計(jì)算機(jī)專業(yè)“模擬電子技術(shù)”課程混合式教學(xué)模式的探索

任波 趙利國 豆夢如 劉丹

摘要：“模擬電子技術(shù)”是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)本科學(xué)生必修的一門學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容比較抽象，學(xué)生普遍感到難學(xué)。該文針對課程教學(xué)中存在的問題，通過對混合式教學(xué)模式的探索，以提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，打造優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)氛圍，注重學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，達(dá)到本課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù);混合式教學(xué);線上線下

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）33-0204-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

“模擬電子技術(shù)”是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)本科學(xué)生必修的一門學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。在我校計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院不同專業(yè)有不同的課程設(shè)置，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中與電路結(jié)合為“電路與模擬電子技術(shù)”，在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)與電路和數(shù)字電子技術(shù)結(jié)合為“電工電子技術(shù)”，在通信工程專業(yè)單獨(dú)設(shè)置。大綱中該課程不僅要求學(xué)生掌握模擬電子系統(tǒng)的基本原理和方法，而且要求學(xué)生具備實(shí)際模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)的能力，對學(xué)生的要求非常高，而教師也感到難教，采用單一的課堂教授手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀。

1 模擬電子技術(shù)課程現(xiàn)狀

模擬電子技術(shù)課程一般是在學(xué)生學(xué)過電路課程后學(xué)習(xí)的，學(xué)生在學(xué)習(xí)電路時(shí)，由于有之前學(xué)過的歐姆定律及其簡單應(yīng)用的知識(shí)，且身邊也有較多的電路例子提供給學(xué)生，學(xué)生相對感覺比較直觀。而模擬電子技術(shù)課程知識(shí)點(diǎn)瑣碎，所研究的半導(dǎo)體電路又是學(xué)生從來沒有接觸過的。更重要的是，模擬電子技術(shù)的電路多與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，所使用的分析計(jì)算方法也較學(xué)生之前所積累的研究問題的方法所不同，學(xué)生很容易產(chǎn)生迷惑，繼而失去學(xué)習(xí)動(dòng)力，甚至最后放棄的情況。課堂教學(xué)多采用多媒體技術(shù)相結(jié)合，教師進(jìn)行板書的時(shí)間越來越少，學(xué)生幾乎沒有思考和記憶的時(shí)間，學(xué)習(xí)變得越來越枯燥。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，學(xué)生從認(rèn)識(shí)上就比較輕視，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生多數(shù)認(rèn)為今后主要是與程序軟件打交道，輕視對硬件知識(shí)的學(xué)習(xí)，對硬件學(xué)習(xí)有抵觸心理，認(rèn)為沒有用處，在實(shí)驗(yàn)過程中，每個(gè)小組基本只有一人在做，其他人只是在看。即便去做，也只是在模仿老師的實(shí)驗(yàn)過程，沒有主動(dòng)進(jìn)行思考，只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不重視實(shí)驗(yàn)過程和原理，且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也有不準(zhǔn)確情況，學(xué)生更加加深了所學(xué)內(nèi)容比較陳舊，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法達(dá)到預(yù)期效果。根據(jù)當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀，提出通過對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，并采用混合式教學(xué)模式，在教學(xué)實(shí)踐中提高了該課程的教學(xué)效果。

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

模擬電子技術(shù)課程內(nèi)容較多，以童詩白、華成英所著《模擬電子技術(shù)》為例，共分十章。其知識(shí)結(jié)構(gòu)可歸納為半導(dǎo)體技術(shù)，放大電路分析，集成運(yùn)放應(yīng)用，信號(hào)的處理和直流電源的功能五部分。每部分之間互相銜接，而初學(xué)者很難把握到其相互聯(lián)系，知識(shí)點(diǎn)瑣碎。

從對半導(dǎo)體的認(rèn)識(shí)，到放大電路的分析，再到集成電路的應(yīng)用，課程內(nèi)容形成了一套連貫的體系。學(xué)生在一開始接觸半導(dǎo)體器件內(nèi)部載流子的分析，就產(chǎn)生了對半導(dǎo)體知識(shí)的排斥，而對之后所學(xué)的針對放大電路的分析采用的“估算法”，更是顛覆了一直以來精確計(jì)算結(jié)果的基本常識(shí)，再往后學(xué)生接觸到的各種越來越復(fù)雜的實(shí)際電路，使得學(xué)習(xí)難度進(jìn)一步加大。

課程教學(xué)應(yīng)以應(yīng)用為中心，減少對半導(dǎo)體器件內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)特征的學(xué)習(xí)。對放大電路的分析是模擬電路學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，應(yīng)詳細(xì)講述。通過對放大電路建立交、直流通路，并在此基礎(chǔ)上分別采用不同的分析方法，建立了一套對模擬電路研究的標(biāo)準(zhǔn)。以這種標(biāo)準(zhǔn)，在之后的分壓式偏置電路采用了同樣的分析方法。要讓學(xué)生知道，為什么選取了這一系列的電路作為學(xué)習(xí)內(nèi)容，以及是怎么從放大電路轉(zhuǎn)入集成運(yùn)算電路的，使學(xué)生能夠從工程的角度進(jìn)行思考和處理問題。理解在處理現(xiàn)實(shí)電路的定性分析和定量分析，定性分析較為枯燥，但卻是一切分析的前提和基礎(chǔ)，對定量分析中無法精確問題的研究方法，這點(diǎn)在集成電路中也有相關(guān)實(shí)例，可作為重點(diǎn)講解。信號(hào)的處理和直流電源部分是與現(xiàn)實(shí)電路緊密相關(guān)的知識(shí)，但內(nèi)容過多，以目前常用的64學(xué)時(shí)無法全部講授，應(yīng)選擇應(yīng)用性較強(qiáng)，較典型的電路，如電壓比較器、整流、濾波電路等，根據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)特色進(jìn)行取舍，注重分析方法的建立，減少對類似電路的重復(fù)分析;注重在弱電設(shè)計(jì)中常用電路的學(xué)習(xí)，減少強(qiáng)電作用的電路分析。

3 混合式教學(xué)模式的探索

目前的課堂改革通常是通過線上線下進(jìn)行全方位立體式教學(xué)，學(xué)生通過課前的視頻學(xué)習(xí)，對將要學(xué)到的知識(shí)有一個(gè)初步自學(xué)的過程，然后帶著問題進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)。這種效果初衷是好的，但是受限于學(xué)生課下時(shí)間不足，加上部分學(xué)生自學(xué)能力不足，很容易產(chǎn)生挫敗感，進(jìn)而對課堂的學(xué)習(xí)失去興趣。因此僅僅借助在線視頻和線下課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)是不夠的，應(yīng)該使用更多的教學(xué)手段提高學(xué)生線下學(xué)習(xí)的興趣。充分發(fā)揮混合式教學(xué)模式一步步提高學(xué)生主動(dòng)自學(xué)的能力和學(xué)習(xí)的積極性。

3.1 線上視頻預(yù)習(xí)

不能否認(rèn)，隨著各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立，在線學(xué)習(xí)已經(jīng)成為學(xué)生自學(xué)的主要途徑，而大量的線上視頻也提供給學(xué)生自學(xué)的眾多選擇。尤其在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的背景下，信息技術(shù)與教育教學(xué)逐漸融合，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)概念性知識(shí)或操作方法，還可以完成老師布置的各類任務(wù)。

但目前較多是通過任課教師自己建立的教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，內(nèi)容與上課所教重復(fù)，學(xué)生積極性不高。因此，可以不必刻意指定學(xué)生在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的選擇，采用多種教學(xué)平臺(tái)的授課內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，更加有利于學(xué)生之間的討論，只要是和當(dāng)前所學(xué)習(xí)的內(nèi)容相關(guān)，都應(yīng)視為課前的預(yù)習(xí)。針對線上視頻的選擇，任課教師應(yīng)給出建議，并安排每次視頻的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)內(nèi)容以知識(shí)點(diǎn)的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，既節(jié)省了預(yù)習(xí)的時(shí)間，也能使學(xué)生對所學(xué)有一個(gè)提綱式的架構(gòu)。教師自己建立的共享課程除必要視頻外，要更多提供知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)資料，作業(yè)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及單元自測試卷，并采用公開打卡積分，設(shè)立排行榜，對積分排行較高的學(xué)生可以在平時(shí)分中加分。逐漸營造一種競爭學(xué)習(xí)的良好環(huán)境，提高學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

3.2 課堂學(xué)術(shù)交流

在課堂教學(xué)中可以引入學(xué)術(shù)交流環(huán)節(jié)，讓學(xué)生與老師，學(xué)生與學(xué)生之間進(jìn)行視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容的討論。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)問題，如：模擬電路都有從哪些方面進(jìn)行抗干擾的，學(xué)生之間根據(jù)線上視頻和線下課堂學(xué)習(xí)都可以學(xué)到相關(guān)內(nèi)容，互相討論可以喚起之前學(xué)過的記憶，一方面可以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行線上視頻學(xué)習(xí)的動(dòng)力，另一方面也可以使學(xué)生在線下學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生之間進(jìn)行學(xué)習(xí)。在討論過程中，教師的角色為組織者和引導(dǎo)者，盡量不干預(yù)學(xué)生的討論話題，使學(xué)生能夠從被動(dòng)學(xué)習(xí)的壓力中解放。

課堂的學(xué)術(shù)討論能夠給學(xué)生帶來良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，也是鍛煉學(xué)生今后不斷學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。討論內(nèi)容雖然由教師指定，但也允許學(xué)生自由發(fā)揮，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，只要和模擬電子技術(shù)相關(guān)皆可。可以提高學(xué)生之間的交流，有利于獲得多方面的知識(shí)。討論地點(diǎn)盡量不安排在教室，陌生的環(huán)境能夠使學(xué)生對所討論的內(nèi)容更加專注，也能使學(xué)生站在實(shí)踐的角度看待問題，而不是以在校的學(xué)生角色。每次討論要安排有記錄員，對所討論內(nèi)容進(jìn)行記錄，并在討論之后進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生能更加清楚討論的效果，之后反饋給教師，教師對討論成果進(jìn)行評定。良好的課堂討論的設(shè)計(jì)不但能有效提高學(xué)習(xí)氣氛，也能避免學(xué)生的線上學(xué)習(xí)流于應(yīng)付。

3.3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是將教學(xué)內(nèi)容設(shè)置成一個(gè)或多個(gè)具體任務(wù)，將知識(shí)點(diǎn)隱含在任務(wù)之中，同時(shí)幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)共同體，使之通過自主學(xué)習(xí)探究、掌握知識(shí)，繼而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是任務(wù)的選擇，既要能與當(dāng)前所學(xué)知識(shí)緊密聯(lián)系，又能在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)，對教師有一定要求。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)越往后學(xué)越不明白所學(xué)的知識(shí)有什么用，使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)可以使學(xué)生對所學(xué)知識(shí)有整體上的認(rèn)識(shí)，清楚知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，減少瑣碎知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。

模擬電子技術(shù)課程是一門是現(xiàn)實(shí)緊密相連的學(xué)科，所學(xué)的眾多電路模型都是在現(xiàn)實(shí)中存在的電路，學(xué)生一直以來所學(xué)知識(shí)過于理論，養(yǎng)成了元器件和電路“理想化”的思維，而本課程從基本放大電路開始，為了減少干擾，以及使放大效果更加優(yōu)良，電路一步步進(jìn)行了改進(jìn)，這些對學(xué)生來說都比較抽象，學(xué)生最后不得不死記硬背，對每一個(gè)電路的學(xué)習(xí)變成了背公式，無形加大了學(xué)習(xí)的難度。對待這個(gè)問題，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生站在設(shè)計(jì)者的角度看待放大這一問題，而不僅僅是去被動(dòng)分析，比如在進(jìn)行差動(dòng)放大電路的學(xué)習(xí)時(shí)，在講到如何把溫度對電路的影響降到最小，學(xué)生紛紛根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在最后得知科學(xué)家是通過使用對稱電路把溫度進(jìn)行相互抵消時(shí)，無不俯首稱贊，在之后的對差動(dòng)放大電路的分析學(xué)習(xí)中產(chǎn)生了濃厚的興趣。

3.4 課內(nèi)外實(shí)踐

理論教學(xué)與課堂討論雖然能夠培養(yǎng)學(xué)生較好的基礎(chǔ)知識(shí)，但對于模擬電子技術(shù)中一些抽象的知識(shí)，比如對放大電路的動(dòng)態(tài)分析，采用微變等效電路的理解多數(shù)學(xué)生還是停留在死記硬背電路的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生驗(yàn)證其正確性和局限性，從原理上理解這種處理方式。在實(shí)驗(yàn)上，有進(jìn)行實(shí)物的實(shí)驗(yàn)臺(tái)和采用Multisim仿真軟件兩種選擇，這兩種各有優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠接觸到元器件的實(shí)物，對元器件的大小，參數(shù)，方向和連接都有比較形象的印象，但由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)經(jīng)常由于不當(dāng)操作產(chǎn)生各種問題，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往不夠準(zhǔn)確，且實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)目不能滿足每一位同學(xué)都能親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即便能夠親自做，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上多數(shù)線路已經(jīng)布好，學(xué)生只能進(jìn)行信號(hào)源設(shè)置和輸入輸出的測量，對理解電路基本沒有幫助。軟件仿真可以彌補(bǔ)這些問題，且在今后的工作中都是采取進(jìn)行電路的仿真設(shè)計(jì)。結(jié)合兩種實(shí)驗(yàn)方式，應(yīng)以軟件仿真為主，在授課過程中可以給學(xué)生多看一些實(shí)物，兼顧虛擬和現(xiàn)實(shí)。

除了課上的實(shí)驗(yàn)，要多給學(xué)生機(jī)會(huì)接觸生活中的模擬電路，比如穩(wěn)壓電源，使學(xué)生感受到模擬電路的強(qiáng)大功能，并要針對課堂授課內(nèi)容講解在生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生明白理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的不同，使學(xué)生明白在目前的工藝水平和計(jì)算精度下，諸如進(jìn)行估算法，等效電路法的可行性，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

4 總結(jié)

在信息技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，學(xué)生對新形式的學(xué)習(xí)興趣不斷高漲，混合式教學(xué)提供了線上和線下各種學(xué)習(xí)途徑，我們應(yīng)多利用多媒體時(shí)代各種技術(shù)手段給學(xué)生營造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，減少學(xué)生對課堂被動(dòng)學(xué)習(xí)的依賴。混合式教學(xué)還能夠給予學(xué)生全方位的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，使學(xué)生對所學(xué)知識(shí)不僅知道理論，也知道實(shí)際情況下的處理方法，對于今后進(jìn)一步從事模擬電路設(shè)計(jì)相關(guān)的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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