“雙一流”背景下混合式教學(xué)探究與實踐
——以模擬電子技術(shù)課程為例

黃 曌，龍永紅，梁建華，賀正蕓，胡久松

（湖南工業(yè)大學(xué) 軌道交通學(xué)院，湖南 株洲 412007）

模擬電子技術(shù)作為電子信息、自動控制類的專業(yè)基礎(chǔ)課程，既有理論分析，又有具體實踐，對后續(xù)科目的學(xué)習(xí)影響深遠。它不僅要求學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)方面的基本理論知識，同時還對學(xué)生的電路分析、設(shè)計及實際應(yīng)用能力提出較高的要求。此外，在2018 年教育部提出的“雙一流”建設(shè)背景下，一流人才培養(yǎng)與專業(yè)課程建設(shè)的創(chuàng)新融合成為建設(shè)“雙一流”的重要環(huán)節(jié)。基于此，本課程團隊對所承擔(dān)的模擬電子技術(shù)課程在教學(xué)內(nèi)容和體系建設(shè)等方面進行優(yōu)化和改進，結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)推行了線上線下混合式教學(xué)模式，并應(yīng)用于2020 年度模擬電子技術(shù)教學(xué)中，作為“雙一流”背景下的專業(yè)課程建設(shè)及教學(xué)模式改革初探。

一、混合式教學(xué)的特色及優(yōu)勢

（一）引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，強化學(xué)生主體地位

教師課前線上發(fā)布教學(xué)目標(biāo)，推送教學(xué)資料，引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)，熟悉基本概念和基本分析方法。

學(xué)生可不受任何時間地點限制，通過慕課、教學(xué)課件、微視頻等學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件及電路設(shè)計原理，了解教學(xué)內(nèi)容，并利用碎片化時間自主完成題庫中的習(xí)題加以鞏固，發(fā)現(xiàn)自身薄弱環(huán)節(jié)。因模擬電子技術(shù)授課對象為全院所有專業(yè)學(xué)生，并且教學(xué)進度緊湊，僅依賴傳統(tǒng)課堂講解難以保證教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，而課前引導(dǎo)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了學(xué)習(xí)前移，調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識和責(zé)任感，有利于學(xué)生針對性發(fā)現(xiàn)自身存在的問題，提升學(xué)生對理論課堂的期望值。此外，教師可利用教學(xué)平臺提供的數(shù)據(jù)對學(xué)生自主預(yù)習(xí)過程中的問題進行搜集提煉，為設(shè)計課堂教學(xué)方案提供導(dǎo)向。

（二）理論實驗結(jié)合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力

將多層次實驗手段引入教學(xué)，加深學(xué)生對理論知識的理解和消化，并激發(fā)自身創(chuàng)新思維，培養(yǎng)其工程應(yīng)用的能力。結(jié)合理論授課內(nèi)容，首先引導(dǎo)學(xué)生采用虛擬軟件進行建模仿真探索，分析結(jié)果；再完成實際硬件電路設(shè)計和儀器設(shè)備實驗實操，對仿真結(jié)果進行分析驗證，使學(xué)生更深入地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容。仿真軟件的引入打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中設(shè)備儀器和時間、空間的限制，成為理論教學(xué)的又一有力支撐，通過“虛實結(jié)合”的手段為學(xué)生開辟了實操課堂外的實踐探索道路，培養(yǎng)學(xué)生從不同的角度去思考問題，形成電路設(shè)計理念。

（三）多元考核機制，促進教學(xué)實施效果

提出包含理論考試、課后作業(yè)、小組討論、課堂測驗、仿真綜合考試、實驗實操、考勤等項目在內(nèi)的線上線下混合式多元考核機制，其中理論考試采用線下筆試方式進行，以考核工程應(yīng)用中模擬電路的理論分析為主要內(nèi)容；課后作業(yè)、小組討論、課堂測驗、考勤為平時過程考核，以學(xué)習(xí)平臺所導(dǎo)出數(shù)據(jù)為支撐；仿真綜合考試與實驗實操為實踐考核，以設(shè)計解決方案并分析驗證的能力為考核目標(biāo)。相比傳統(tǒng)的考核方式，課程團隊采用的該套考核機制從多維度對學(xué)生的綜合能力進行考察，針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程提出量化性指標(biāo)，突出學(xué)生的平時投入，從而督促其正視自身的主體角色，主動完成每一項任務(wù)，有效改善教學(xué)實施效果。

二、線上線下混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

為緊密銜接“雙一流”建設(shè)的人才培養(yǎng)理念，課程團隊提出模擬電子技術(shù)課程教學(xué)目標(biāo)如下。

目標(biāo)1：通過學(xué)習(xí)半導(dǎo)體二極管、BJT 三極管、場效應(yīng)管、運算放大器等電子器件的基本知識，能夠?qū)τ缮鲜銎骷M成的模擬電路建立模型，并進行分析和參數(shù)計算。

目標(biāo)2：通過學(xué)習(xí)放大電路的反饋、頻率特性及濾波電路等基本知識，能夠?qū)π盘柼幚眍I(lǐng)域的工程問題進行分析和參數(shù)計算。

目標(biāo)3：針對模擬信號的放大、濾波、隔離及信號變換等工程問題，能設(shè)計解決方案，進行器件選型，能采用軟件仿真及實驗進行驗證和測試。

在持續(xù)幾年的學(xué)情分析調(diào)查及課程改革基礎(chǔ)上，課程團隊逐步形成了配套的教學(xué)方案設(shè)計，從2020 年秋季學(xué)期開始采用以學(xué)生自主和創(chuàng)新思維培養(yǎng)為核心，資源多樣化、指導(dǎo)個性化、考核過程化的混合式教學(xué)模式，線上線下兩個渠道緊密配合并貫穿教學(xué)全過程，有效銜接課前準(zhǔn)備、課堂授課、課后反饋三個階段，其設(shè)計構(gòu)架如圖1 所示。

圖1 混合式教學(xué)模式框架設(shè)計

（一）課前準(zhǔn)備

課程團隊依托超星學(xué)習(xí)通平臺建立學(xué)生信息庫，線上布置課前教學(xué)任務(wù)，發(fā)布教學(xué)目標(biāo)，并完成教學(xué)資料及proteus 仿真軟件的上傳和自測題庫、單元習(xí)題等模塊的創(chuàng)建。此外，有機融合國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等高校提供的模擬電子技術(shù)慕課資源，引導(dǎo)學(xué)生“個性式、自主式、討論式”完成課前預(yù)習(xí)任務(wù)，鼓勵學(xué)生思考問題，并基于proteus 構(gòu)建電路模型驗證二極管、三極管等半導(dǎo)體器件的特性及放大電路的功能。以BJT 放大電路特性為例，學(xué)生預(yù)習(xí)時可在proteus 軟件中搭建共射放大電路，如圖2 所示，通過調(diào)節(jié)電位器RV1 實現(xiàn)靜態(tài)工作點Q 在負載線上的移動，從而控制放大電路輸出電壓處于正常放大、飽和失真和截止失真三種狀態(tài)，學(xué)生在仿真中能夠?qū)o態(tài)影響動態(tài)的概念建立直觀認識，體會到合適的Q 點是放大電路正常工作的前提，在此基礎(chǔ)上所進行的動態(tài)分析才有意義。另外，通過教學(xué)平臺，學(xué)生還可同步記錄下學(xué)習(xí)過程中較為薄弱的部分，與教師進行互動交流。

圖2 BJT 共射放大電路仿真模型

（二）課堂授課

利用超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等平臺進行線上考勤，課中剖析、解答教學(xué)內(nèi)容中的重難點，針對學(xué)生在課前反饋的問題進行針對性解惑，梳理相關(guān)的知識體系，適當(dāng)將理論知識進行拓展，并采用虛擬軟件對特定電路進行仿真演示。在訓(xùn)練學(xué)生正確分析、設(shè)計模擬電路的思維方法的基礎(chǔ)上，采用案例教學(xué)，一方面給學(xué)生介紹相關(guān)模擬電路的產(chǎn)生背景，及在各行業(yè)現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的應(yīng)用，開拓學(xué)生的視野；同時提供一些實際工程應(yīng)用中的電子系統(tǒng)設(shè)計樣例為參考，激發(fā)學(xué)生興趣，逐步引導(dǎo)學(xué)生研究和創(chuàng)新，并鼓勵學(xué)生課外自學(xué)相關(guān)知識。此外，如圖3 所示，教師可通過雨課堂同步發(fā)布隨堂測驗、分組討論等課堂任務(wù)，并實時接收平臺反饋的數(shù)據(jù)，了解學(xué)情。學(xué)生通過手機參與考勤及課堂活動，以獲得相應(yīng)的平時成績積分。

圖3 雨課堂發(fā)布隨堂測驗

為進一步鞏固理論課教學(xué)改革效果，緊跟“雙一流”學(xué)科建設(shè)的步伐，學(xué)院充分整合實驗室資源，提供元器件、面包板、萬用表、示波器、直流穩(wěn)壓電源、兆歐表、信號發(fā)生器等各類所需設(shè)備，為學(xué)生創(chuàng)造了良好的實驗環(huán)境和硬件條件。模擬電子技術(shù)實驗課程開設(shè)18 課時，采用項目教學(xué)和分組模式，在教師適度指導(dǎo)下，學(xué)生2 人一組，合作完成包含二極管伏安特性、BJT 管放大電路、MOSFET 管放大電路、集成運放的應(yīng)用、正弦波產(chǎn)生電路、有源濾波電路等6 個實驗項目。以BJT 管放大電路為例，學(xué)生在面包板上完成如圖4 所示的共射放大電路設(shè)計及制作，上電測試輸出電壓，如圖5 所示，記錄數(shù)據(jù)、波形并保存實驗成果，若輸出有誤則分別按照直流通路和交流通路進行故障排除。

圖4 BJT 共射放大電路設(shè)計

圖5 BJT 共射放大電路波形

除考勤、實驗成果、實驗報告等常規(guī)項目，教師對學(xué)生實驗過程中所展現(xiàn)的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、知識運用能力和解決問題能力進行全面評估。為保證學(xué)生有充足的時間和設(shè)備完成實驗，學(xué)院為學(xué)生提供開放的實驗條件，允許學(xué)生通過預(yù)約方式在非上課時段進入實驗室進行項目設(shè)計和制作，從而為學(xué)生在創(chuàng)新研究和自主思考方面的培養(yǎng)提供了極大的優(yōu)勢。

（三）課后反饋

為保證教學(xué)效果，督促學(xué)生及時實現(xiàn)所學(xué)知識的內(nèi)化和遷移，學(xué)生課后需完成指定習(xí)題及仿真實驗，章節(jié)作業(yè)通過教學(xué)平臺發(fā)布并設(shè)定在一周期限內(nèi)完成提交。此外，學(xué)生還可通過雨課堂回顧課堂教學(xué)內(nèi)容，也可與教師互動交流，反饋問題，教師通過QQ、微信、超星教學(xué)平臺等及時完成線上答疑。為了讓學(xué)生充分發(fā)揮自主性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)其獨立思維，以及將所學(xué)電路理論知識靈活運用于實際的技能，教師團隊新增了仿真綜合考試項目，此項目旨在收集各電子類競賽題目為來源，指定電路功能，由學(xué)生完成電路模塊設(shè)計，并通過proteus 仿真軟件驗證其可行性，有能力的學(xué)生可進一步用硬件電路完成實驗驗證；或借鑒一些有價值的電子電路，由學(xué)生自行拓展題目和研究內(nèi)容，做到自主創(chuàng)新。完成仿真或?qū)嶒灪螅璨捎醚芯空撐牡膶懽鞣绞剑喢鳌⒕珳?zhǔn)地闡述設(shè)計思路、實驗步驟、實驗結(jié)果和結(jié)論，為培養(yǎng)學(xué)生的科研寫作能力打下一定基礎(chǔ)。

教學(xué)結(jié)束后，教師匯集線上平臺所提供相關(guān)數(shù)據(jù)（含考勤、隨堂測驗、分組討論、課后習(xí)題等），及線下測評成績（含理論考試、仿真綜合考試、實驗實操、實驗報告等），采用多元過程化考核機制完成學(xué)生的綜合考核測評，并發(fā)布問卷進行教學(xué)效果調(diào)查，全方位掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況及需求，為及時改良調(diào)整教學(xué)模式提供重要依據(jù)。

三、線上線下混合式教學(xué)實施效果

線上線下混合式教學(xué)模式實施一個學(xué)期后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，絕大部分學(xué)生能夠按照教師要求進行課前預(yù)習(xí)，且課堂氛圍活躍，學(xué)生參與小組討論積極性高，逐步建立了主動學(xué)習(xí)、重視過程的意識。從綜合考核測評結(jié)果來看，學(xué)生目標(biāo)1、目標(biāo)2 達成情況良好，目標(biāo)3的達成度略顯不足，但相比以往采用傳統(tǒng)線下教學(xué)模式的效果而言有顯著進步，證明學(xué)生在設(shè)計復(fù)雜電路、解決實際工程問題方面有較大改善，這仍需要在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中不斷積累強化。

為了全面了解學(xué)生對混合式教學(xué)模式的評價，課程團隊對全體學(xué)生進行了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，學(xué)生對該混合式教學(xué)模式及過程化考核機制予以了充分支持和肯定。此外，教學(xué)團隊也調(diào)查了教學(xué)過程中學(xué)生存在的困難情況，以便深入了解學(xué)生需求，具體見表1。由結(jié)果可知，55.0%的學(xué)生認為自己能聽懂，但無法獨立完成軟硬件電路的設(shè)計，這與上述考核測評結(jié)果一致，對比往年該選項的學(xué)生比例（>75%），證明在學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面有明顯提升。37.5%的學(xué)生表示因?qū)W期同步開設(shè)課程太多，為模擬電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)帶來阻礙；另有20.0%的學(xué)生表示課程進度太快。以上問題可能源于本課程的課時有限，模擬電子技術(shù)課程內(nèi)容龐雜，器件復(fù)雜，一般僅開設(shè)56 課時完成教學(xué)，因而教學(xué)進度緊張幾乎是所有模擬電子技術(shù)教學(xué)團隊面臨的共性問題。為此，學(xué)院將本課程擴充為80 課時（62 理論課時，18 實驗課時），從而放緩教學(xué)進度，為學(xué)生提供更詳實深入的理論知識講解，有望幫助學(xué)生改善學(xué)習(xí)過程中的阻礙，順利達到教學(xué)目標(biāo)。

表1 學(xué)生存在的問題反饋統(tǒng)計

四、結(jié)束語

“雙一流”學(xué)科建設(shè)背景下，學(xué)生自主實踐能力和科研創(chuàng)新思維的綜合培養(yǎng)成為首要目標(biāo)，經(jīng)本教學(xué)團隊實踐，線上線下混合式教學(xué)模式改革對于學(xué)院所開設(shè)的模擬電子技術(shù)課程有明顯優(yōu)勢，其充分利用線上資源重構(gòu)知識體系，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)主體，提高了線下理論課的教學(xué)吸引力，不僅有利于調(diào)動學(xué)生自主能動性，也能督促教師提升自身教學(xué)水平。實施效果證明，該舉措在培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力、自主學(xué)習(xí)能力、科研創(chuàng)新能力等方面起到重要推進作用，適用于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，且可對學(xué)院的電子類專業(yè)課程發(fā)展建設(shè)提供一定的正面指導(dǎo)。