基于PBL的线上线下混合式教学模式探索

田丽 邸国辉 孟艳君 蔡立晶 许杰 刘英楠

［摘 要］信息网络时代，越来越多的高校开始采用线上线下混合式教学模式。传统的以教师为主体、学生被动学习的教学模式已无法满足当前的人才培养需求。本文基于PBL理念，借助智慧型教学平台，构建EDA技术课程的线上线下混合教学模式。经过教学实践证明，基于PBL的线上线下混合式教学模式比传统的线下教学模式效果更好，对提高学生学习主动性和创造性起着良好的作用。

［关键词］PBL理念；EDA技术课程；线上线下混合式教学模式

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.12.076

［中图分类号］G434；G642［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2023）12-0236-03

0     引 言

在大数据及人工智能等技术快速发展的背景下，高等教育课堂变革与创新势在必行。目前，传统课堂教学方式已经不能满足网络教育需求，以大规模在线开放课程（Massive Open Online Courses，MOOC）为代表的线上教学模式日益成熟，使得教师角色发生转变。本文基于项目式学习（Project-Based Learning，

PBL）理念，结合电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术课程教学现状，通过智慧树教学平台的应用，构建一套从理论教学到课程实践的完整的网络互动教学模式运行体系，实现“生生互动，师生互动”的双主体、双向交流的学习方式。从根本上转变教师的角色，由讲授者转为指导者；转变学生的地位，由接受者转为主体；转变媒体的功能，由演示工具转为认识工具；转变教学过程，由逻辑分析讲授的过程转变为通过发现问题、探究问题使学生获得知识和培养能力过程。

1     PBL及线上线下混合式教学模式概述

1.1   PBL内涵

PBL也称为项目教学法，是美国神经病学教授霍华德·巴罗斯（Howard Barrows）在20世纪60年代提出的一种教学方式。它是基于建构主义的学习理论，以问题为导向，以学生为中心，由教师引导的一种教学方式，通过分组的方式，学生一起探讨解决问题的方法［1］。PBL将教师授课的课堂变成一个逼真、富有问题的情境，在这种情境下，把中心转向学生，教师扮演着辅助角色，刺激自主讨论，帮助学生探究完成“提出问题—分析问题—解决问题”的教学过程，从而推动学生积极参与知识建构［2］。PBL教学方法由5个相互关联的要素组成：一是作为教学核心的问题或项目；二是学生解决问题所需的技能和理论知识；三是4～6人组成的学习小组；四是问题解决的程序；五是学生自主学习的精神。在教学中采用PBL教学法，学生的自主探究能力、知识和技能实践运用能力、沟通合作能力都能得到全面的提高。

1.2   线上线下混合式教学模式

线上线下混合式教学模式是指利用网上的资源，把线上教学和课堂教学有机融合在一起的一种新型教学模式［3］。传统的“教师讲，学生听”的课堂教学方式已经无法满足当前人才培养需要。线上与线下相融合的教学成为一种新型教学模式［4］。采用线上线下混合式教学模式，可以充分发挥线上教学和课堂教学的优势：大量的网上资源可以激发学生自学的积极性，充分调动学生的学习热情；在线下课堂，教师可以起到指导和监督的作用，巩固学生的学习成果。混合式教学理念从将混合式教学看作是面授教学与在线教学之间的简单结合转变到重点关注教师与学生、学生与学生、学生与资源之间在面授教学与在线教学的“交互”。在这种混合式教学模式下，学生由学习的被动者变成主动者，教师也不再是传统教学模式中的主导者，而是学生学习过程中的引领者和促进者。在教学实践过程中，该模式既能培养学生独立思考的能力，也能锻炼和提升学生的知识和技能实际运用能力，显著提高教学效果和教学质量。

2013年后，混合式教学在“互联网+”的背景下，内涵进一步得到挖掘。混合式教学的概念丰富为“基于移动通信设备、网络学习环境与课堂讨论相结合的教学情境”。学者们将研究视角从技术、教师转向学生，强调为学生创设一种能够真实参与且参与度高、个性化的学习体验，突出“以学生为中心”的学习环境下教学与辅导方式的混合。

2     EDA技术课程教学现状

EDA技术是通信工程、电子信息类专业的一门专业选修课，这门课程具有很强的实用性、操作性以及工程性，注重培养学生软硬件設计及系统设计的综合能力。该课程旨在帮助学生掌握通用EDA工具的使用方法，现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）技术和硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）程序编制方法与仿真技术，了解专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）的设计与超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）的设计。但是，当前在EDA技术的教学中，无论是理论教学还是实验教学，或是考核评价，都存在一些问题，如表1所示［5］。

在当前EDA技术课程教学中，大多数高校教师仍然采用单一的线下教学模式，这对于培养学生自主学习、独立思考的能力非常不利。这就要求高校主动积极地探索适用于这门课程的新型教学模式。

3     基于PBL的EDA技术课程线上线下混合式教学模式的构建

通过本门课程教学现状的剖析，本文提出一种以PBL为基础的线上线下混合式教学新方法，并将此方法应用于EDA技术课程的理论与实验教学中，从而避免传统线下教学模式的弊端，提高教学质量，同时也为其他相关专业课程提供参考依据。

3.1   分析教学对象

相较于传统的教学模式，基于PBL的线上线下混合式教学模式对学生的要求较高。在教学活动前，教师应先确定学习目的，清楚了解学生对这门课程的基本知识储备情况和学习积极性情况，在此基础上，依据学生的具体情况更好地设计线上和线下学习任务。将线上与线下学习任务相结合，在全部完成教学目标的同时，也可以为不同知识层次的学生提供个性化教学服务。

3.2   教学内容模块化

EDA技术这门课程大多使用的教材是科学出版社出版，潘松等编写的《EDA技术实用教程》（第六版），其特色在于理论与实践相结合，注重培养学生独立设计和自主创新能力。多数使用该教材的高校的授课对象是通信工程专业与电子信息工程专业的本科生和专升本学生，这些学生的教学背景和基础知识储备存在较大的差异。因此，要依据不同的教学对象和教学目标设计教学内容，按照预先确定好的教学目标先将课程内容模块化，然后在课前以任务的形式下发每一教学模块的知识点，合理安排线上视频资源观看、相应知识点讨论和测试等活动，并且随时依据学生的学习进度和知识掌握情况，及时调整教学进度和课程内容。

3.3   选用合适的线上教学平台

目前，线上教学平台种类繁多，有MOOC、雨课堂、学堂在线、学习通、爱课程、钉钉和腾讯会议等平台，这些平台给线上教学带来了极大的便捷。在网络环境下，如何通过优化网络平台来建立线上线下混合式教学模型是当前的研究热点［6］。智慧树教学平台是全球较大的学分课程运营平台，能提供大量优质的高校教学资源，学校间的资源可以在此共享，并具备网络教学功能。其主要包括学习任务、见面课、学习资源、问答讨论、作业测验、学生管理、学情数据和成绩管理等，功能较多，易于整合和使用，操作简单。目前，该平台已覆盖全国1 000多所大学，使用该平台的在校学生人数达到1 000万人以上［7］，取得了良好的教学效果。本文以智慧树教学平台为网络平台，将线下课堂与网络教学有机融合在一起，探讨基于PBL的EDA技术课程的线上线下混合式教学模式。

3.4   合理设计教学过程

设计基于PBL的线上线下混合式教学模式的基本思路是以PBL的核心理念为指导，让传统课堂教学与线上网络学习相融合，将EDA技术课程的教学过程分为课前自主探究学习、课中互动学习、课后线上实践拓展3个阶段。

3.4.1   课前线上自主探究学习

在EDA技术课程的课前自主探究学习阶段，教师根据本章的教学目标和教学需求，对课堂教学进行系统整理，将需要掌握的问题背景和内容制作成微课、PPT课件、短视频等学习资源，通过智慧树平台及微信公众号发布学习资源和安排学习任务。以潘松等编写的《EDA技术实用教程》（第六版）第三章组合电路的VHDL（用于电路设计的高级语言）设计为例，先自行确定一个简单又常用的组合电路为设计对象，然后进行VHDL程序设计，让学生有针对性地去了解和学习，学生可以充分利用自己的课余时间在线上学习。教师依据学生学习任务的完成情况，发现学生自主学习中存在的问题，特别注意搜集学生不懂的地方和反馈的问题，调整和设计后续的课堂教学活动内容，再有针对性地进行课堂互动教学，从而激发学生学习的兴趣。

3.4.2   课中线下课堂互动学习

课中阶段主要采用线下互动式的教学方式，全程在实验室进行教学。仍以潘松等编写的《EDA技术实用教程》（第六版）第三章组合电路的VHDL设计为例，学生经过之前的自主探究学习，对第三章组合电路的组成和VHDL程序结构有了初步的了解，在此基础上，教师根据学生的自主探究意愿和想法，将学生分成5～6人一组，要求每一个小组自行挑选一种数字电路进行探究式设计，鼓励每一位成员参与到设计任务中，实现团队的分工与协作。学生通过线下的团队合作完成设计任务，能激发他们的学习积极性，使其对新知识有更深的理解，并积极参加团体活动，进一步提高其问题处理能力、综合设计能力及创新能力。

3.4.3   课后线上实践拓展

课后小组每位成员根据自己分配到的任务要求，先进行线上网络资料搜集、方案策划与制订，确定设计思路，然后小组讨论确定并完成构成数字系统的各组成单元电路的VHDL程序设计及仿真，最终完成系统硬件部分的测试。整个过程中，学生真正成为学习的主导者，通过应用所学理论知识完成数字系统的设计与实现，进而扩大学生的知识面，提高工程实践能力。

以上3个阶段循序渐进，相辅相成，形成基于PBL的线上线下混合式教学模式，该模式的整体流程如图1所示。

4     基于PBL的线上线下混合式教学模式的教学效果

为了验证基于PBL的线上线下混合式教学模式的教学效果，本研究将某校2022年选修EDA技术课程的通信工程专业学生设定为传统教学组，电子信息工程专业学生设定为创新实验组。通信工程专业使用传统课堂教学模式进行教学，电子信息工程专业采用基于PBL的线上线下混合式教学模式进行教学。将这两个专业学生的所有过程性考核指标进行比较发现，基于PBL的线上线下混合式教学模式相较于传统线下教学来说，在EDA技术课程教学中获得了更好的教学效果，受到了学生的一致好评。

5     结束语

本文将EDA技术课程的教学过程进行重新構建，借助智慧树教学平台的教学资源，提出基于PBL的线上线下混合式教学模式，有效地提升了学生学习的兴趣，引导学生自主完成课前预习、重难点内容的深入理解及课后知识的拓展和延伸。该模式能够有效提高EDA技术课程的教学质量，为通信工程、电子信息类相关专业课程的教学提供参考。

主要参考文献

［1］杨珍平，薛建福，任爱霞，等.基于OBE和PBL理念的教学科研耕读教育模式构建：以山西农业大学农学类专业为例［J］.教育教学论坛，2022（46）：33-36.

［2］张燕妮.采用翻转课堂结合PBL教学模式培养计算思维的实践［J］.电脑与信息技术，2019（4）：89-91.

［3］冯晓英，王瑞雪，吴怡君.国内外混合式教学研究现状述评：基于混合式教学的分析框架［J］.远程教育杂志，2018（3）：13-24.

［4］赵灿灿，许贝贝.“普通生物学”线上线下混合式教学模式的探索与实践［J］.教育教学论坛，2022（27）：101-104.

［5］杜红，许杰，富爽，等.高等院校《EDA技术》课程分层次教学方法与改革［J］.现代计算机，2013（7）：50-54.

［6］周玉燕，张明芮，李萍，等.以教学效果为中心多平台镶嵌的全课程线上教学实践探索［J］.通化师范学院学报，2020（12）：103-107.

［7］劳东青，曹洪武，王建夏.基于“钉钉+智慧树平台”的线上教学实践与反思［J］.科技视界，2021（26）：70-72