多模态场景下的数字电子技术课程教学改革探讨

叶雪军 王金庭

数字电子技术课程教学需要面向“新工科”人才培养的需求，坚持学校一贯治学理念，从系统能力培养的角度出发，坚持“需求导向、创新驱动”，培养有思想、有能力、有担当的实践、实用、实干的工程技术人才。

一、课程地位

数字电子技术课程是信息类学科里非常重要的专业基础课程。随着科学技术的发展，计算机和电子技术在各个领域被广泛应用。各式新的处理器芯片和控制芯片陆续出现，这对高校数字电子技术课程的教学工作提出了新的要求。教学的基本框架应从计算机硬件系统和软件系统两大部分的组成、系统的基本概念、基本部件及功能实现着手，使学生对硬件系统的构成，及其各构成部件如何通过有机连接构成整机系统建立整体概念，并能够对其进行深入的理解与掌握，为计算机系统分析设计奠定基础。数字电子技术课程教学目的就是为学生打开计算机世界大门，吸引学生探索计算机的奥秘，认识搭建计算机系统最基本的逻辑门、组合逻辑部件（译码器和数据选择器）、时序逻辑部件（寄存器和计数器）等。

二、多模态教学模式

多模态教学模式是一种新兴的教学模式，通过五种感官渠道产生视觉模态、听觉模态、触觉模态、嗅觉模态和味觉模态。在教学过程中利用多种渠道、多种教学手段来调动学生的多种感官协同运作，以达到加深理解、强化记忆的目的。采用“线上线下混合教学+专家微课+小组自学讨论+翻转课堂+虚实结合实验+项目驱动”的多模态教学模式，将多种模态融合一体，充分调动学生的多模态认知。辅以科技热点跟踪、文献学习、PPT展示、研究报告撰写、第二课堂科研立项和参加大赛等教学环节，提高学生学习兴趣和教学效果。

数字电子技术课程作为基础性课程，各校都在不断探寻该课程新的教学模式，希望能够提高教学质量。然而，该课程教学长期以来都普遍存在“偏软轻硬”的现象。因为无论是传统的课堂板书模式还是动态PPT讲解的教学模式，都难以帮助学生更好地理解电路原理，难以激发学生学习兴趣，畏难情绪让学生“望硬生怕”。

各高校经过不断探索，坚持“需求导向、创新驱动”，教学内容上针对专业特点，注重与后续课程的支撑和衔接。教学模式上采用线上线下混合式教学、翻转课堂等，满足了现代大学生的个性化需求。实验模式上从传统的面包板模式、实验箱模式、虚拟仿真模式，到现在流行的口袋实验室模式，能够满足不同的教学需求[1-2]。通过多模态方式呈现教学内容，在静态的电路图、动态的仿真电路、可触的开发板和芯片中，实现数字电子技术教学模式的多元化和学生能力发展的多元化。

三、教学方式

随着时代的变迁，教学方式也需要不断改进，课程的教学和专业素养的培养都要符合教学对象的特点。目前，00后大学生普遍具有以下三个特点：第一，大部分学生比较宅，性格比较内向，合作精神不足；第二，喜欢循规蹈矩的生活，冒险精神、创新精神缺乏，这种性格特征与其从小到大接受的照本宣科、死记硬背的应试教育有所关联；第三，喜欢玩手机，信息技术的飞速发展使00后从小就接触电子产品，生活学习各方面都以手机为中心。基于这三点，为数字电子技术课程的教学改革提出两点建议，以期提高学生课堂参与率，提高教师和学生互动率，从而提升学生对数字电子技术课程的兴趣。

（一）线上线下混合式教学

现代教学从以教师为中心逐渐向以学生为中心转变，向课堂讲授模式的多样化方向发展。2000年之前，教学活动多采用传统模式——板书模式，要求教师不仅要讲课一流，写黑板字和画图技艺也要精湛。随着信息技术的发展，现代信息技术在各高校课堂教学中被普遍使用，如利用PPT进行授课。教师的PPT做得越来越精美，加上各种动画和音效，能够在很大程度上吸引学生的注意力，教学效果获得极大提升。然而，00后大学生从小就开始接触动画和手机游戏，对此已经毫无新奇感，再加上部分课程的难度较高，这种教学方式难以满足新时代大学生的需求。近年开发的线上教学平台，比如学习通、雨课堂等，促使线上线下相结合的教学模式出现。这种教学模式将板书模式、PPT模式等各种教学模式充分结合，使学生成为课堂的主人。教师还能通过先进的教学技术在课前、课中、课后引导学生不断思考，由浅入深地进行学习，培养学生发现问题、解决问题的工程思维。通过课堂模式的不断变化，有效利用翻转课堂，让学生成为课堂主体，通过提出问题—学生讨论—分析问题—找出最终解决方案的教学模式，充分提高学生的课堂参与度和学习热情，激励学生大胆表达自己的观点，提升学生的表达能力。

将基础理论知识放到线上供学生自主学习，通过线上精准监测，线下组织讨论，拓展课程的广度和深度，提升学生自主探究、内化知识的能力[3]。有的教师通过线上平台设置任务，要求学生在规定时间内完成任务，但是收效甚微，因为在无监督的情况下，学生只是在机械地完成任务，难以完成知识的内化。而在线下通过各种教学模式，能够不断激发学生的兴趣和好奇心，及时解答学生在学习过程中遇到的问题，引导学生将知识内化。线上线下混合式教学，能够达到培养学生学习能力、思考能力等目标。实践证明，在线下进行课上考勤、课堂讨论、现场答疑、分析错题，在线上设置教学任务点，并配合PPT进行教学，能够在很大程度上提升教学效果。学生课上听课，课下温习。对于学生的课后作业，采用教师批改、生生互改等方法，督促学生按教学进度完成知识点的学习。通过在线教学平台的督学功能，把握学生学习的过程，加强过程管理，达到了预期的教学效果。

（二）项目驱动式教学

专业知识学习如果只是纸上谈兵，就会寡然无味。理论指导实践，实践出真知，教师要引导学生进行项目式学习，将理论与实践相结合。教师通过积极参加教育部组织的各种教学研讨会和技术头部公司组织的技术交流会，不断了解前沿技术，指导学生参加各类专业比赛，并将往届获奖的比赛作品带到课堂上，让学生分析作品的特点和不足之处，引发学生思考，向学生传输“技术改变生活”的思想，鼓励学生在生活中寻找项目，通过项目驱动，激发学生主观能动性和探究积极性，提升教学效果。

四、教学创新

（一）以OBE为导向共建一流课程

电子信息类专业和计算机类专业的培养目标和工程认证的指标点不同，在教学目标与内容、教学方法和策略上有所不同，教学的侧重点也有所不同。

电子信息类专业的培养目标为培养学生分析问题的能力、解决问题的能力和研究能力。对应的三个毕业要求指标点包括：掌握分析电子信息软硬件系统所需的数学和自然科学知识，具有对系统数学模型求解的能力；掌握设计实际工程问题解决方案所需要的电子信息工程方面的专业知识和技术手段；掌握研究电子信息实际工程问题所需的基础理论知识。需要达成的课程目标包括：学生能够系统地掌握数字电路的基本知识、基本理论和基本实验技能，为后续课程的进一步学习打下良好基础；掌握数字电路的分析和设计方法，以及常用数字集成电路的应用，具备解决实际问题的能力；了解并能够简单运用大规模以及超大规模数字集成电路的基本原理；具备自我探索、自主学习能力和能借助芯片资料应用新数字集成器件的能力。

电子信息类专业的涉及面相对较宽，因此，在组织教学内容时，不仅要注重数字电路在各种电子系统中的应用，还要注重门电路、AD和DA电路等的内部结构、工作原理和性能指标参数等。

计算机类专业的培养目标是使学生掌握工程知识，具有设计工程问题解决方案和使用现代研发工具的能力。对应的三个毕业要求指标点包括：具备扎实的计算机工程基础知识，了解通过计算机解决复杂工程问题的基本方法，并遵循复杂系统开发的工程化基本要求；理解计算机硬件系统（从数字电路、计算机组成到微机接口技术）的基本理论与设计方法；在工程问题的预测、建模、模拟或解决过程中，能够选择并使用恰当的技术、软硬件及系统资源、现代工程研发工具，解决复杂工程问题。需要达成的课程目标包括：学生能够系统地掌握数字电路的基本知识、基本理论和实验的基本技能，具备工程思维和数字系统工程开发的能力；掌握数字电路的分析和设计方法，常用计算机功能部件的工作原理和应用，具备计算机系统设计的能力；了解数字集成电路的开发设计方法和工具；具备自我探索和自主学习能力，借助芯片资料应用新数字集成器件的能力。

计算机类专业的教学内容基于计算机的多级层次结构，从计算机最底层的逻辑门入手，到中规模集成组合器件和时序器件，加深学生对计算机硬件和软件系统的理解，为后续计算机原理学习和CPU设计奠定基础。

（二）建设虚实结合的教学实践平台

教师要引导学生将课程理论和实践充分结合，在实践环节采用多种实验模式。一方面，采用传统实验箱模式和面包板模式，让学生从识别器件入手，综合培养学生查阅芯片手册、选用芯片、功能测试、设计电路、调试电路等工程实践能力，培养学生工程创新意识与科学探究思维；另一方面，采用常用的仿真设计软件，如Multisim、Logisim等，让学生在不受器件仪器限制的情况下，自由发挥，提高学生设计能力和创新能力。线上教学平台为了引导学生自主实验，不仅提供仿真平台、各实验项目的指导和实验步骤，还提供了工程要求的芯片的资料，全面锻炼学生的数字电路分析和设计的能力，提高学生的动手能力和分析能力，为学生后续课程的学习、科研立项、参加设计大赛等打下坚实基础。

（三）多元评测

数字电子技术课程评测方式多元化，总评成绩=试卷分数×0.5+自主学习分数×0.35+作业分数×0.15。除了期末考试笔试外，自主学习部分考量两方面：能力目标和素质目标。能力目标体现在课前预习、观看学习通上的教学视频、课后复习、线上测试、期中测试等；素质目标体现在课堂活动上，包括课堂签到、抢答、随堂练习、分组讨论、演讲、制作设计演示视频、合作完成学习任务等。作业部分考查学生的理论掌握水平和实操能力，包括分析、设计电路的能力和搭建、调试电路的能力。学生所有的学习过程都记录在学习通上，并实时更新。全方位考量学生能力，并加强过程管理，督促和激励学生学在平时，享受学习过程。

五、教学效果

作为校级精品资源共享课，数字电子技术课程教学团队在教学内容、教学方法、实验模式、评测方式等方面不断探索：团队5年12人次获教学优秀奖；主持和参与教育部协同育人、省级教研和省教育科学规划项目10余项；出版教材2部；指导学生在全国大学生电子设计竞赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛等学科竞赛中获国家级奖50余项、省级奖200余项；指导学生获国家级和省级创新项目立项20余项，申请授权专利10余项。数字电子技术课程教学团队在本校软件工程专业和计算机科学与技术专业国家级一流本科专业建设点，电子信息工程专业省级一流本科专业建设点中发挥着重要作用。

综上所述，在以OBE（Outcome based education）为导向的课程改革中，数字电子技术课程教学团队搭建了一个教学资源共享、师生沟通交流、学生成果展示的平台，搭建了一个教学过程监督和管理的平台，充分运用线上平台，线上线下相结合，不断改进教学模式和教学方式，根据教学内容以多模态视角选择教学方法。多元化的教学方法提高了课堂效率和教学质量，完成了教学目标。