基于智慧课堂的线上线下混合式教学改革与实践

汪海波　樊敏　鲁世斌　杨金

摘 要：本文分析了智慧课堂线上线下混合教学模式的理论，详细解读了各个环节的内涵要求。以数字电子技术基础课程为例，改革传统教学方式，重新设计了教学各环节要素，包括教学理念、教学手段、教学模式、教学质量评价体系，并在教学中融入课程思政；以异步清零法设计计数器的内容作为具体案例，再现了其教学应用。这种教学模式在课前、课中、课后能全方位、多角度的、实时的跟踪学生的学习进展。经过4个学期的实践显示，学生的成绩得到了明显的提高，教学效果明显提升。

关键词：智慧课堂；数字电路技术；混合式教学

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）04-0095-05

引言

教育变革是信息时代发展的必然产物，教育信息化、智能化作为新兴教育模式的一种，正逐渐打破传统的单一传统课堂模式，突破“时空限制”，让教育资源的空间得到无限延伸，强调教与学的“双向”输送，让“以学生为本”的人才培养目标更全面的实现[1]。教育教学改革一直在路上，如何更全面、更高效地整合教育资源，牵引信息化教育，具体实施手段是一线教师值得深究和探讨的长远课题。

线上线下混合式教学是利用信息技术，将课堂延伸到网络终端，在传统课堂面对面教学的基础上，结合网络教学平台的教学资源和空间，利用先进的教学工具和方法进行优势融合的教学方式。线上线下混合式教学具有交互性、信息化、便捷化、真正服务于教学目标和课堂教学的特点，在现代高等教育教学中被广泛应用。

数字电子技术基础课程是电子信息类专业必修的专业基础课程，具有数学和物理基础知识多、逻辑思维严谨、应用性强的特点[2，3]。采用传统填鸭式的教学模式教学效果差，不能满足學生的学习需求。

本文以数字电子技术基础课程为例，针对传统课堂教学的痛点，深入分析线上线下混合教学的内涵，基于省级优秀在线课程、省级精品线下开放课程建设，依托“超星学习通”线上教学平台，设计智慧课堂新型教学模式，采用线上、线下混合式教学手段，切实做到以学生为中心，提高教学质量，打造新时代的新课堂。

1 传统课程教学痛点分析

目前传统教学的现状如图1所示。教学手段以板书和ppt为主，进行教导式教学；教学内容以某本或某些教材为主，结合习题进行补充；教学模式以理论教学为主，加上少量实验，对知识进行灌输；考核方式采用期末理论考试为主，结合课堂考勤。

课程教学现状造成很多的问题：（1）教学形式落后。传统教学形式是以教师主导的讲授式教学、学生被动地接受式学习的方式，互动不足，课堂气氛沉闷，教学效果差。（2）学生内驱力不够。学生既不知道学了这个知识点、这门课，在将来的工作和学习里有什么用，也不知道通过这门课的学习，自己具体在哪些方面的能力可以得到提升。缺乏学习热情，没有学习自主性。（3）线下（课堂）课时有限。本课程课时往往小于64学时，难以在有限的时间内向学生传递更多的前沿知识。（4）部分教学内容陈旧，跟不上时代发展。一些由于技术发展而很少使用的知识依然在教学大纲中，一些在科研与产业中广泛应用的知识却强调不够。（5）理论与实践结合不够。理论课与实验课是分开进行，学生缺少实践机会。（6）考核模式单一。学生成绩主要由期末的闭卷考试决定，过程性考核不够全面且缺乏监督体系，不能更好地调动学生积极性。

2 基于智慧课堂的线上、线下混合式教学分析与改革设计

针对传统教学中存在的上述问题，需要进行较为彻底的改革。基于智慧课堂，的线上、线下混合式教学是变革的一个方案。是结合现代电子信息技术，将教学涉及的各个环节进行改变。如图2所示，列举出了6个方面，包括教学理念、教学内容、教学手段、教学模式和教学质量评价，每个方面都有相应的变革要求。需要注意的是，线上、线下混合式教学，不能独立的把线上和线下割裂开来，他们是教学技术进步下的教育观念的转变和提升，是有机的整体和统一，为切实做到实现课程的“高阶性”和“创新性”而服务[4，5]。

针对这些方面，需要深入分析其内涵，详细讨论教学过程中的每个环节的含义和要求。

2.1 教学理念的转变

作为理工科的基础课程，如何更好地以学生为中心，提高学生学习兴趣，内化所学知识，在“知其然，更知其所以然”的学习过程中追寻探索精神和创新精神[6]，是课程组一直以来的目标和改革理念。

坚持立德树人，深入贯彻执行以学生为中心的根本宗旨，鼓励师生既要追求真理、善于学习，又要勇于实践，敢于创新的精神。以学生为中心，落实“知识、能力、情感”三位一体的教学目标。

2.2 教学内容的重构

改革需要对陈旧的知识体系和教学内容进行梳理研究，根据基础知识和技术发展进行分类，按照知识点的难易、理论与实践的不同，做到不同类别的知识点有针对性地制定不同教学方法，进行线上、线下两条腿走路，改变传统的教学模式，并做到知识点与时俱进，适合学生的学习节奏，提高学生学习的自主性和学习效率。

以异步清零法设计计数器为例，教学内容中减少小规模器件芯片的分析与设计讲解，重点讲解中规模集成芯片的分析与设计，着重分析清零的时机与条件，从不同角度解释难点内容“瞬时状态”，并让学生自我总结异步清零法的设计规律。教学中辅助软件仿真和实物演示，让学生分组讨论并验证电路方案。

2.3 教学模式改革

传统的教学模式过于单一，无法充分吸引学生的注意力，更好的理解抽象难懂的知识点。借助现代信息化教学手段，利用线上资源的丰富性和多样性，进行传统授课与网络教学相结合的线上、线下混合式教学模式，如图3所示。

课前，依托“超星学习通平台”进行课程导学，教师提前在平台发布学习资料和学习任务，并时刻监督学生们的学习；根据线上学习轨迹和反馈，教师可以更好地掌握学生的学习情况，制定针对性的教学方案指导课堂教学。

课中，教师要联动线上教学，做好学生学习的引导者和教学设计者的角色。采用翻转课堂的形式，针对课前收集的学生在线学习情况及测试情况反馈，针对出现问题较多的地方，合理分组，组织学生进行自由的交流和小组讨论，辅助学生提炼核心问题，进行引导式、案例式讲解，在讲解的过程中，要充分利用智慧平台、多媒体、板书、软件仿真以及实物演示操作，大幅度提高学生的学习兴趣和主观能动性。

同时，作为高新技术的基础专业课，积极展示跟国家民族命运息息相关的科研动态，润物无声地课程引导、讲授、演示中充分融入课程思政教学。

课后，需要学生对课堂所学知识进行强化，给学生布置综合性的知识点进行知识巩固，并附加具有一定挑战度的拓展问题，引导学生对问题深度思考。启发学生在思考中寻找知识点的内在规律，并进行有效迁移，取得举一反三的效果。在完成任务时，教授学生查阅相关文献，在智慧课堂平台进行问题交流、讨论，由单一讲授转变为引导、传授、研究三位一体的新型教学模式，使教学具有多样性、灵活性，能更好地提高学生学习的自主性和独立性。

2.4 闭环的教学质量评价体系

基于“多元化—重过程—考能力”的考核方式，设计“理论与实践并重、自评与他评相结合、结果与过程相结合”的教学评价方法，加强对学生课堂内外、线上线下闭环管理的评价体系。通过目标导向充分调动学生积极性，优化知识、能力和综合素质考核评价措施，建立融入大国工匠精神、职业道德、敬业精神、自我认知、团队合作等体现课程思政元素的评价体系。

以往的数字电子技术基础课程考核方式以期末考试为主，平时课堂考勤和作业占比30%，期末理论考试占比70%。改革后的期末考试，在百分制模式下，考核形式为终结性考核占比50%，增加过程性考核占比（50%）。過程性考核采用多个指标：（1）学习态度；（2）作业；（3）课堂表现；（4）学生自评与互评（打破传统的教师作为单一考评人的局面，实现评价主体多元化）。终结性考核为期末理论考试，如表1所示。

通过平台数据，教师在总体上可以获得学生的学习情况，但仍显不够，还需获得教学情况反馈，及时纠正教学行为，基于此，课程组针对每个教学班级制作了反馈问卷，统计教学情况，使教与学形成闭环。

3 混合式教学改革具体实施案例

以数字电子技术基础课程中异步清零法设计计数器小节为例，重新设计了教学方案，从课前、课中和课后三个方面应用智慧课堂线上线下混合教学方式。

3.1 课前导学

课前通过“超星学习通平台”提前发布预习任务点，包括本节教学大纲、知识点视频、多媒体、信号仿真、自测题和讨论题，明确重点与难点。学生通过在线观看网络课件、仿真动画及视频先行自主学习，完成对应的测试题和思考题，在线留下学习“足迹”，并记录自行学习中存在和发现的问题，带着问题走入即将开始的课堂。教师可以随时随地在线答疑，跟踪学情，收集学习中存在的和发现的问题，有的放矢地调整备课的重点和进度，做到有针对性地走进课堂。

3.2 课堂面对面教学

上课前，使用5分钟时间在平台上签到。然后利用翻转课堂，让学生分组自行汇报，如图4所示，74LS161的逻辑功能表，这是本节的重点内容，也是异步清零法的基础。此举不仅检查了学生的自学效果，也让学生将知识内化，极大地提本节课的教学效果。

线上平台自动生成图形报告与课前测试情况反馈，教师将测试题的对错情况反馈给学生，针对错误较多的题目进行分析。混合式教学需要线上、线下联动，针对问题，合理组织学生进行分组讨论；利用案例式教学法，分析案例中计数器模值，在分析的同时引入新知识并进行重点与难点的讲授，在讲授过程中，合理利用并设计板书，结合多媒体教学，通过选人、投票等环节让学生的注意力始终保持在课堂上。同时，做好学习引导者和教学设计者的角色。

演示例题给出图如5所示的电路，分别通过软件设计成仿真电路和利用电路板连接成实际电路，用以对比观察计数器状态数，统计计数模值。现场演示或播放提前录制的视频，可以更加直观的展示计数器工作过程，让学生更容易理解和消化，也更容易提高学生学习兴趣，掌握所学知识点。

在演示过程中，强调瞬时状态存在但不可见（难点）。并让学生再次做预习测试中错误率较高的相关题目，从而引导学生遇到问题，解决问题的能力。

在教学过程中，给学生留时间进行演练和讨论，在指导学生操作时，强调细致、严谨的重要性，并举出1986年美国“挑战者”号由于微小失误引发巨大损失的反例，引入课程思政内容、教育引导学生树立爱国主义思想和科技强国精神。

鼓励学生要在温故知新的基础上开拓创新思维。结合本知识点，学会结合前期学过的组合逻辑电路与时序逻辑电路，进行稍复杂数字系统电路学习研究，引导学生对计数器驱动译码器实现的8位跑马灯进行思考与分析，如图6所示。

另外，让学生学习之余了解本小节知识的前沿应用，比如什么是FPGA？什么是Verilog数字系统设计？展示跟国家命运息息相关的科研动态。利用国产FPGA市场占有率不高、高端FPGA依然依赖进口以及用美国对华为的制裁等前沿动态激发学生树立科技兴国、科技报国的使命。

3.3 课后巩固提高

课后为了让学生对课堂所学知识巩固提高，进一步在平台布置综合性及具有一定挑战度的拓展习题，引导学生对知识点的深度思考。

（1）如何使得用74LS161芯片设计的异步清零电路更加简单或者具有内在规律？

（2）如何采用74LS161芯片进行异步清零法实现任意模值的计数器？并用Multisim软件仿真实现。

（3）预习如何采用74LS161芯片实现同步置数法实现任意模值计数器？

（4）思考采用74LS161芯片实现异步清零法与即将要学习的同步置数法设计计数器有什么不同？

（5）布置分组任务，布置学生使用同步置数法实现模值为8的计数器。

在完成任务的同事，教会学生查阅文献资料，在平台进行心得与问题交流和讨论，引导学生在解决问题中整理和回顾所学知识点，深化学生对知识点的认识，并进行外延拓展，从而形成闭环的教学系统，逐步提升学生的综合应用能力和大国工匠的创新精神。

4 教学效果展示

针对数字电子技术基础课程，通过以上的教学改革开展基于智慧课堂的线上、线下混合式教学，以教学设计为出发点，以多种教学手段为落脚点，在实际应用中检验学习效果，时刻关注学生的学习状态，深化“应用型教学”背景下“以学生为中心”的教学理念，促进深度学习。

经过几个学期实际运行，学生学习积极性和主动性得到提升，课程满意度提高明显，课程教学质量提高显著，不及格率维持在较低水平，学习成绩进步明显，表2显示了经过4个学期运行后的授课班级成绩统计结果。

5 结语

本课程依托省级课程教学改革，基于前期的课程建设，开展基于智慧课程的线上线下混合式教学。整合各种教学资源、优化课程结构设计、增加多种教学手段、采用闭环的评价机制，协调联动教学各环节，共同促进混合式教学顺利实施与有效发展。经过实际教学检验，课程的教学质量得到了提升，学生学习的兴趣得到激发、学生自主学习能力、实践应用能力和创新能力得到有效培养。

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参考文献：

〔1〕杨斌，高策理，吴志勇.新时代高校继续教育内涵式发展的思考[J].继续教育，2018，32（07）：3-8.

〔2〕邓涛，朱明强.提升“数字电子技术”课程线上直播教学效果的探讨[J].教育教学论坛，2021，9（12）：133-136.

〔3〕臧利林，徐向华，魏爱荣.“数字电子技术基础”混合式教学方法研究[J].电气电子教学学报，2020， 42（02）：99-103.

〔4〕邓辉文，詹成，王艺，等.基于问题讨论的离散数学课程线上线下混合式教学方法与实践[J].西南师范大学学报（自然科学版），2021，46（09）：167-172.

〔5〕许胜.线上线下混合式教学模式探索与应用——以“电力电子技术”课程应用为例[J].电气电子教学学报，2021，43（05）：42-46.

〔6〕李美宁，王玉瑶，常冰梅，等.基于OBE理念的分子与细胞“金课”建设——医学院校整合课程线上线下混合式教学探索[J].生命的化学，2021，41（09）：2075-2082.

收稿日期：2023-02-24

基金项目：安徽省高校优秀人才支持计划资助项目：（gxyq2021206）；安徽省课程思政示范課程（2020szsfkc0738）；校课程思政建设研究项目（2020szjy03）;省级教学示范课（2020SJJXSFK1985）