数字电子技术四重混合式教学的探索与实践

侯向锋,黄会玲,盛 苏,张学文

(湖北师范大学 物理与电子科学学院,湖北 黄石 435002)

0 引言

数字电子技术课程是电子信息类专业的工程基础课,在专业体系中占据重要地位。通过课程教学使学生掌握适应信息时代的数字电子技术的基本理论、基本方法和基本实验技能,进而提升学生解决数字电路实际问题的能力,为后续课程的学习打下扎实的理论基础和必要的实践技能基础[1]。通过解决数字电子技术的实际问题,学生逐步形成科学辩证的思维、“抓住主要矛盾,忽略次要因素”的科学思维。通过工程实践和创新项目,学生提升分析问题解决问题的能力,提高工程能力和创新能力。通过实验操作和课程设计,学生养成善于观察、勤于动手、科学严谨的实验态度,在实践中秉持踏实、精益求精的大国工匠精神[2～4]。

1 教学中存在的问题

新工科创新理念的提出,为电子信息类专业的课程改革提出了新的方向和契机,也对工程教育提出了更高的要求[5～7]。数字电子技术作为电信类专业承上启下的核心基础课,在教学改革与实践中存在以下“痛点”问题:

1)传统的教学模式不适应电子技术的飞速发展

现在电子技术日新月异,尤其是数字电子技术。因此数字电子技术课程的教学内容需要不断更新,根据人才培养目标选择合适的教学内容和课程体系,赶上电子技术更新的步伐,才能保证良好的教学质量。

2)学时少、内容多

随着电子技术的飞速发展,数字电子技术课程的教学内容逐渐丰富。理论学时数为56学时,如何利用有限的课时合理安排教学内容,改进教学方法,使学生准确理解并牢固掌握课程的理论知识和实践技能,是本课程教学中亟需解决的问题。

3)理论与实践难以兼顾

在学习过程中,总是有些学生只重视理论学习,有些学生只重视动手实践,两者难以兼顾。这势必会影响学生后续的专业学习以及发展。理论需联系实际才有意义,学生学习的最终目的是学以致用。实践也需要理论来进行指导[8]。

2 四重混合式教学改革

针对教学中存在的“痛点”问题,教学团队利用优质的教学资源,以产出为导向,提出“线上+线下、理论+实践、仿真+实物、校内+企业”的四重混合式教学,思政内容贯穿始终,如图1所示。

图1 四重混合式教学

2.1 线上+线下

针对学时少、内容多的问题,采用“线上+线下”教学方法,利用信息技术将二者有机融合。线上课程以超星学习通为媒介,进行考勤、课堂问答、课后讨论、作业批改、小测验等,与传统课堂形成互补。通过师生线上线下交流互动,构建学习共同体,改变传统的教学模式。

“线上+线下”的混合式教学不仅有助于解决学时少、内容多的矛盾,还为思政融入开辟新渠道。

2.2 理论+实践

数字电子技术教学内容中后面的三个模块是教师根据企业或科研需求提炼出的项目,均采用下面的流程进行教学。1)引导学生利用理论知识分析问题、设计方案、论证方案;2)根据自上而下的现代电子系统设计方法利用仿真软件进行验证;3)如果有问题,再用理论知识分析问题、解决问题,直到仿真通过;4)到实验室实现系统的设计,最终得出结论。

“理论+实践”的混合式教学使学生深刻理解理论用于指导实践,实践又反过来促进理论的学习,加深对理论的理解,实现理论与实践的兼顾。

2.3 仿真+实物

将虚拟仿真软件Multisim融入课程,突破教学难点,使学生更加直观地观察电路,发现问题然后修改设计方案,得到正确结果。仿真软件打破了传统实验室时间和空间的限制,学生随时随地可以进行电路设计[9]。

学生利用仿真软件预习实验,可以基本掌握实验的操作步骤,到实验室后可以高效地完成实物实验。这样既节省了实验课堂时间, 又为学生的学习提供了很好的发挥空间。

“仿真+实物”的混合式教学不仅使教学中抽象的问题具象化,还能够提高教学效率,缓解课时紧张的问题,同时学生能够掌握现代电子系统的设计方法。

2.4 校内+企业

针对为培养适应时代要求的新工科人才,教师需要及时掌握学科前沿动态[10]。为此教学团队采用“校内+企业”的培养模式,“请进来,走出去”。请相关领域的技术专家和优秀的毕业生回来,给学生讲专业发展情况及就业形势,并对我们的课程改革提出中肯意见。同时教师通过“科技特派员”、“青年教师下企业”等项目走出去,与企业深度接触,在教学过程中将最新的专业发展动态传递给学生。学生到企业见习、研习,扩大了视野,提高了实践能力,拓宽了就业渠道,如图2所示。

图2 “校内+企业”的教学模式

“校内+企业”的混合式教学实现了学生、企业、教师的三方共赢,使学生的专业学习紧跟产业结构优化升级的步伐,满足社会需求。企业的技术难题得到解决,并储备了专业人才。

3 四重混合式教学实施过程

以数字电子技术课程中“计数器及其应用”的教学过程为例详细说明四重混合式教学法的实施过程,如表1所示。

表1 四重混合式教学法的应用

通过教学与师生互动,学生发现设计电路没有想象中的那么困难和神秘,能够完成模60和模12计数器的设计,所学知识就是用来解决生活和生产实际问题的。学生不仅掌握了74LVC161芯片的设计思路,而且感受到精益求精的工匠精神,还体验了当代科研工作的部分思想方法。

4 教学成效

通过对四重混合式教学的不断探索与实践,教学效果显著。

4.1 期末成绩提升

四重混合式教学最初仅以我校电子信息工程专业的一个班作为试点运行。试点班和普通班在平时成绩的比重及评定方面差异较大,不具有横向比较性。但不同班级的期末试卷是一样的,比较期末试卷成绩分布,可以反映出四重混合式教学的效果,图3是普通班和试点班的期末成绩对比图。由图3可见,试点班较普通班成绩优秀率明显高出许多。

图3 普通班和试点班期末试卷成绩分布对比图

4.2 学生参与实验的积极性普遍提高

学生实验课程的出勤率较以往大大提高,很多学生自行要求进行课余实验。学生的实验操作能力、仪器仪表的使用能力以及电路的分析调试能力显著提高。图4是学生利用课余时间设计的电子作品。

图4 学生在课余设计的电子作品

4.3 申请本科生项目和全国大学生创新创业项目人数增多

学生创新意识和科研意识不断增强,申请本科生项目和全国大学生创新创业项目的人数逐年增多。仅近三年申请项目总数达25项,参与人数达到130余人。表2是近三年来教学团队教师指导的学生项目情况。

表2 教学团队教师指导大创项目

4.4 大赛获奖人数增加

学生参加全国大学生电子设计竞赛、互联网+创新大赛等的积极性增加,近三年有70余人参赛,40余人获奖。近三年电子信息工程专业3名同学获校大学生“学术科技之星”(我校每年获此殊荣的学生不超过8名),且均由本教学团队教师指导。

4.5 专利和论文

近三年学生在本团队教师指导下发表论文5篇,申请国家实用新型专利10个。

4.6 社会责任心增强

数字电子技术四重混合式教学实施以来,学生民族自豪感和社会责任感明显增强,学生参军入伍热情高涨,我院自愿入伍人数逐年上升。

5 展望

对课程教学的持续改进是一个永恒和动态的过程,真正落实本课程的“高阶性、创新性、挑战度”仍需我们继续创新与探索。在数字电子技术课程的后续教学中,如何实现“线上+线下、仿真+实物、理论+实践、校内+企业”的有机融合仍然是一个挑战。同时,教学团队要在大类招生背景下,兼顾不同专业需要和工程师认证,借鉴其它院校的有益经验,不断进行教学改革与创新,进一步完善四重混合式教学法。