基于逆向设计的“高频电子线路”教学探索与实践

张振宇，何 闯

(辽宁科技学院 电气与信息工程学院，辽宁 本溪 117004)

0 前言

“高频电子线路”是电子、通信工程专业的主要技术基础课，通过对高频条件下电子元器件和特性参数的再认识，使得学生掌握高频电路特点、结构、原理和分析方法。

然而传统的理论教学与实验教学相互割裂，理论教学过程中教师会演示包含主要知识点的幻灯片，同时穿插图片或视频并偶尔向学生提问，学生处于被动且积极性低的学习状态。实验教学由实验教师讲授实验方法、注意事项和分组要求，学生按照要求分组实验，很少主动提问且个别同学态度消极，没有真正掌握实验内容。因此传统的教学模式不利于培养学生的动手能力、创新能力和实践能力。

美国教育学者威金斯和迈克泰格的“逆向设计”理论为解决这些问题提供了很好的借鉴和思路。逆向设计的核心是“以终为始”，教师在教学活动中起着引导、帮助和评价作用。教师首先要确定预期结果，也就是学生在学习后达成的标准和目标。其次确定合适的评估证据，学生通过哪些真实的表现性任务证明自己达到了预期的目标。最后要考虑如何用最恰当的方式开展教学，要完成这些目标需要哪些材料和资源。

为改变传统的单一授课模式，促进理论教学与实验教学相结合，使学生更好地理解知识和实验内容。文章提出了“学”为中心、“教”为补充，运用“学思结合”进行研究性学习和创新性实验的逆向设计教学方法[1]，培养学生的综合素质、创新思维、批判性思维、实践能力和自主学习能力。

1 基于逆向设计的幅度调制解调教学方法

图1 基于逆向设计和目标导向的混合教学方法

文章将以幅度调制和矿石晶体管收音机设计为例，详细描述图1所示的教学方法以及学生在教师指导下学习、改进和提高的过程。

1.1 教师要明确教学目标和个性化辅导

首先要明确教学目标，要求学生掌握幅度调制的基本原理，理解载波信号、消息信号和调制信号等概念，搭建能够从调幅广播电台接收信息的矿石收音机。教师要了解学生是否向既定目标取得进展并评估知识的掌握程度。

其次根据目标进行逆向教学设计。教师引导学生复习电磁波、幅度调制和晶体无线电相关知识，强调这些模块是构成无线通信的基础，展示两个幅度相同但是频率不同的正弦波，频率高的是“载波信号”，频率低的是“输入信号”，调制信号由输入信号和载波信号相乘得到[2]。然后询问学生语音信号能不能作为输入信号以及能否用幅度调制发射语音信号。最后讲解收音机的原理图，询问学生能不能识别其中的部件，并根据学生的反应解释电路各个部件的工作原理。

接下来根据不同学生的特点，在教学方法、教学内容、实验项目、教学要求等方面因材施教。学生可通过课堂教学了解模拟通信的发展历史、系统构成、调制的优点、幅度调制、平方律解调以及同步解调的基本原理，而搭建收音机必须通过实验才能真正掌握，实验教学过程中教师要时刻监控并及时纠正。

1.2 扩充知识并提出挑战性目标

要求学生自行搜集资料制作一个简单的矿石收音机，使其可以收听调幅广播电台，以下是教师提供的典型实现方案。

材料包括一块三合板、一些细漆包线、发蓝的剃须刀片、安全别针、高阻耳机一个。首先用丙烷火炬喷射剃须刀片直到发出红光，把剃须刀片粘在一块木头上；其次将安全别针弯曲至约90度，将针尖端插入铅笔末端。接下来将安全别针的平端拧到板上，铅笔尖端应位于剃刀片上，并用一根电线连接到剃须刀片上，另一根电线连接安全引脚，同时将电线连接锗二极管。最后将收音机连接到天线和地面上，将铅笔尖拖到剃刀的不同部位直到听到信号[3]。

在实现基本的收音机功能后，要求学生思考如何使收音机的声音更大、能否用其他器件代替二极管以及如何增加矿石收音机的频道数等挑战性难题。

1.3 提供资源和学习机会

教师应提供必要的资源以便学生开展设计性学习，学生自行设计实验方案。教师需及时纠正学生的错误，指出容易出错的地方，鼓励学生学习新知识。矿石收音机测试成功后教师要提供评价标准，学生根据评价标准进一步优化方案，总结存在的不足以便相互评价和分享。

1.4 学生学习、完善和提高

学生要全面掌握幅度调制和矿石收音机设计知识，明确其中的重点和难点，了解挑战性任务以及如何实现；通过检索资料了解任务所需的知识和技能，制定切实可行的实现方案；实施过程中要做好记录，确认方案是否符合要求。老师要随时指导学生的作品，定期组织小组互评并分享各自的经验，引导学生反思和总结学习过程，根据讨论结果重新构建评价标准。学生要反复优化设计，直到得到满意的解决方案。

2 实施过程和结果

四名教师组成的教学团队参加了上述混合教学实验，为比较混合教学方法与传统教学方法的区别，将自愿参加实验的十六名学生分为四个实验组，每组选择一名同学作为组长，组内分工实施。其他同学仍然采用传统的教学方法，自发组成四组对照组。

教学团队统计了实验组和对照组互动次数，包括教师提问学生积极回答问题、学生发现问题并请老师指导、老师和学生共同讨论和分析问题三种类型。统计结果显示，实验组共有72次师生互动，而对照组只有25次师生互动，说明实验组同学的课堂参与程度较高，更乐于探索而不是被动地接受知识，另外上课玩手机或睡觉的人明显减少，知识接受度显著提高。实验组的学生都表示学习效果好于对照组，设计性学习的应用使课堂气氛更加活跃、轻松，师生互动显著增加，学生更积极思考和发现问题，乐于与老师讨论他们的想法。

设计任务结束后四组实验组和四组对照组同学均参加了考核答辩，学生演示作品并回答老师提出的问题。教师团队为四组实验组和四组对照组在实验中的表现打分，最高分为5分。综合学生互评成绩并排除极值，对照组平均分为3.1分，实验组平均分为4.2分，如图2所示。答辩结束后教师团队要求实验组和对照组的学生对自己在实验过程中的表现打分，实验班和对照班各取平均值。

图2 教师团队的评价

3 结语

文章在幅度调制和解调教学过程中应用了基于逆向设计的教学方法，在坚持课堂教学的同时，要求参与实验的学生设计矿石收音机，并完成若干挑战性任务；为验证教学效果，学生自愿组成实验组和对照组；最后师生的访谈和答辩证明了该教学方法的有效性。