基于4C／ID模式的《模拟电子技术》课程教学设计研究

2014-05-16曲延华程立英张玉梅

沈阳师范大学学报(自然科学版) 2014年2期

曲延华，程立英，张玉梅

（1.沈阳工程学院自动化学院，沈阳 110136；2.沈阳师范大学物理科学与技术学院，沈阳 110034）

0 引言

《模拟电子技术》课程是大多数工科类本科专业必修的专业基础课。学生学习的好坏不仅直接影响后续专业课的学习，还因本课程处于基础与专业衔接的关键地位，对培养学生的实践应用能力、工程思维模式、创新工作能力等方面起着重要作用［1－2］。从目前情况来看，无论是重点院校还是一般院校，《模拟电子技术》课程都被公认为是比较难学的专业基础课［3－6］。从社会的要求来看，对本科毕业生的动手能力、创新能力要求越来越高。因此改革教学方法、教学手段等，提高《模拟电子技术》课程的教学效果刻不容缓。如何提高学生工程创新的整体思维模式，特别是学生的知识迁移能力是目前急需解决的问题。将4C／ID（four－component instructional design model的简称）［7］引入到传统的模拟电子技术课程的教学中正解决了高校《模拟电子技术》课程的这种需求。

1 什么是4C／ID

4C／ID是20世纪90年代荷兰开放大学Jeroen J.G.van Merreinboer教授及其合作伙伴荷兰土温蒂大学Sanne Dijkstra教授等人主持研究和开发的模型，是面向复杂学习的整体性教学设计模型。《模拟电子技术》正是一个复杂学习过程，非常适合应用这个模型。4C／ID模型设计框架如图1所示［7－13］。

4C／ID教学设计模式包括“学习任务1C、支持性信息2C、即时性信息3C和分任务练习4C”。这4个要素是相互关联但不是并列的，构成了复杂学习任务实施的基本环境。此模式中利用整体任务学习代替了部分任务学习。4C／ID教学设计模式认为，复杂学习任务分为两类：非重复性技能和重复性技能［9－10］。非重复性技能是指在学习任务和迁移任务两者之间不同的技能；重复性技能是指在学习任务和迁移任务两者之间相同的技能。传统的学习认为“整体等于部分之和”，而复杂学习得到的是“整体大于部分之和”，多出来的部分是综合、协调这些“部分”的能力，也即4C／ID教学设计模式最大的宗旨在于“1＋1＞2而不是1＋1＝2”。

图1 4C／ID模式的设计框架

2 4C／ID教学模式引入模拟电子技术课程教学中的价值

在传统教学中［14－15］，教师和学生都只是在做重复性学习任“整体等于部分之和”。教师只是简单的将各个章节的内容通过讲解传授给学生；学生也只是撑握了各部分的内容，至于这几部分内容之间有什么关系，如何能利用这些知识去分析和设计一个电路，学生根本不知道或知之甚少。比如在课程设计中，有的学生即使把各个模块给他，也不知道如何组接在一起。

4C／ID教学模式与传统教学中的最大区别是增加了非重复性学习任“整体大于部分之和”所多出来的那些能力。它强调给学生提供一套具体的、真实的、面向实际工作实践的整体学习任务，始终将学习任务作为一个复杂的整体来对待，让学生形成一个“整体思维模式”，它有利于知识、态度和技能的综合运用，有利于训练学生把所学知识迁移到实际工作和日常生活中去，从而形成整体思维模式和知识迁移能力。

3 4C／ID教学模式在《模拟电子技术》课程中的教学设计

3.1 根据4C／ID教学模式的理论首先确定《模拟电子技术》课程的学习任务

图2 任务分解图

根据4C／ID模型的设计步骤将模拟电子技术课程的学习任务划分为6块，如图2所示。4C／ID的复杂技能学习分为2大类：一是重复性知识，如图中的1.1～6.1，这部分是所有院校课堂上都能做到的，属于应知应会的基本理论，无论是在后续的学习中还是工作中，这部分知识是完全相同不会发生变化的；二是增加了非重复性知识的学习，如图中1.2～6.2，这部分内容正是很多高校缺少的最重要的一环，也是用人单位急需的那一环。通过对非重复性知识的学习，能够使学生建立起“整体思维模式”，提高学生的知识迁移能力、知识综合能力、创造思维能力、综合实践应用能力、工程思维模式。通过4C／ID教学设计模式的应用，完成电子技术系列课的“1＋1＞2”的目标。

3.2 4C／ID教学模型的构建

由于篇幅限制，选取6个任务中的任务2：基本放大电路来构建该教学模型，示例说明如何进行信息呈现与练习设计。任务2：基本放大电解为重复任务（即时性信息）和非重复任务（支持性信息）。

重复任务（即时性信息）：

1）掌握基本放大电路的组成、工作原理、静态动态参数计算；

2）熟悉多级放大电路的级联方式；

3）了解差放的特点、工作原理及分类；

4）掌握反馈的定义、分类、作用及对放大电路的影响。

信息呈现：

1）教师课堂讲授，课堂辅导答疑；

2）多媒体教学课件、EDA软件课堂演示；

3）基本知识测试，课本例题讲解。

练习设计：

1）课本相关习题，类型题作业，网络教学平台测试题；

2）电子实验室硬件验证课程例题结果；

3）虚拟实验室搭接课堂电路，验证理论知识。

非重复任务（支持性信息）：

1）掌握放大电路仿真波形、故障仿真、参数测试、电路设计；

2）了解差放的应用及设计、多级放大电路级联参数设置及仿真；

3）熟悉反馈的判别法及深度负反馈的应用。

信息呈现：

1）提供EDA软件应用指导，利用EDA软件测试；

2）提供虚实拟实验室网络平台；

3）指导器件选择及功能模块组接；

4）指导电路整体设计、运行、调试；

5）指导设计报告书写。

练习设计：

1）自行设计实验内容，利用EDA软件与虚拟实验室结果对比并分析原因；

2）根据给定要求设计电路，同学之间比较，找出优缺点，改进自已设计的电路；

3）选取不同器件设计相同参数的电路，找出不同器件对电路的影响；

每一个任务都如此进行教学设计，不同的任务有不同的即时信息、对持信息及不同的信息呈现、任务练习。完成上述教学设计还需要EDA实验室、虚拟实验室、电子技术实验室、PCB设计实验室等做技术支持。

3.3 “4C／ID”教学模式在《模拟电子技术》课程中的应用

坚持4C／ID的教学理念，充分发挥4C／ID模型在课程教学中的应用。在课堂上，利用4C／ID模型中的即时性信息：课堂讲授、辅导答疑、多媒体课件、大量EDA仿真结果的演示等来强化理论分析的理解；通过不同的方法让学生进行反复学习，达到重复性知识学习的目的；即时性信息训练的是图2中1.1～6.1的内容，也即重复性知识。课堂以外，利用4C／ID模型中的支持性信息：例如，自主仿真课本中的电路，找出仿真结果和理论上近似计算的区别，让学生理解什么是近似计算；选取不同器件设计相同参数的电路，找出不同器件对电路的影响，提高学生设计电路时的选择器件的能力等；支持性信息训练的是图2中1.2～6.2的内容，也即非重复性知识。课程完成后每个同学选择设计一个任务模块，将不同的任务模块组接到一起，进行参数调试，参数修正，整体运行，PCB板的设计，有条件的组可以进行硬件电路的搭接与调试。完成对模拟电子技术课程的整体任务学习，达到会设计电子电路及熟练应用模拟电子技术理论知识的目的，避免了以往只会分析不会设计的弊端，达到“1＋1＞2”的学习目的。

开展以学生为本的“个性化”实验教学。对于4C／ID 模型中的重复性知识也即验证性实验项目用实验室、EDA仿真、虚拟实验室反复进行训练，让学生完全掌握电路如何搭接、基本参数如何调测、基本故障如何排除等基本知识。对于非重复性知识也即综合性设计性实用重复性知识获取的经验和教师信息支持等利用EDA软件进行电路的设计、仿真与调试并通过虚拟实验室验证仿真结果，达到学生综合运用所学知识的能力。