《数字电路》课程的深度教学改革研究*

张婧婧，古丽米拉·克孜尔别克，徐 静

（新疆农业大学 计算机与信息工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

应高校课程建设改革的需求，在网络平台的支撑下，各种新兴教学模式快速发展。运用MOOC、翻转课堂、雨课堂、微课为代表的新教学形式，配合项目驱动、案例教学等多种方法，混合式教学已在不同课程教学改革之中尝试并逐步优化。鉴于课程门类的多样性及影响课程教学质量因素的复杂性，构建与之相适应的教学模式是目前高校课程教学改革的研究热点。

一、引入“后MOOC”教学模式

《数字电路》作为工科类专业基础课程，如何优化课程教学形式，巩固课程教学已呈现的稀释或弱化[1]的专业权威，除了不断提高专业技能外，还需要我们探索更具吸引力的教学模式[2]。

“后MOOC”时代的在线教育模式属于MOOC的新型探索与创新，除包含免费、公开、在线的继承基因外，还不同程度地呈现出私人订制、深度学习、个性化广播等特点[3]。将其与《数字电路》的课程教学有机结合，旨在探索该课程的一种深度教学模式，为学习者提供更为专业和丰富的学习体验。

二、重构课程教学体系

为了践行MOOC的本土化策略[4][5]，我院开展了多门课程的MOOC本土化教学试点，借助MOOC平台展开《数字电路》课程的深度教学改革即是其中试点之一。

作为课程的交互式资源，《数字电路》课程视频被分解为若干个8-20分钟的知识点进行讲授，加之试题线上测试、作业在线评价等模式，该课程的教学体系已自成一体。然而对数字电路的初学者而言，很难通过片段化信息领悟到电路设计的实质及电路模块间潜在的关联[6]，以致首轮学习后，初学者对各类数字电路的综合设计原理仍然一知半解，实验环节也就无从入手。

根据目前《数字电路》课程教学中呈现的问题表征，我们进行了“半MOOC”的教学设计[7]，即将MOOC的项目式教学内容与综合设计性实验结合；将MOOC中实践的交互分析、试题的解析答疑与翻转课堂授课结合，重建深层次、互补性的课程教学模式，持续提升《数字电路》课程的教学质量。下面，笔者将以数字交通灯的设计为例，详细阐述MOOC平台下《数字电路》课程的深度教学实践与探索。

三、分解细化教学形式

1.项目式教学与综合、设计性实验的结合

《数字电路》是一门实践性较强的课程，与课堂理论授课相比，多数学生倾向于从实践后的反思中理解、建立数字电路的逻辑与关联。在MOOC平台中，对依靠碎片化信息获得知识的学习者而言，必须着重加强其对知识定位感的训练，使其建立起广泛的关联来弥补整体化的缺失[8]。因此，MOOC平台下我们将项目式教学与综合设计性实验结合，二者既互为补充又相互促进。以交通灯电路设计为例，教学视频始于电路模块的分解，同时剖析模块间的逻辑关联，如图1所示，可将此电路划分为定时控制、显示控制、状态控制、状态转换四个功能模块。配套的实验环节则通过四个模块的阶段性测试反思各部分电路功能存在的缺失，进而补充电路连接构建完整系统，以达到理论深度和实践能力同步增长的教学效果。

此外，基于MOOC平台的项目式教学中，项目剖析时可呈现如图1所示的自上而下的电路分解形式，便于引导学生进行知识梳理和阶段性测试，同时通过电路设计还可以加强学习者对知识定位感的训练。

图1 交通灯电路的模块设计

2.实践中的交互、在线测试的答疑与翻转课堂结合

MOOC作为在线教育发展的产物，交互在其教学过程中至关重要。当课程中有相同诉求的固定成员间可以开展多种交互时，学习者的学习积极性更高[9]。而初学者对数字电路进行实验分析时，MOOC中使用的多种类型交互方式却收效甚微，因为在初学者的交互行为中，分享答案远比交流思路出现得多。因此，将实践环节中出现的各类问题以翻转课堂的形式解决是较为科学且易于操作的方式。同样，当MOOC课程中的在线测试取代传统的课程习题后，为学习者答疑解惑、整理思路的过程也依赖于翻转课堂的教学形式。不仅如此，翻转课堂在一定程度上还能够有效避免学习者对网络资源的过度依赖，恢复教师的专业权威。

以交通灯的设计为例，我们已将该项目的视频解析、实验内容、设计说明、评分标准公布于MOOC平台中。学习者通过跟踪课程内容，展开该项目“组合+时序”电路的综合设计，其实验过程中难免会遇见诸如：交通变换的四个状态如何自动切换、南北东西定时标准不一致如何实现、状态灯和时钟显示同步切换如何控制、组合电路的入口与时序电路出口如何衔接等问题，而以问题为导向的交互方式在翻转课堂的讨论中展开最为合适。MOOC中习题的在线测试情况亦是如此，对于大范围做错的测试题目，需要在翻转课堂的解析或讨论中加以纠正才能保障学习者的积极性。

MOOC的教学设计通常依靠形象有趣的内容来吸引学习者的注意力，同时支持学习者反复观看课程视频。然而在以视频教学和学生观摩为主的授课形式中，学习者往往会因无法参与互动而日久产生学习倦怠[10]，因此为每个教学项目定制一定比例的翻转课堂教学内容，是加强课程管理、师生互动和提高学生参与度的有效途径。

四、强化MOOC的实践教学理念

除了引入“半MOOC”的教学模式外，强化实践教学也是《数字电路》课程深度改革的重要理念。基于“项目驱动+MOOC教学+翻转课堂+仿真设计”的混合教学模式中[11]，我们为学习者呈现的教学形式、课程资源、考核评价方式等都与实践理念密切相关。如MOOC平台的资源下载中必备Proteus、Multisim仿真软件；录制和演示的短视频均以实验设计流程为主线；翻转课堂的问题探讨主要针对综合实践的项目展开；各章节的在线测试题目也不同程度地涉及实验的相关内容；课程的结束更是以学生展示一个完整的创新作品为标志，在此过程中，学以致用在师生间已形成共识。

就交通灯电路的设计而言，学习者既需要完备的时序电路理论，更需要严密的数字逻辑推理及各类集成芯片、门电路的使用技巧。该电路教学设计中覆盖的知识点包括：四进制计数器的自动计数，二-四译码器的交替译码，5进制、20进制、25进制的循环显示，东西、南北6路信号灯（红、黄、绿灯）的组合逻辑控制等，成功解决上述问题都需要在实验环境下反复测试与推理。

五、课程的精细化管理

作为服务于大学生的在线视频课程，MOOC平台欢迎各专业学生、教学管理者、同行教师、教学督导及部分数字电路爱好者的随机访问。为利于学习者对课程的跟进，教学团队需要对课程资源进行精细化管理。《数字电路》课程团队每周都会定期发布视频、试题、实验、综合项目的内容，指定明确的作业提交时间，并及时给予评价与反馈。而学习者也可以实时查询课程的阶段性成绩，如图2所示，以便加强其自我管理和自我评价。

由此，基于《数字电路》的深度教学模式已形成闭环。就教学团队而言，首先需要进行教学的前端设计[12]，即完成课程模块的分解、项目的设计、知识点的梳理、教学内容的拼接；其次需要发布教学资源（视频、实验内容、项目说明等），安排学习的进度和设置时间节点；再次需要进行翻转课堂的教学组织，指导学生的实习实践；最后对提交的课程报告定期评价、过程验收等。对学习者而言，其线上、线下学习活动[13]如图3所示，以每周的实践项目为主线，各类学习活动有序衔接、依次展开。

图2 某学生在MOOC平台中的学习进度及成绩表现

图3 MOOC学习者的线上线下活动流程

六、结论

目前，基于MOOC平台的《数字电路》课程体系与教学理念已趋于完善，在以项目驱动为主线，以视频、测试题、实验指导、项目说明为主要教学资料，以翻转课堂为辅助形式，以综合设计能力为教学目标的深度教学模式中，课程团队仍然面临很多的考验。我们将在项目的优化、案例库的完备、视频授课的技巧、翻转课堂的知识深度等方面持续推进，以探索《数字电路》课程教学相长的长效发展机制。