數字電子技術四重混合式教學的探索與實踐

侯向鋒,黃會玲,盛 蘇,張學文

(湖北師范大學 物理與電子科學學院,湖北 黃石 435002)

0 引言

數字電子技術課程是電子信息類專業的工程基礎課,在專業體系中占據重要地位。通過課程教學使學生掌握適應信息時代的數字電子技術的基本理論、基本方法和基本實驗技能,進而提升學生解決數字電路實際問題的能力,為后續課程的學習打下扎實的理論基礎和必要的實踐技能基礎[1]。通過解決數字電子技術的實際問題,學生逐步形成科學辯證的思維、“抓住主要矛盾,忽略次要因素”的科學思維。通過工程實踐和創新項目,學生提升分析問題解決問題的能力,提高工程能力和創新能力。通過實驗操作和課程設計,學生養成善于觀察、勤于動手、科學嚴謹的實驗態度,在實踐中秉持踏實、精益求精的大國工匠精神[2～4]。

1 教學中存在的問題

新工科創新理念的提出,為電子信息類專業的課程改革提出了新的方向和契機,也對工程教育提出了更高的要求[5～7]。數字電子技術作為電信類專業承上啟下的核心基礎課,在教學改革與實踐中存在以下“痛點”問題:

1)傳統的教學模式不適應電子技術的飛速發展

現在電子技術日新月異,尤其是數字電子技術。因此數字電子技術課程的教學內容需要不斷更新,根據人才培養目標選擇合適的教學內容和課程體系,趕上電子技術更新的步伐,才能保證良好的教學質量。

2)學時少、內容多

隨著電子技術的飛速發展,數字電子技術課程的教學內容逐漸豐富。理論學時數為56學時,如何利用有限的課時合理安排教學內容,改進教學方法,使學生準確理解并牢固掌握課程的理論知識和實踐技能,是本課程教學中亟需解決的問題。

3)理論與實踐難以兼顧

在學習過程中,總是有些學生只重視理論學習,有些學生只重視動手實踐,兩者難以兼顧。這勢必會影響學生后續的專業學習以及發展。理論需聯系實際才有意義,學生學習的最終目的是學以致用。實踐也需要理論來進行指導[8]。

2 四重混合式教學改革

針對教學中存在的“痛點”問題,教學團隊利用優質的教學資源,以產出為導向,提出“線上+線下、理論+實踐、仿真+實物、校內+企業”的四重混合式教學,思政內容貫穿始終,如圖1所示。

圖1 四重混合式教學

2.1 線上+線下

針對學時少、內容多的問題,采用“線上+線下”教學方法,利用信息技術將二者有機融合。線上課程以超星學習通為媒介,進行考勤、課堂問答、課后討論、作業批改、小測驗等,與傳統課堂形成互補。通過師生線上線下交流互動,構建學習共同體,改變傳統的教學模式。

“線上+線下”的混合式教學不僅有助于解決學時少、內容多的矛盾,還為思政融入開辟新渠道。

2.2 理論+實踐

數字電子技術教學內容中后面的三個模塊是教師根據企業或科研需求提煉出的項目,均采用下面的流程進行教學。1)引導學生利用理論知識分析問題、設計方案、論證方案;2)根據自上而下的現代電子系統設計方法利用仿真軟件進行驗證;3)如果有問題,再用理論知識分析問題、解決問題,直到仿真通過;4)到實驗室實現系統的設計,最終得出結論。

“理論+實踐”的混合式教學使學生深刻理解理論用于指導實踐,實踐又反過來促進理論的學習,加深對理論的理解,實現理論與實踐的兼顧。

2.3 仿真+實物

將虛擬仿真軟件Multisim融入課程,突破教學難點,使學生更加直觀地觀察電路,發現問題然后修改設計方案,得到正確結果。仿真軟件打破了傳統實驗室時間和空間的限制,學生隨時隨地可以進行電路設計[9]。

學生利用仿真軟件預習實驗,可以基本掌握實驗的操作步驟,到實驗室后可以高效地完成實物實驗。這樣既節省了實驗課堂時間, 又為學生的學習提供了很好的發揮空間。

“仿真+實物”的混合式教學不僅使教學中抽象的問題具象化,還能夠提高教學效率,緩解課時緊張的問題,同時學生能夠掌握現代電子系統的設計方法。

2.4 校內+企業

針對為培養適應時代要求的新工科人才,教師需要及時掌握學科前沿動態[10]。為此教學團隊采用“校內+企業”的培養模式,“請進來,走出去”。請相關領域的技術專家和優秀的畢業生回來,給學生講專業發展情況及就業形勢,并對我們的課程改革提出中肯意見。同時教師通過“科技特派員”、“青年教師下企業”等項目走出去,與企業深度接觸,在教學過程中將最新的專業發展動態傳遞給學生。學生到企業見習、研習,擴大了視野,提高了實踐能力,拓寬了就業渠道,如圖2所示。

圖2 “校內+企業”的教學模式

“校內+企業”的混合式教學實現了學生、企業、教師的三方共贏,使學生的專業學習緊跟產業結構優化升級的步伐,滿足社會需求。企業的技術難題得到解決,并儲備了專業人才。

3 四重混合式教學實施過程

以數字電子技術課程中“計數器及其應用”的教學過程為例詳細說明四重混合式教學法的實施過程,如表1所示。

表1 四重混合式教學法的應用

通過教學與師生互動,學生發現設計電路沒有想象中的那么困難和神秘,能夠完成模60和模12計數器的設計,所學知識就是用來解決生活和生產實際問題的。學生不僅掌握了74LVC161芯片的設計思路,而且感受到精益求精的工匠精神,還體驗了當代科研工作的部分思想方法。

4 教學成效

通過對四重混合式教學的不斷探索與實踐,教學效果顯著。

4.1 期末成績提升

四重混合式教學最初僅以我校電子信息工程專業的一個班作為試點運行。試點班和普通班在平時成績的比重及評定方面差異較大,不具有橫向比較性。但不同班級的期末試卷是一樣的,比較期末試卷成績分布,可以反映出四重混合式教學的效果,圖3是普通班和試點班的期末成績對比圖。由圖3可見,試點班較普通班成績優秀率明顯高出許多。

圖3 普通班和試點班期末試卷成績分布對比圖

4.2 學生參與實驗的積極性普遍提高

學生實驗課程的出勤率較以往大大提高,很多學生自行要求進行課余實驗。學生的實驗操作能力、儀器儀表的使用能力以及電路的分析調試能力顯著提高。圖4是學生利用課余時間設計的電子作品。

圖4 學生在課余設計的電子作品

4.3 申請本科生項目和全國大學生創新創業項目人數增多

學生創新意識和科研意識不斷增強,申請本科生項目和全國大學生創新創業項目的人數逐年增多。僅近三年申請項目總數達25項,參與人數達到130余人。表2是近三年來教學團隊教師指導的學生項目情況。

表2 教學團隊教師指導大創項目

4.4 大賽獲獎人數增加

學生參加全國大學生電子設計競賽、互聯網+創新大賽等的積極性增加,近三年有70余人參賽,40余人獲獎。近三年電子信息工程專業3名同學獲校大學生“學術科技之星”(我校每年獲此殊榮的學生不超過8名),且均由本教學團隊教師指導。

4.5 專利和論文

近三年學生在本團隊教師指導下發表論文5篇,申請國家實用新型專利10個。

4.6 社會責任心增強

數字電子技術四重混合式教學實施以來,學生民族自豪感和社會責任感明顯增強,學生參軍入伍熱情高漲,我院自愿入伍人數逐年上升。

5 展望

對課程教學的持續改進是一個永恒和動態的過程,真正落實本課程的“高階性、創新性、挑戰度”仍需我們繼續創新與探索。在數字電子技術課程的后續教學中,如何實現“線上+線下、仿真+實物、理論+實踐、校內+企業”的有機融合仍然是一個挑戰。同時,教學團隊要在大類招生背景下,兼顧不同專業需要和工程師認證,借鑒其它院校的有益經驗,不斷進行教學改革與創新,進一步完善四重混合式教學法。