彩，合理地設置課內實驗可以激發學生的學習興趣，加深對理論知識的理解，培養學生分析和解決復雜工程問題的能力。由于時空的阻隔，線上直播教學無法讓學生親自到實驗室觀摩和開展實驗，這時如果有口袋實驗室是最好的，學生可以隨時隨地開展簡單的數字電路實驗。如果沒有口袋實驗室等硬件條件，則可以利用Multisim、Protel DXP等仿真與設計軟件開展數字電路仿真實驗，這對于學生理解抽象的電路原理和功能是極其有用的[5]。實際上，仿真已經成為數字電路設計和實現必不可少的一個步驟。比如，我們可以通過仿真來熟悉555型集成時基電路的工作原理，也可以通過仿真來設計一個任意模制計數器。在仿真實驗之外，如果教師能將同學們設計好的電路在實驗室中實現，并將實驗過程和結果錄制為視頻，在網絡直播課堂上演示就更好了。通過在課程教學中穿插仿真實驗和演示實驗，可以實現理論與實踐的緊密結合，切實提高課堂教學效果。

五、強化課后練習和考核評估，提高學生活學活用能力

課后練習和考試是“數字電子技術”學習中一個不可缺少的重要環節，是檢查和鞏固學習效果的重要手段和必要形式。優化設計課后練習和考核評估的內容和方式、方法，有利于提高學生活學活用所學知識分析和解決復雜問題的能力。

1.借助SPOC平臺，每節課后安排練習和討論。小規模限制性在線課程SPOC（Small Private Online Cource）支持線上線下相結合的混合式學習，以及對學生學習過程的管理[6]。課后練習不同于章節作業，主要考查和幫助學生鞏固基本概念與知識點，兼有考勤的功能，因此要求題目少且難度低。討論題目主要用于引導學生辨析基本概念和知識點的深層次內涵，探究其應用，激發學生的創新思維。設計合理的題目并適當引導討論，可以有效增強學生之間、師生之間的互學互動，形成“你爭我趕”、積極向上的學習氛圍。例如，在筆者負責的“數字電子技術”SPOC課程中，我們設計了“為什么說邏輯函數的真值表和最小項表達式具有唯一性”“與TTL門電路相比，CMOS門電路的優點有哪些”等討論題，學生參與討論的次數可達百余次。

2.定期安排作業和線上答疑。除了每節課后的練習，每個章節結束后需要安排一些綜合性的習題，培養學生活學活用所學知識分析和解決復雜問題的能力。在做作業的過程中，學生不可避免地會遇到各種各樣的問題，特別是線上直播教學時很多問題不易被發現，這時線上答疑和習題課就顯得尤為重要。建議先通過騰訊會議或騰訊課堂等平臺進行共性問題集中講解，再通過提問和點評對個性化問題進行解析。

3.線上考試。考試作為檢驗學習結果的重要手段，在“數字電子技術”課程教學中也是必不可少的一個環節。由于視頻監考等手段存在一定的局限性，線上考試過程中可能會出現借助于網絡作弊的問題，比如網上查詢答案、拷貝同學電子答案等。為了杜絕此類問題的發生，建議考試采用開卷的形式進行，最重要的是考試題目的設計要強調主觀性、開放性，以數字電路分析與設計題目為主，避免死記硬背、答案唯一的客觀性強題目。例如，在“數字電子技術”課程期末考試中筆者設計了這樣一道題目，“請利用觸發器和基本門電路設計一個序列碼檢測器，當輸入101碼時，對應最后一個1，電路輸出為1，否則輸出為0”。該題目按照是否可檢測重疊碼、采用何種觸發器進行分析和設計，可以有10余種答案，充分考查學生活學活用所學知識分析和解決復雜問題的能力。線上考試，考前要做好考試紀律學習、宣傳工作，引導學生簽訂考試誠信個人承諾書;考試中要求學生手寫答卷，每張答卷在中間寫出個人姓名、班級、學號等信息;考試后通過拍照上傳考卷。

六、總結

在常態化疫情防控背景下，在線教學逐漸成為與線下教學并行的教學方式。通過課前做好宣傳和教學設計，課上加強交互、優化教學方法、理論聯系實驗，課后勤加練習、合理進行考核評估，可以有效提高“數字電子技術”及其類似課程的線上直播教學質量。

參考文獻

[1]黃亮，侯建軍，劉穎，等.北京交通大學數字電子技術基礎慕課建設[J].課程教育研究，2018（7）：246.

[2]閆曉梅，高文華，王志社.基于MOOC的“數字電子技術”翻轉課堂教學研究[J].電氣電子教學學報，2017，39（1）：102-105.

[3]常敬先，趙媛，劉延飛.基于MOOC的“數字電子技術”課程線上線下混合教學模式研究[J].專業與課程建設，2020（8）：33-37.

[4]曲田.清華大學發起全球大學特別對話 共商新冠疫情下在線教育合作與發展[EB/OL].（2020-04-25）[2020-08-25].https：//news.tsinghua.edu.cn/info/1002/78492.htm.

[5]臧利林，徐向華，魏愛榮.“數字電子技術基礎”混合式教學方法研究[J].電氣電子教學學報，2020，42（2）：99-103.

[6]楊晶晶，劉延飛，慕曉剛，等.“數字電子技術”課程SPOC實踐探析[J].電氣電子教學學報，2020，42（2）：56-59.

Abstract： Digital Electronic Technology is a technical basic course of electronic information major. Its main characteristic is the close combination of theory and practice. In order to improve the teaching effect of live online teaching of Digital Electronic Technology and other similar courses， we should first do a good job in the publicity of online live teaching; secondly， we should optimize the design of teaching process， the PPT， the classroom exercises and questions， so as to make full preparation for online teaching; furthermore， we should timely review and summarize the knowledge points， sort out the knowledge system， and strengthen the simulation experiments and demonstration experiments， focusing on improving the quality of online teaching by raising more questions and enhancing interactions; finally， through after-school exercises， chapter assignments， exercise classes and assessments， we can strengthen students comprehensive ability to analyze and solve complex engineering problems.

Key words： Digital Electronic Technology; online teaching; teaching effect