“即学即现”理实一体化模式下的电子技术教学探索

吴苏 马知远 胡秋月

[摘 要]随着电子技术的不断发展，许多新器件、新电路和新方法涌现出来，在经典理论和实际应用之间出现了过渡地带。文章将传统教学方法与现代教育技术应用相结合，提出一种“即学即现”理实一体与随时随地自主实验相结合的教学模式，通过仿真、实物演示的方式将理论知识在教学中直观呈现，使学员对具体任务随时随地进行自主实验。这种方式对教学改革和促进学生探究学习、自主学习有重大意义。

[关键词]教学改革;电子技术;理实一体

[基金项目]2018年海军工程大学教学改革项目“基于口袋实验室的数字电路实践教学模式改革”（NUE2019108）

[作者简介]吴 苏（1983—），女，江西抚州人，博士，海军工程大学电子工程学院电子技术教研室讲师，主要从事电子技术教学、目标特征检测与信息处理研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）32-0282-03[收稿日期] 2019-12-18

一、引言

近年来，关于大学课堂教学的改革已然成为教育体制改革的核心内容，各种新型教学模式不断走进课堂，例如微课、MOOC、翻转课堂等。与传统的课堂教学模式不同，“以学员为中心，突出能力培养”的教学理念，倡导学生在课下完成知识的学习，而课堂变成师生和生生之间互动的场所，包括答疑解惑、知识的运用等，从而达到更好的教育效果。电子技术系列课程作为学科基础必修课，是一类实践性很强的课程，因此它的课堂互动不能被一般的翻转讨论和视频教学模式所代替，否则容易造成理论和实践脱节的问题。

本课题针对这一问题，提出了一种“即学即现”理实一体化的教学模式，其理念是利用便携式集成仪器和实验平台，将实验教学环节带进课堂，使得老师在理论教学同时，即时展现实验演示效果，學员在任何时间、任何地点进行自主实验，通过“课上+课下”联动的方式，帮助学员实现知识、技能、能力的迁移。

二、主要问题

（一）理论实践不紧密，学员学习热情不高

早期的电子技术类课程教学与工程应用之间无缝连接，学生在课堂上学习的理论知识可以立即投入工程技术的应用，解决实际问题，这使得学生的学习兴趣得以激发，对学习效果有直接的促进和提升。而当今随着电子技术飞速发展，芯片的复杂性以及研发周期日新月异，这使得院校电子技术课程教学与工程应用之间出现了“过渡区域”，也即在课堂上学习的内容纯属于基础理论和基本方法。这个过渡区域必须靠一定的环节和措施加以填补，以满足学员以后的专业课程学习乃至以后的工作实践的需求[1]。

（二）实验课时受限，学员自主探究不深入

首先，课程的实验内容围绕课程展开，学员课上耗费大部分时间连线、测试、记录，独立思考、自主设计的时间不足，学员对知识的理解浮在表面，导致一旦实验过程出现问题，学员不知如何查找问题产生的真正原因;其次，实验课需要仪器设备的配合，因此班次规模相对较小，如果开课班级较多，需要循环多次，所以实验室容量及课表中可安排实验课程时间的限制，造成理论教学和实验教学不能即时统一，从而导致学员对知识内涵理解得不透彻，实验效果不理想。

（三）实验地点受限，课堂教学交互不活跃

电子技术系列课程理论教学内容较为抽象且不易理解，而能够形象直观展示理论原理的实验演示受限于测量仪器设备，只能在实验室进行教学，导致课堂教学活动受场地限制，不利于教员与学员之间的交互，影响教学效果。

三、主要思路

（一）理实一体化

理实一体化作为一种创新的教学模式，是指在同一时间、同一地点、同步进行的教学模式，课堂和实验室为一体，理论教学教师和实践指导教师为一体，专业理论和实践操作为一体，让学生有计划地按照教师确定的课题和学习要求进行专门的理论结合实践的一种教学模式。近代著名教育学家约翰杜威创建了以“做中学”为基本原则的实用主义教育体系，德国的“行为引导型”教学法是一种新型的职业培训教学方法，目的是培养学生的关键能力，让学生学会学习，其核心是要求学生在学习中不只用脑，而且要脑、心、手共同参与学习，提高行为能力。国外很多著名高校，如MIT、Stanford和UC Berkeley等不断跟进数字电子技术的发展，都在基于FPGA的实验系统上开展。口袋型FPGA开发板具有方便携带、成本低等优势，因此以“口袋实验室”为平台开展数字电路实验课程改革[2]。

（二）教学设计

1.以基本知识为基础，突出知识的获取方法与工程实践性。在理论教学中删繁就简，突出主线，比如对于数字电路课程，要精讲数字电路的基础知识、基本概念、基本分析方法、硬件描述语言的基本语法和结构。不仅要注重知识的讲授，还要有知识发现与发展过程的分析，强调对知识获取方法以及工程思维的训练。突出数字电路的工程性、应用性，并通过EDA技术进行设计验证。依托开放式实验体系，培养学员工程实践观点和动手能力。

2.以信息技术为支撑，突出虚实结合多元化教学手段。根据学员特点优化教学过程，将传统教学方法与现代教学手段相结合，综合运用板书、多媒体课件、虚拟仿真、网络共享、实物演示等多种手段，变传统的单向灌输为和谐宽松的交互式教学。针对不同内容，灵活运用实物演示、仿真验证、动画演示等多种教学手段，激发学员学习兴趣，采用便携式实验平台，方便课前、课中、课后各个环节开展实验，形成良好的教学互动，提高学员的学习效果和创新意识，促进教学信息化[3]。

3.以电子设计竞赛为依托，突出创新能力教育和创新素质提高。在教学中加入电子制作，综合性、设计性实验、仿真等方法，锻炼学员对学科知识点的整体掌握和运用，通过电子设计校赛、省赛、全国赛三级选拔和培训活动，提高教员的教研水平，加强对学员的实践动手能力培养。依托电子设计大赛，训练学员，检验教学效果，培养学员的竞争意识、创新思维和团队精神，促进本课程的教学。

四、主要方法

（一）即学即现，理论与实验教学相融合

电子技术系列课程学习难点在于，学生所学的理论知识难以灵活运用，难以建立物理模型，构建知识体系，尤其在电子技术课程设计课程中。该课程要求对学员进行综合性训练，培养学员运用课程知识，开展综合性设计实验，是电子技术实践性教学环节中的重要一环。既涉及许多理论知识（设计原理和方法），又涉及许多实践知识与技能（安装、调试与测量技术）。比如围绕直流电机的工作原理开展教学活动时，由于学员对于它的应用，包括控制方法和转速测量等方面没有概念，单纯通过硬件电路系统框图的说明，如图1所示，无法使得学员建立物理概念，只有将它与实物演示对应起来，利用NI ELVIS便携式教学平台，通过USB接口与PC连接，快速測量采集及显示，观察信号的传输和处理过程，可以结合NI Multisim采集及仿真环境实现测量及仿真，使学员逐渐从感官认识迈入理性认识[4]。

教员利用LabVIEW软件编程实现计算机与教学平台的连接，图形化显示测量方案如图2所示，帮助学员理解可调直流电压与电机速度控制之间的关系，效果如图3所示。通过这种“即学即现”式教学模式，将抽象的专业理论通过课堂实验演示的方式进行呈现，及时开展课堂互动，使其代替烦琐的讲解，有助于活跃课堂气氛，提升教学效果。

（二）课上课下，为学员规划自主学习路径

随着电子技术的迅速发展，新器件、新电路、新概念和新方法不断涌现。教学内容既要注重经典理论的讲授，又要体现电子技术的发展，以及电子技术在相关专业领域的应用[4]。在教学中注意减少理论推导，突出基础性强、适用性强的知识点，增加广泛使用的新器件、新技术，如大规模集成芯片、EDA技术等内容，这样既能开阔学员的视野，又能增强学员学习的兴趣。

课程内容有深有浅、有增有减，以浓缩精华;课程分理论与实验，结构体系包含基础知识模块、基础技能模块、综合技能模块、能力拓展模块，这能为学员提供广阔的潜能发挥和创新的空间，使其具有解决工程问题的分析、论证和研究设计的能力。应从理论和实践两方面教学内容着手，为学员规划学习路径。

1.理论课要重视基础性，强调应用性，体现军队特色;在内容安排上，要精选经典，加强现代，跟踪学科前沿，引入军事装备中的应用实例，同时渗透交叉学科知识。围绕核心基础进行横向沟通和纵向整合，帮助学员建立结构化的知识体系。突出基础理论教学，思维方法、研究方法与核心技术应用训练，培养学员创造性地解决问题的能力。首先，打破专业界限，在研究各专业的共同基础和差异的基础上，构造课程第一层次共同的基础平台;其次，以第一层次的基础平台为基础，将分离后的其他部分内容与专业结合，作为第二层次的基础教学内容，针对不同专业学员开展教学;再次，采用开选修课的方式增加新内容，充实第二层次教学内容，满足不同学员与不同专业领域的迫切需求。如开设电子技术EDA、单片机技术应用等，使学员掌握本专业领域的新技术。

2.实践环节方面，针对第一、第二层次安排相应实践环节，实践环节由基础实验、综合设计、创新设计活动组成。重点培养学员的分析问题与解决问题的能力。

（1）基础实验。让学员建立工程系统的概念，包括了解电子线路的基本技能、基本方法及基本器件，使学员能验证基本电路，强化学员工程意识与基本操作技能，使其养成科学、规范的实验习惯;

（2）综合设计实验。主要培养学员设计能力和综合能力，使学员能综合运用课程知识，设计完整的电子系统，使学员能熟悉理论课上的知识点;

（3）创新设计实验。包括课程设计、毕业设计和电子设计竞赛。针对不同专业不同层次的学员，分类指导，因材施教，将信息电子装备中的典型电路引入实验教学，进一步丰富实验教学内容，培养学员综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，提高针对实际问题进行电子设计制作的能力，以达到创新能力及创新意识的提高。

五、结语

在整个教学过程中，均以学生为主体，通过课堂实验演示巩固教学内容，同时学生也可以在第一时间与理论学习同步，自行动手实践。让学生从被动接受变为主动学习，随时随地来完成课内外实验，开展创新项目开发、课程设计、毕业设计等相关内容。这种教学模式，拓宽了实验的时间、空间概念，既满足了学生的学习需求，又给他们自主安排学习时间留有余地，从而培养学员主动探究的学习习惯，实现课堂有效互动，提升教学效果。

参考文献

[1]叶朝辉，华成英，阎捷，秦俭.模拟电子技术实践创新能力培养的探索[J].实验技术与管理，2017，34（1）：29-32.

[2]董介春，于瑞涛，卫成兵.口袋实验室建设与实验教学改革[J].电气电子教学学报，2017，39（3）：133-135+147.

[3]朱桂萍，王帅国，宫晨，等.电路原理智慧实验系统的设计与实践—以清华大学“电路原理”实验课程为例[J].现代教育技术，2018，28（10）：107-112.

[4]余华，刘岚，姚敏，辜雪莲.虚—实结合实验云平台在“新工科”背景下的应用研究与实践—以TIMS远程在线实验系统为例[J].当代教育实践与教学研究，2020（6）：36-39.