新工科背景下“数字电子技术”实验教学改革实证研究

张平娟，闫改珍，王 岳

（安徽科技学院 电气与电子工程学院，安徽 蚌埠 233100）

2018年教育部发布《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，其遵循三大基本原则：一是突出学生中心，注重激发学生的学习兴趣和潜能，创新形式、改革教法、强化实践；二是突出产出导向，优化课程设置，更新教学内容，切实提高人才培养的目标达成度；三是突出持续改进，及时评价、及时反馈、持续改进［1］。这三项原则，为本科教学质量提升指明了路径和方向。“数字电子技术”课程是电子信息工程本科专业的一门重要专业基础课程，在专业人才培养过程中起到承上启下的作用，具有很强的实践性、理论性。其中数字电子技术实验是数字电子技术课程中的重要组成部分，对提升学生理论学习的积极性、提高学生的实践动手能力、促进学生后续课程的学习和专业能力的培养发挥着重要作用。然而，随着信息技术的飞速发展，传统的数字电子技术实验课教学模式已经不能适应现实需求，教学手段不够丰富、教学内容局限性较大以及课程考核不够科学等问题愈显突出。鉴于此，本文拟对传统“数字电子技术实验”教学模式状况进行分析，挖掘症结所在，探寻改革方案，以期实现以新的教学模式推进学生学习自主性的提高、知识视野拓展、课堂学习效率的提高、增强教学效果评价的客观性以及综合能力的提升。

一、传统“数字电子技术实验”教学模式状况分析

传统教学模式状况可以从教学内容、教学方式、教学手段和考核方式等方面进行分析，如图1所示。在传统教学模式下，实验教学教师首先提前布置任务，发布实验内容，学生根据课程实验指导书进行实验前的预习，然后在课堂上以板书的形式将课程实验内容和方法步骤列出，然后进行实验演示；学生再根据实验演示和实验步骤进行接线操作，记录数据，比照实验结果。在教学内容上，以验证性、综合性、设计性为主要特征，创新型和挑战度较低；在教学方式上，以线下为主，学生被动式学习，灌输式接受知识，学生积极性不高；在教学手段上，以传统手段为主，局限性较大，比如由于板书受时间和板面限制，现场实验演示展示面较窄，课堂效率较低；在考核方式上，以实际操作和实验报告为主，在一定程度上忽视了过程性考核，科学性较差。因此，传统教学模式虽能够完成课程的基本任务，但在激发学生主动性、积极性和提升学生创新意识方面仍然存在不足。

图1 传统“数字电子技术实验”课教学模式分析

二、“数字电子技术实验”改革实施

对数字电子技术实验课程改革而言，现代信息技术的发展是改革机遇更是动力［2］。课程改革针对性地从教学模式、教学手段、教学内容和考核方式等方面进行，运用“超星学习通”“雨课堂”等平台，采取线上线下相结合的方式进行，在课前、课中和课后采取多样化的教学手段，从验证性、综合性、设计性三个方面对数字电子技术课程的教学内容进行优化，强化过程性考核，实行综合性评价。如图2所示。

图2 改革后的实验教学

（一）线上线下混合教学方式

采用线上演示与线下实验室操作相结合的方式，实施线上线下混合式教学。学生可以通过手机或电脑等终端设备随时随地打开线上课程进行学习。实验课教师在实施面授的课堂教学方法时自由度更大，授课时可及时掌握学生课前预习的完成情况，以便于开展有针对性的个性化指导［3］。通过对学生在线测试和学习动态的统计，教师可以全面把握学生的学习情况，进行动态跟踪，及时提醒学生完成预习和复习。教师实时线上对学生的预习引导，明确课前预习的重点，对学生困惑的知识点进行点对点的答疑解惑，师生通过教学平台在线交流，增强过程性指导［4］。

（二）多样化的教学手段

教学全程包括课前、课中和课后三个阶段，充分的师生课前准备是整个教学过程取得良好效果的基础。“课前”效果好，会带给学生一个丰富的知识预见，增强学生课中学习的积极性和自信心，易于集中精力，提升学生个人课堂思维与教师授课节奏的粘性。此外，良好的“课前”阶段也会因学生的“课中”积极效果，增加教师授课的“宽度”，激发教师授课激情，促进师生同频共振。

课前：教师通过“超星学习通”平台，利用MOOC视频或者自行录制实验操作视频，将视频和相关理论知识作为任务点进行发布，督促学生提前复习相关知识点，熟悉实验的目的、原理、内容和实验的步骤。优势在于视频可回放，重复观看，且能以最佳视角观看操作过程，学习效果更好。同时，学生预习过程中对电路实验内容在仿真上搭建电路并进行实验仿真，能够促进学生对知识更深入的掌握。在此过程中，教师可以将重要知识点以问题的方式嵌入到任务点中，测试学生学习进程和理解程度。

课中：由于已有前期预习，明确了目标，学生会带着问题进入实验室，对设计的电路进行仿真或搭建，验证原理和创新设计的合理性，因此实验课上可以完成更多的实验项目，提升实验训练效率。一方面，教师在实验课上改变传统的“手把手”指导学生如何操作的模式，采取给出建议的方式对个别在实验中遇到难题的学生实行个性化指导。另一方面，教师在学生的实验过程中也可以实时掌握每位学生的动手能力，可对学生进行过程考核。完成实验操作后，学生记录实验数据、完成实验电路图的绘制，及时将实验过程和实验现象拍下照片、视频发至学习通平台，用于课后教师批阅和阶段性测验。基于此，实验课上教师能集中精力关注更多学生，掌握学生的情感和学习态度，做到及时沟通。

课后：学生对实验过程进行总结，对在实验过程中出现的具体问题进行统计、归纳，对实验结果进行分析，完成实验报告。利用学习通平台提交实验报告，提高了学习效率，减少了学生手写或打印环节，训练学生处理电子文档的能力，方便存取，节约纸张［5］。同时，平台预设的格式化表格，有助于学生规范文字表达，养成严谨的思维习惯，提升科学研究素养。

（三）优化实验内容

引入信息化教学平台和电路仿真软件，根据数字电子技术课程的教学内容，将实验内容分为验证性、综合性、设计性三个部分［6］。验证性实验内容是学生需要熟知和掌握的常用集成门电路、加法器、编码器、译码器、触发器、计数器、数据选择器等中规模集成电路的功能和使用方法，通过实验告知学生一个预知的实验结果的正确性，达到训练学生实验操作和数据处理的能力；综合性实验是内容涉及该门课程综合知识的实验，是在验证性实验完成的基础上，利用多个器件进行组合，构成具有一定功能的小型数字系统，且能对此系统电路进行仿真和搭建并测试其功能；设计性实验是指预设实验目的，假定实验要求和条件，由实验教师确定实验题目或目标，学生充分发挥个人创造性能力而开展的一种实验方式。在数字电子技术实验课中，该实验利用组合电路和时序电路完成一个给定功能的电路，从设计原理到器件的选择再到电路的搭建和仿真，有效提升了学生学习的参与度和积极性，实现全面训练学生利用所学理论知识解决实际问题的实践能力，培养理论联系实际的应用型人才。

（四）过程性综合评价

实践表明，实验过程能够在一定程度上体现出学生学习的态度。根据《数字电子技术教学大纲》的要求，该课程实验部分占课程成绩15%的比重，改革后的实验成绩从考勤、课前预习、实际操作、测验和报告等五个部分全方位进行赋分［7］，实现对学生的多角度、全方位、立体式、综合性评价。具体组成为：一是考勤和完成线上线下考勤与线上学习任务情况；二是预习和作业完成及分析计算；三是测验和利用正确的理论解决测验问题；四是实验和实验操作、数据可靠性、分析与结论；五是报告和实验表述、格式、数据与电路。通过以上五项内容分权重值的合理设置，具体标准可设为5挡，分别是A（90分～100分），B（80分～89分），C（70分～79分），D（60分～69分），低于60分定位E档。可见，考核标准的具体量化促进了教学评价方式更加客观、科学和精准。信息化平台的统计与存储功能，将学生的实验课程考核结果计入学生在数字电子技术课程的综合成绩中，有效增强学生对课程实验内容的重视程度［8］。

表1 考核环节及质量评分标准

三、教学改革实证分析

“数字电子技术实验”按照国家标准进行深入教学改革，以提高学生课程学习兴趣为重要着力点，在调动学生学习的积极性主动性上下功夫，改变了传统的“填鸭式”教学模式，增强了学生自主思考的能力，建立了师生实时有效沟通的良性机制，在提高人才培养的综合能力上实现了新的探索［9］(P98)。为观测课程改革效果，课程组按照“数字电子技术实验”改革的实际举措，进行了调查分析。课程组以进行了数字电子技术实验改革实践的安徽科技学院电子信息工程专业学生和电气工程及其自动化专业学生为对象，对2018级共206名学生做了问卷调查。调查共发放调查问卷206份，回收有效问卷191份，有效率为92.7%，属于可接受范围。问卷内容涉及学习自主性、知识视野、课堂效率、教学效果评价以及综合能力提升等方面，共拟定9个选项，剔除了相关性较弱的选项，保留6个选项，调查结果如表2所示。对比了数字电子技术实验改革实践和未进行改革的专业教学效果发现，改革之后的课程成绩和学科竞赛结果明显优于改革之前的数据。如图3、表3所示。

表3 “数字电子技术实验”教学改革前后学生参与学生竞赛获奖情况统计表

图3 “数字电子技术实验”教学改革前后课程成绩对比

表2 数字电子技术实验教学改革调查

（一）“数字电子技术实验”教学改革在提升学生学习自主性上有较大促进作用

从调查数据来看，学生在是与否之间做出的选择差距是显著的，说明学生对比改革前后实验课程的学习体会容易产生比较明确的感受，这是因为即使比较的对象不是同一门实验课程，学生还是会在一定程度上产生比较直观的理性判断［10］(P352)。从表2中“增强学习自主性”和“转变学习状态”相关选项的问卷统计数据来看，认可“数字电子技术实验教学改革后的教学增强了自己学习自主性”的占比为86.39%，认为“学习状态有所转变”的占比为75.92%，这说明数字电子技术实验教学改革在一定程度上提高了学生学习的动力。

（二）“数字电子技术实验”教学改革拓宽了学生视野，丰富了知识面，提高了综合能力

改革后的数字电子技术实验教学采用的线上线下相结合的混合式教学模式丰富了课程教学资源，以课前知识延展为基本要求，增加了课程相关知识的接触面。丰富的理论知识与具体操作紧密结合，增强了学生实践训练技能，提升了学生创新思维和创新意识，学生综合能力得到了全面发展［11］。从表2中“知识面拓展”和“综合能力提升”调查结果看，83.77%的学生认为个人知识面得到了提升，69.63%的学生认为个人综合能力有了一定改善。由此可知，改革后多种教学方法的运用，特别是以增强学生动手能力为主要目标的实践操作训练对提升学生综合能力发挥着一定的积极作用，而学生视野的开拓及知识面的丰富，既是综合能力提升的主导因素同时也是表征。

（三）教学改革及其评价方式改变提高了教学质量和学习效果

统计206名调查对象的数字电子技术实验期末成绩发现，与该门课程采用传统模式教学的2017级同一专业学生成绩相比较有了一定提升，这可能与学风甚至不同教师之间教学能力的差别有关，但结合学生学习积极性及学习状态来看，又从一定程度上反映出教学改革及其评价方式改变对学生成绩的提升作用。调查统计显示，72.77%的学生认为成绩评价方式有效激励了平时的课程学习，更有利于提高学习效果；82.72%的调查对象认为，经过教学改革及其评价方式改变，教学质量和效率得到了提高。调查数据从侧面反映出，强化过程性考核的数字电子技术实验评价方式，更易得到学生的认可，提升学生学习效果。另外，图3和表3数据中的学生学习成绩和获奖情况统计结果，无论是分不同年级还是从学生总体看，均表现出显著差别。在2016至2019级的1 093名学生中，未进行数字电子技术实验教学改革的专业中的545名学生，有过省级以上获奖的学生比例为4.40%；进行数字电子技术实验教学改革的专业中的548名学生，有过省级以上获奖的学生比例为6.20%。这种教学效果的差异，反映出教学改革及其评价方式的改变提高了教学质量和学习效果。

四、总 结

“数字电子技术实验”作为电子信息工程专业基础课程“数字电子技术”的重要部分，在实践中通过改变传统教学方式、优化教学内容、引入信息化教学平台，进行了深入的教学改革。调查数据显示，改革后的新型教学模式有效增强了学生学习意识、提升了学生学习主动性、激发了学生学习兴趣、培养了学生创新意识和创新能力，对学生参与各类学科竞赛、提升后续相关课程的学习效果具有明显的促进作用［12］(P152)。同时，数字电子技术实验课程的学习提高了学生对专业的认同度，为筑牢学生的工匠精神奠定了良好基础，在应用型人才培养上实践了新的探索之路。对比改革前后的数据可以发现，课程组在试行的新型教学模式上取得了一定成效，这也是数字电子技术实验课改革研究所希望实现的目标，但不可否认的是，这种尝试存在一定的不足。如过多的过程性考核增加了教师的工作量，势必影响教师对课程教学的精力投入，较大比例的线上学习内容，导致学生形成对电子产品的强烈依赖，弱化了学生在现实生活中的语言表达和沟通交往能力，而这项能力又是新时代人才培养的重要维度之一。新时代的教育要牢记教育初心，落实立德树人根本任务，坚持问题导向，以久久为功的定力不断优化教学内容，提供优质教育资源，满足人民对美好教育的新期待新要求。