基于智慧課堂的線上線下混合式教學改革與實踐

汪海波　樊敏　魯世斌　楊金

摘 要：本文分析了智慧課堂線上線下混合教學模式的理論，詳細解讀了各個環節的內涵要求。以數字電子技術基礎課程為例，改革傳統教學方式，重新設計了教學各環節要素，包括教學理念、教學手段、教學模式、教學質量評價體系，并在教學中融入課程思政；以異步清零法設計計數器的內容作為具體案例，再現了其教學應用。這種教學模式在課前、課中、課后能全方位、多角度的、實時的跟蹤學生的學習進展。經過4個學期的實踐顯示，學生的成績得到了明顯的提高，教學效果明顯提升。

關鍵詞：智慧課堂；數字電路技術；混合式教學

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）04-0095-05

引言

教育變革是信息時代發展的必然產物，教育信息化、智能化作為新興教育模式的一種，正逐漸打破傳統的單一傳統課堂模式，突破“時空限制”，讓教育資源的空間得到無限延伸，強調教與學的“雙向”輸送，讓“以學生為本”的人才培養目標更全面的實現[1]。教育教學改革一直在路上，如何更全面、更高效地整合教育資源，牽引信息化教育，具體實施手段是一線教師值得深究和探討的長遠課題。

線上線下混合式教學是利用信息技術，將課堂延伸到網絡終端，在傳統課堂面對面教學的基礎上，結合網絡教學平臺的教學資源和空間，利用先進的教學工具和方法進行優勢融合的教學方式。線上線下混合式教學具有交互性、信息化、便捷化、真正服務于教學目標和課堂教學的特點，在現代高等教育教學中被廣泛應用。

數字電子技術基礎課程是電子信息類專業必修的專業基礎課程，具有數學和物理基礎知識多、邏輯思維嚴謹、應用性強的特點[2，3]。采用傳統填鴨式的教學模式教學效果差，不能滿足學生的學習需求。

本文以數字電子技術基礎課程為例，針對傳統課堂教學的痛點，深入分析線上線下混合教學的內涵，基于省級優秀在線課程、省級精品線下開放課程建設，依托“超星學習通”線上教學平臺，設計智慧課堂新型教學模式，采用線上、線下混合式教學手段，切實做到以學生為中心，提高教學質量，打造新時代的新課堂。

1 傳統課程教學痛點分析

目前傳統教學的現狀如圖1所示。教學手段以板書和ppt為主，進行教導式教學；教學內容以某本或某些教材為主，結合習題進行補充；教學模式以理論教學為主，加上少量實驗，對知識進行灌輸；考核方式采用期末理論考試為主，結合課堂考勤。

課程教學現狀造成很多的問題：（1）教學形式落后。傳統教學形式是以教師主導的講授式教學、學生被動地接受式學習的方式，互動不足，課堂氣氛沉悶，教學效果差。（2）學生內驅力不夠。學生既不知道學了這個知識點、這門課，在將來的工作和學習里有什么用，也不知道通過這門課的學習，自己具體在哪些方面的能力可以得到提升。缺乏學習熱情，沒有學習自主性。（3）線下（課堂）課時有限。本課程課時往往小于64學時，難以在有限的時間內向學生傳遞更多的前沿知識。（4）部分教學內容陳舊，跟不上時代發展。一些由于技術發展而很少使用的知識依然在教學大綱中，一些在科研與產業中廣泛應用的知識卻強調不夠。（5）理論與實踐結合不夠。理論課與實驗課是分開進行，學生缺少實踐機會。（6）考核模式單一。學生成績主要由期末的閉卷考試決定，過程性考核不夠全面且缺乏監督體系，不能更好地調動學生積極性。

2 基于智慧課堂的線上、線下混合式教學分析與改革設計

針對傳統教學中存在的上述問題，需要進行較為徹底的改革?；谥腔壅n堂，的線上、線下混合式教學是變革的一個方案。是結合現代電子信息技術，將教學涉及的各個環節進行改變。如圖2所示，列舉出了6個方面，包括教學理念、教學內容、教學手段、教學模式和教學質量評價，每個方面都有相應的變革要求。需要注意的是，線上、線下混合式教學，不能獨立的把線上和線下割裂開來，他們是教學技術進步下的教育觀念的轉變和提升，是有機的整體和統一，為切實做到實現課程的“高階性”和“創新性”而服務[4，5]。

針對這些方面，需要深入分析其內涵，詳細討論教學過程中的每個環節的含義和要求。

2.1 教學理念的轉變

作為理工科的基礎課程，如何更好地以學生為中心，提高學生學習興趣，內化所學知識，在“知其然，更知其所以然”的學習過程中追尋探索精神和創新精神[6]，是課程組一直以來的目標和改革理念。

堅持立德樹人，深入貫徹執行以學生為中心的根本宗旨，鼓勵師生既要追求真理、善于學習，又要勇于實踐，敢于創新的精神。以學生為中心，落實“知識、能力、情感”三位一體的教學目標。

2.2 教學內容的重構

改革需要對陳舊的知識體系和教學內容進行梳理研究，根據基礎知識和技術發展進行分類，按照知識點的難易、理論與實踐的不同，做到不同類別的知識點有針對性地制定不同教學方法，進行線上、線下兩條腿走路，改變傳統的教學模式，并做到知識點與時俱進，適合學生的學習節奏，提高學生學習的自主性和學習效率。

以異步清零法設計計數器為例，教學內容中減少小規模器件芯片的分析與設計講解，重點講解中規模集成芯片的分析與設計，著重分析清零的時機與條件，從不同角度解釋難點內容“瞬時狀態”，并讓學生自我總結異步清零法的設計規律。教學中輔助軟件仿真和實物演示，讓學生分組討論并驗證電路方案。

2.3 教學模式改革

傳統的教學模式過于單一，無法充分吸引學生的注意力，更好的理解抽象難懂的知識點。借助現代信息化教學手段，利用線上資源的豐富性和多樣性，進行傳統授課與網絡教學相結合的線上、線下混合式教學模式，如圖3所示。

課前，依托“超星學習通平臺”進行課程導學，教師提前在平臺發布學習資料和學習任務，并時刻監督學生們的學習；根據線上學習軌跡和反饋，教師可以更好地掌握學生的學習情況，制定針對性的教學方案指導課堂教學。

課中，教師要聯動線上教學，做好學生學習的引導者和教學設計者的角色。采用翻轉課堂的形式，針對課前收集的學生在線學習情況及測試情況反饋，針對出現問題較多的地方，合理分組，組織學生進行自由的交流和小組討論，輔助學生提煉核心問題，進行引導式、案例式講解，在講解的過程中，要充分利用智慧平臺、多媒體、板書、軟件仿真以及實物演示操作，大幅度提高學生的學習興趣和主觀能動性。

同時，作為高新技術的基礎專業課，積極展示跟國家民族命運息息相關的科研動態，潤物無聲地課程引導、講授、演示中充分融入課程思政教學。

課后，需要學生對課堂所學知識進行強化，給學生布置綜合性的知識點進行知識鞏固，并附加具有一定挑戰度的拓展問題，引導學生對問題深度思考。啟發學生在思考中尋找知識點的內在規律，并進行有效遷移，取得舉一反三的效果。在完成任務時，教授學生查閱相關文獻，在智慧課堂平臺進行問題交流、討論，由單一講授轉變為引導、傳授、研究三位一體的新型教學模式，使教學具有多樣性、靈活性，能更好地提高學生學習的自主性和獨立性。

2.4 閉環的教學質量評價體系

基于“多元化—重過程—考能力”的考核方式，設計“理論與實踐并重、自評與他評相結合、結果與過程相結合”的教學評價方法，加強對學生課堂內外、線上線下閉環管理的評價體系。通過目標導向充分調動學生積極性，優化知識、能力和綜合素質考核評價措施，建立融入大國工匠精神、職業道德、敬業精神、自我認知、團隊合作等體現課程思政元素的評價體系。

以往的數字電子技術基礎課程考核方式以期末考試為主，平時課堂考勤和作業占比30%，期末理論考試占比70%。改革后的期末考試，在百分制模式下，考核形式為終結性考核占比50%，增加過程性考核占比（50%）。過程性考核采用多個指標：（1）學習態度；（2）作業；（3）課堂表現；（4）學生自評與互評（打破傳統的教師作為單一考評人的局面，實現評價主體多元化）。終結性考核為期末理論考試，如表1所示。

通過平臺數據，教師在總體上可以獲得學生的學習情況，但仍顯不夠，還需獲得教學情況反饋，及時糾正教學行為，基于此，課程組針對每個教學班級制作了反饋問卷，統計教學情況，使教與學形成閉環。

3 混合式教學改革具體實施案例

以數字電子技術基礎課程中異步清零法設計計數器小節為例，重新設計了教學方案，從課前、課中和課后三個方面應用智慧課堂線上線下混合教學方式。

3.1 課前導學

課前通過“超星學習通平臺”提前發布預習任務點，包括本節教學大綱、知識點視頻、多媒體、信號仿真、自測題和討論題，明確重點與難點。學生通過在線觀看網絡課件、仿真動畫及視頻先行自主學習，完成對應的測試題和思考題，在線留下學習“足跡”，并記錄自行學習中存在和發現的問題，帶著問題走入即將開始的課堂。教師可以隨時隨地在線答疑，跟蹤學情，收集學習中存在的和發現的問題，有的放矢地調整備課的重點和進度，做到有針對性地走進課堂。

3.2 課堂面對面教學

上課前，使用5分鐘時間在平臺上簽到。然后利用翻轉課堂，讓學生分組自行匯報，如圖4所示，74LS161的邏輯功能表，這是本節的重點內容，也是異步清零法的基礎。此舉不僅檢查了學生的自學效果，也讓學生將知識內化，極大地提本節課的教學效果。

線上平臺自動生成圖形報告與課前測試情況反饋，教師將測試題的對錯情況反饋給學生，針對錯誤較多的題目進行分析。混合式教學需要線上、線下聯動，針對問題，合理組織學生進行分組討論；利用案例式教學法，分析案例中計數器模值，在分析的同時引入新知識并進行重點與難點的講授，在講授過程中，合理利用并設計板書，結合多媒體教學，通過選人、投票等環節讓學生的注意力始終保持在課堂上。同時，做好學習引導者和教學設計者的角色。

演示例題給出圖如5所示的電路，分別通過軟件設計成仿真電路和利用電路板連接成實際電路，用以對比觀察計數器狀態數，統計計數模值?，F場演示或播放提前錄制的視頻，可以更加直觀的展示計數器工作過程，讓學生更容易理解和消化，也更容易提高學生學習興趣，掌握所學知識點。

在演示過程中，強調瞬時狀態存在但不可見（難點）。并讓學生再次做預習測試中錯誤率較高的相關題目，從而引導學生遇到問題，解決問題的能力。

在教學過程中，給學生留時間進行演練和討論，在指導學生操作時，強調細致、嚴謹的重要性，并舉出1986年美國“挑戰者”號由于微小失誤引發巨大損失的反例，引入課程思政內容、教育引導學生樹立愛國主義思想和科技強國精神。

鼓勵學生要在溫故知新的基礎上開拓創新思維。結合本知識點，學會結合前期學過的組合邏輯電路與時序邏輯電路，進行稍復雜數字系統電路學習研究，引導學生對計數器驅動譯碼器實現的8位跑馬燈進行思考與分析，如圖6所示。

另外，讓學生學習之余了解本小節知識的前沿應用，比如什么是FPGA？什么是Verilog數字系統設計？展示跟國家命運息息相關的科研動態。利用國產FPGA市場占有率不高、高端FPGA依然依賴進口以及用美國對華為的制裁等前沿動態激發學生樹立科技興國、科技報國的使命。

3.3 課后鞏固提高

課后為了讓學生對課堂所學知識鞏固提高，進一步在平臺布置綜合性及具有一定挑戰度的拓展習題，引導學生對知識點的深度思考。

（1）如何使得用74LS161芯片設計的異步清零電路更加簡單或者具有內在規律？

（2）如何采用74LS161芯片進行異步清零法實現任意模值的計數器？并用Multisim軟件仿真實現。

（3）預習如何采用74LS161芯片實現同步置數法實現任意模值計數器？

（4）思考采用74LS161芯片實現異步清零法與即將要學習的同步置數法設計計數器有什么不同？

（5）布置分組任務，布置學生使用同步置數法實現模值為8的計數器。

在完成任務的同事，教會學生查閱文獻資料，在平臺進行心得與問題交流和討論，引導學生在解決問題中整理和回顧所學知識點，深化學生對知識點的認識，并進行外延拓展，從而形成閉環的教學系統，逐步提升學生的綜合應用能力和大國工匠的創新精神。

4 教學效果展示

針對數字電子技術基礎課程，通過以上的教學改革開展基于智慧課堂的線上、線下混合式教學，以教學設計為出發點，以多種教學手段為落腳點，在實際應用中檢驗學習效果，時刻關注學生的學習狀態，深化“應用型教學”背景下“以學生為中心”的教學理念，促進深度學習。

經過幾個學期實際運行，學生學習積極性和主動性得到提升，課程滿意度提高明顯，課程教學質量提高顯著，不及格率維持在較低水平，學習成績進步明顯，表2顯示了經過4個學期運行后的授課班級成績統計結果。

5 結語

本課程依托省級課程教學改革，基于前期的課程建設，開展基于智慧課程的線上線下混合式教學。整合各種教學資源、優化課程結構設計、增加多種教學手段、采用閉環的評價機制，協調聯動教學各環節，共同促進混合式教學順利實施與有效發展。經過實際教學檢驗，課程的教學質量得到了提升，學生學習的興趣得到激發、學生自主學習能力、實踐應用能力和創新能力得到有效培養。

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參考文獻：

〔1〕楊斌，高策理，吳志勇.新時代高校繼續教育內涵式發展的思考[J].繼續教育，2018，32（07）：3-8.

〔2〕鄧濤，朱明強.提升“數字電子技術”課程線上直播教學效果的探討[J].教育教學論壇，2021，9（12）：133-136.

〔3〕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（02）：99-103.

〔4〕鄧輝文，詹成，王藝，等.基于問題討論的離散數學課程線上線下混合式教學方法與實踐[J].西南師范大學學報（自然科學版），2021，46（09）：167-172.

〔5〕許勝.線上線下混合式教學模式探索與應用——以“電力電子技術”課程應用為例[J].電氣電子教學學報，2021，43（05）：42-46.

〔6〕李美寧，王玉瑤，常冰梅，等.基于OBE理念的分子與細胞“金課”建設——醫學院校整合課程線上線下混合式教學探索[J].生命的化學，2021，41（09）：2075-2082.

收稿日期：2023-02-24

基金項目：安徽省高校優秀人才支持計劃資助項目：（gxyq2021206）；安徽省課程思政示范課程（2020szsfkc0738）；校課程思政建設研究項目（2020szjy03）;省級教學示范課（2020SJJXSFK1985）