“模拟电子技术”混合式教学改革与实践

李 科， 吴云志， 乐 毅， 张友华

(安徽农业大学 信息与计算机学院， 合肥 230036)

“模拟电子技术”(以下简称“模电”)课程的特点是理论与实践相结合，不仅是电子信息类专业学生的必修科目，也是一门重要的专业基础课。本课程的目标是使学生具有深厚的理论基础,同时培养学生较强的实际动手能力。其前修课程为“电路原理”, 在“模电”中要求学生能应用“电路原理”知识，熟练地分析电路和计算电路参数[1]。

本课程的教学对学生要求是：课前要预习课程内容并提出疑问和设想；课中逐步解开自己的疑问；课后多做习题以便更好地掌握课程知识。课程教学的目的是：使学生在掌握常用半导体器件和基本放大电路工作原理的基础上，熟练掌握参数估计的方法。会根据实际情况选用合适的放大电路，满足实际应用的要求。为后续的“高频电子线路”、“数字电路基础”以及“自动控制原理”等课程打好基础[2]。

1 问题与现状

1.1 “模电”教学存在的问题

“模电”课程内容离大学生活过于遥远，课程的枯燥乏味让学生难以提起学习兴趣，摆在教师面前的一个挑战就是如何让“模电”教学变得生动活泼，激发学生的学习热情。同时，该课程还面临学时被大量压缩的困难，以安徽农业大学通信工程专业为例，选用童诗白、华成英主编的《模拟电子技术基础(第五版)》为教材，学时和学分从原来的64学时、4学分缩减到56学时、3.5学分。因此，如何利用有限的时间达到预期的教学效果，是我们教学改革努力的方向。“模电”十分强调应用实践，但我校该课程的实验条件有限，仍然是在模块化实验箱上用导线连接的操作方式进行实验，本质上离不开验证性实验的范畴，往往在课程结束以后学生仍然缺乏掌握分析和解决实际问题的能力。因此，“模电”课程教学改革迫在眉睫。

1.2 教学改革的现状

目前有些高校在教学中仍然是以教师依靠PPT和板书讲授知识为主，学生处于被动接受倾听的传统教学模式，课堂缺乏互动性，这种方式压抑了学生的主观能动性和独立思维。近年来有很多高校都对“模拟电子技术”课程的教学改革进行了尝试：浙江大学的唐坤杰等[3]引入了“过程监控”，教师对学生的评价从单纯的考试转向整个学习过程，提高了教学效果和学生的综合能力；兰州理工大学李晓英等[4]利用网络教学工具雨课堂，通过网络实现了灵活、方便、快捷、实时的翻转课堂；清华大学的叶朝辉等[5]将“模拟电子技术”课程教学划分为四个层次，从基础知识到实例教学，着重培养学习的实践创新能力；渤海大学的张爱华等[6]通过设置多维度教学目标，设计创新启蒙篇及创新实践篇，有效实现专业教育与创新教育的融合；青岛滨海学院的刘爱等[7]提出小课题实验教学，通过实际操作加深了对器件的直观认识，锻炼了学生的综合实践能力；北京石油化工学院的晏湧[8]将“任务驱动”的思想应用在预习、讲解、复习环节中，提升了实验教学的效果；哈尔滨工程大学的王革思[9]通过融合课程特点研发优质教学资源，设计了开放式实验教学平台，有利于教学水平的提高。

综上所述，当前“模电”课程教学改革主要包括两个方面。一方面发挥网络优势，充分利用MOOC、雨课堂等网络资源，提高网络教学的趣味性和互动性。同时把Multisim仿真软件引入到“模电”理论教学中，通过理论课所学知识来设计仿真电路，反过来用仿真结果来加深对理论知识的理解[10]。另一方面加强模拟电子技术实验教学的比重，通过自主研发实验项目，创新改革实验内容，从而达到理论与实践相互驱动、相互补充的良好效果[11]。这两个方面都为“模拟电子技术”课程的完善和提高起到了推动作用。

2 “模电”混合式教学改革与实践

2.1 混合式教学的优势

在当前“新冠疫情”常态化管理的情况下，线上与线下混合式教学成为了全国高校主流的教学模式[12]。我们在教学中应当充分利用现代信息技术和网络资源进行信息化教学，同时通过师生研讨、课后答疑等启发式教学引导学生的积极思维，达到教与学互赢的目的。“线上教学”是一种不受空间、地域的限制的全天候教学方式，互动轻松，交流便捷，并带有一些寓教于乐的色彩，同时阻隔了“新冠疫情”传播的可能性[13]。“线下教学”已不再是传统的课堂讲授，而是利用线下这种面对面的机会，开展小组讨论和问题答疑，可在教室内开展师生互动。混合式教学将互联网教育与面授教育相结合，在时间和空间上开展教学活动[14]。目前，对混合教学的研究主要集中在创新的教育模式上，如小型私人在线课程(SPOC)、翻转课堂[15-16]等。然而，混合式教学在实际实施的过程中往往流于形式，仅仅将网络教学与课堂教学进行简单的叠加，忽视了两者之间的联系与融合。另外，混合式教学在小班形式下效果显著，大班授课时由于学生参与度不高，翻转课堂的灵活性难以得到体现。在这里，我们对课程进行了必要的创新改革：主要包括上课前的课程设计构思，上课时如何去具体实施，下课后如何巩固理论知识，以及最终成绩的评价标准四个方面。

2.2 “模电”混合式教学的课前设计

“模电”混合式教学的课前设计示于图1。在已了解本校学生的具备的基本素质、基本知识和学习态度的基础上，根据培养目标，打破传统教材的限制，重构和整合碎片化的知识点，梳理出符合学生学习情况的教学内容。利用思维导图的形式构建“模电”课程知识图谱[17]，把“模电”课程分为常用半导体、基本放大电路、集成运放电路、直流电源、信号运算和处理等。通过使用层次知识图谱建立知识点之间的联系，学生可以逐步培养系统思维。“模电”课程知识点散乱繁多，教师可以把重要的知识点设计成微任务服务于翻转课堂的教学，使用任务驱动的方法，学生被引导按先易后难的顺序完成微课的学习。在这个过程中，学生带着任务、带着目标去学习微课的内容，就会全神贯注认真聆听。而帮助学生将抽象概念、枯燥的理论有机结合，构建成系统的知识体系，是通过串联微任务设计和翻转课堂来实现的。

图1 “模电”混合式教学的课前设计

微课的特点是时间较短、内容精炼，制作的微视频时长一般不超过十分钟[18]。教师在讲解知识点时要语言流畅、吐字清晰，在设计PPT时应当突出重点，并配以背景音乐、操作示范等。教师不需要录制所有的微课视频，只需根据本校学生的学情，有针对性地录制部分适合本校学生使用的视频，而其余的视频可以在网络上筛选一些国内外著名大学共享的微课资源，如有必要的话可对视频进行剪辑。微课符合网络时代自主学习和个性化学习的需求。学生可以自由分配时间进行自主学习，遇到重点和难点时，还可以重复播放。它相比于传统的教学方式娱乐性强，能激发学生求知的兴趣。

2.3 基于学习通和腾讯会议的课中实施

基于学习通和腾讯会议的课中实施分为预习和翻转课堂两个部分(见图2)。在翻转课堂之前，教师预先在学习通上发布任务清单和思考题(见图3)，并提供微视频与电子课件，预习时间不宜太长，应当控制在1小时以内。学生可灵活选择预习时间，观看教师提供的学习资料，并将思考题答案以及在学习过程中遇到的问题反馈到学习通上。学生通过预习对本次课的内容有了一个初步的理解，接下来教师需要根据问题反馈的情况，集中梳理出一些共性问题，根据问题的类型组织课堂教学内容，布置课堂讨论任务。翻转课堂一般包括签到、集中讲授、专题研讨和个别答疑四个部分。签到、抢答、选人、分组等都可以采用学习通完成。教师首先对于课前预习的情况进行点评，集中解答学习过程中普遍出现的共性问题，之后将书本中的重点、难点知识向学生详细解析，最后再提出深层次的问题，引导学生开展小组专题研讨，激发学生的积极性，畅所欲言，各抒己见，使大部分学生更深入的掌握相关的知识。同时，要有意识的照顾到个别接受能力较慢的学生，为他们答疑解惑。

图2 混合式教学的课中实施

图3 发布任务

在实施混合式教学时，还应该注意以下几个问题：

(1)翻转课堂与传统教学之间的关系。并不是所有的“模电”课程内容都可以翻转。一般情况下，概念抽象、理论性强的内容不适合翻转，比如基本放大电路、放大电路中反馈等，而概念相对容易，应用较强的内容适合翻转，比如信号的运算和处理、波形的发生和信号的转换等。对于不适合翻转的内容，仍然采用传统的教学模式。传统教学和翻转课堂应根据教学进度交替进行。

(2)合理的安排分组。每个小组既有学习积极性高的学生，又有学习主动性弱的学生，组长采用轮换制，这样学生之间可以互相帮助，互相监督，共同进步。讨论时随机抽取小组和小组成员，小组各成员不仅要独立思考，而且要共同讨论，这样就能避免有些学生想要蒙混过关的现象。

(3)传统教学的实施。对于教师而言，出发点是激发学生兴趣，提高学生学习效率。因此要从学生的角度思考问题，用通俗的语言，深入浅出的解释概念和定义。在课堂教学时，教师可开启弹幕功能，把抢答题发布在学习通上，学生的答案会显示在屏幕上，教师给答对的学生加平时分，这种方式促进了师生的互动，提高了学生的积极性(如图4所示)。同时，可以把部分理论课程安排到实验室中进行，边讲解边实验，理论与实际相结合，让学生更加直观的理解和掌握晦涩难懂的概念。

图4 互动答疑

2.4 基于“模电”教学资源网站的课后巩固

课堂教学结束之后，知识的巩固阶段可以借助“模电”教学资源网站来完成。传统的课堂上，教师布置的作业以计算分析题为主。在“模电”教学资源网站上(如图5所示)，课后作业的形式变得更加丰富，除了测试题库外，还可以发布拓展性的资料阅读、总结笔记，以及实践性的电路仿真、案例设计、实物制作等。另外，还建设有知识导引、重难点解析、微视频、电子课件、讨论区、创新课题等板块。可以有助于进一步提升那些有能力的学生的技能，开拓他们的视野。

图5 “模电”教学资源网站

测试题库包括综合测试和基础测试，学生可自行选择测试内容，完成答题后自动提交，系统自动给出答案，并标明正确错误情况。根据测试的情况，学生再回头复习微课或电子课件，可以巩固上课所学知识并提高整体学习效果。通过阅读扩展资料，可以使学生了解模拟电子技术的历史和前沿。总结的重要性对于学习任何一门课程来说都是毋庸置疑的，就“模电”课程来说，知识点杂散，概念繁多，学生自己通过总结把所有内容串联起来，构建系统的知识。电路仿真是由Multisim软件提供虚拟仿真环境，包括电路分析实验和功能电路实验。学生将相应的成果拍照上传，或者带到线下课堂，由教师根据完成情况进行点评。所谓创新课题，是对“模电”课程的延展和提升，旨在通过大学生创新项目、专业竞赛等推进学生创新与实践能力的有效进展。

3 “过程监控”的评价与反馈

“过程监控”是一个全面客观地评价学生综合能力的全新模式。在这个模式中，对于学生的评价指标将从单纯的考试分数转变为结果与过程相结合。以学习通和“模电”教学资源网站为手段，以培养学生的创新思维和学习兴趣为导向，实施评价方式的改革。建立多元化的课程考核体系：平时作业20%、期末考试 30%、案例设计10%、课程讨论10%、仿真报告10%、线上测试20%。降低了期末考试的比例，重过程、轻结果。

从实践效果来看，大部分学生对混合式教学模式给与了高度肯定。从最近几个学期的成绩对比可以看出，混合式教学要优于其他两项。如图 6所示。

图6 不同教学方式成绩对比

分析其原因可能包括以下几个方面：第一，混合式教学是学生带着问题来上课，提高了学生自学能力。第二，线下教学除了集中面授之外，还增加了小组讨论和个别答疑，可以有效解决学生在电路仿真、实物制作过程中遇到的问题，促进了理论与实践的融合。第三，由于线上教学过程特别依赖学生的自觉性。如果学生难以自控，则可能会使线上教学流于形式，出现滥竽充数的情况。

4 结语

现代信息技术与创新教学方法的融合为教学改革提供了新的思路。本文分析了“模拟电子技术”教学中存在的问题和教学改革的现状。还就基于学习通和“模电”教学资源网站，从上课前的课程设计构思，上课时如何去具体实施，下课后如何巩固理论知识，以及最终成绩的评价标准四个方面，阐述了混合式教学的具体改革方案。该方案提高了学生的参与度和积极性，带来了全新的学习体验，也促进了教师的教育能力和教学水平的提高。但是，混合式教学过程中还存在一些问题，要求教师必须时常更新教育理念，掌握现代教学方法，努力提升教学效果。