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混合式教学在《数字电子技术基础》中的实践探究
发布时间:2023年03月20日 09:47 点击: 1058 发布:

混合式教学在《数字电子技术基础》中的实践探究

陈维娜1,杨  1,顾姗姗1,王逸之1,唐玉娟1

(1、金陵科技学院智能科学与控制工程学院,江苏省南京 211169)

[摘  要] 数字电子技术作为电子时代的支撑技术,在全球电子信息化的进程中起着巨大的推动作用。《数字电子技术基础》是一门集理论性和实践性为一体的专业基础课,需要培养学生理解电路知识并展开电路设计等综合能力。为实现立德树人的教学目标,将思政元素融入教学当中,通过在教学中激发学生认知内驱力,在课堂上梳理情境展开互动,进行线上线下一体化混合式教学,探寻出一条《数字电子技术基础》的教学实践之路。

[关键词]数字电子技术基础;内驱力;线上线下混合式教学

[基金项目] 2018年国家自然科学基金项目:基于全源网络信息的稳瞄吊舱高精度对准技术研究61803188;2018年金陵科技学院高层次人才科研启动基金:基于全源网络信息的稳瞄吊舱高精度对准技术研究,jit-b-201816;2020年金陵科技学院2020年校级“科教融合”项目:非接触式医用垃圾自动收集系统,0201002001p1。

[作者简介] 陈维娜(1987-),女,江苏南京人,博士,金陵科技学院智能科学与控制工程学院,讲师,主要研究方向为微惯性系统与信息融合算法;杨  忠(1968-),男,江苏南京人,博士,金陵科技学院智能科学与控制工程学院,教授,主要研究方向为控制工程及其相关应用;顾姗姗(1986-),女,江苏南京人,博士,金陵科技学院智能科学与控制工程学院,讲师,主要研究方向为惯性器件及组合导航算法研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A    

一、引言

信息社会中“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域,上至前沿科技,下至日常生活,我们已经进入“数字化生存”模式。数字电子技术作为电子时代的支撑技术,在全球电子信息化的进程中起着巨大的推动作用。《数字电子技术基础》是电类各专业及计算机专业的一门专业基础课程,它的任务就是让学生获得基本电子电路分析和应用的知识,做到学有所用,并为今后从事实际工作打下必要的基础[1]

目前,数字电子技术已经发展到高端芯片的时代,而在这个领域中国与世界领先水平还是有差距的,只有发展好国产技术,才能让我国在国际竞争中立于不败之地[2]。那么,相比于基础理论学习,数字电子技术涉及的不仅是理论知识的理解还有实践动手能力,因此学生如果仅仅是应付任务的学习,很难学到精髓。只有唤起学生的求知欲,展开线上线下的混合式教学,才能更好地提升学习效率[3]。本文通过在教学中激发学生认知内驱力,在课堂上梳理情境展开互动,探寻出一条专业学习教学实践之路。

二、混合式教学理念的设计原则

“互联网+”时代的到来对传统课堂进行了又一次革命。学校传统的老师授课教学模式已经不能满足于数字化时代学生的需求。因此,混合式教学(Blended Learning)应运而生。所谓混合式教学,就是要把传统学习方式和网络化学习方式的优势结合起来,使得二者形成优势互补,从而获得更佳的教学效果。对比传统课堂教学模式,混合式教学具有很强的适应性和复杂性。这样的教学方式可以充分发挥教师和学生的自主性,更能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中明确指出,教育需要以学生为主体,以教师为主导,充分发挥学生的主动性。混合式教学模式充分体现了这一点,强调知识和能力的习得是在学生主动建构的过程中完成的。建构主义(Constructivism)又称为结构主义,是认知理论的一个分支,建构主义教学观本质上是对人的主体价值给与充分尊重的教学观,体现了现代教学论的发展方向。作为教师,要关心每个学生的自主学习能力,促进他们自我习得,同时也是尊重教育规律和学生身心发展规律,为每个学生提供适合的教育。这其中最重要的是营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境。

在混合式教学活动中,教师在教学环境中承担的角色应该是动态和综合的。在课前角色中,教师是课程设计者和开发者;在课中角色中,教师是课程讲授者、组织者、培训者,在课后角色中,教师是协助者和学习资源提供者。因此,整个教学活动中,教师创造条件让学生去研究,让他们能在自我理解中寻找出整体框架,并在理解的全过程中发挥整体的功能。学生是信息加工的主体,是主动建构者,而不是传统的受外部刺激的被动接受者和被老师灌输的对象。因此混合式教学理念即以学生为中心,强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。

三、开展多层次的混合式教学课程建设

如何开展混合式教学课程建设,主要从以下三个层次的构建展开:引导性构建;融合性构建;创造性构建。

1、引导性构建

“引导性构建”目的是以学生为中心,让学生做自己学习的选择者,教师提供更多样化更全面的学习素材,借助提前准备好的慕课资源以及丰富的教学材料引导和促进学生选择、感受和运用知识。

线上资源有很多国家级精品课程、省级精品课程、校级自建课程等,但如果把很多资料一股脑推给学生,不仅不能让学生产生兴趣还会降低课程和教师在学生心中的认可度,造成事倍功半。可以借助中国大学慕课数字电子技术资源开展SPOC课程的教学,借助优秀的教学课程团队平台结合本校的教学定位和目标进行修改和整合,尤其是结合专业建设进行针对性的拓展。

2、融合性构建

“融合性构建”则是教师通过了解学生的学习情况做好前情回顾,提供一定的问题和话题进行研讨拓展,在课堂上进行师生和生生互动,帮助学生们解决之前自学时遇到的问题,最后分析总结达到知识点的升华和吸收。实现与引导性构建里的自学阶段充分衔接与融合。

不管在课程设和应用上都要体现线上线下的融合,否则前期的自学导入就缺乏落脚点。在这一环节的设计上可以考虑两种课堂形式:一种是传统的教师讲解为主的大班课堂,另一种是以学生为中心的翻转课堂。在大班课堂上教师主要解决的是在前期学生自学中产生的一些共性问题和关键知识的理解问题,有些通过前期调查已经掌握的知识点在此就不再赘述。而翻转课堂则是以学生为主,每组学生就前期学习的知识点进行分组介绍,形式不限,最后提出问题供大家进行研讨,通过这样的方式教师可以检测学生前期自学的深度。对于前期自学效果不理想的组教师可以进行更多的引导,启用奖励措施,激发学生的内驱力。

3、创造性构建

“创造性构建”指的是教师和学生共同探索更多更丰富的实施策略,比如协作式学习、项目式学习、问题式学习、探究式学习等。

教学活动创新具有更多更丰富的实施策略,比如大家可以通过进行专题讨论,疫情期间我们用数字电子技术如何开展工作,如何可以解决问题。引入企业导师课堂让校园里的学生更好地结合社会需求去思考,这无论是对于课堂还是今后的发展都能起到很好地引领作用。同时,还可以邀请本校的教授介绍最新的数字电子技术领域的研究进展,让同学们开展小组讨论和收集资料。

四、基于认知内驱力的混合式教学方法探究

众所周知,教育的首要问题是培养什么人。习近平总书记在全国教育大会发表重要讲话指出,培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人是教育工作的根本任务,也是教育现代化的方向目标[4]。与此同时,教师的培养目标也要转化为学生的成长目标,这里所说的成长目标也是学习动机中最主要的思想引领:认知内驱力。认知的内驱力来源于人对客观世界的好奇心。居里夫人曾说过:“好奇心是学者的第一品质”。认知内驱力与数字电子技术的学习之间是一种互惠关系,学生只有深入理解所学的知识才能产生共鸣。

1、借助资源进行课前自主学习

课前自主学习即让学生进行课前活动,教会学生主动先学。这样学生可以通过视频学习相关知识,初步理解电路理论以及相关的延伸材料。如果学生事先不进行自主学习,一味跟着老师在课堂上转来转去,这种被动的教学方式是难以提高自身水平的,也很难培养学生的综合能力。只有通过课前预习,并辅助一些问题让学生在预习中产生思考,教师在课堂教学中才能收到预期的效果。

在数字电路的分析与实现当中面对的第一个问题就是如何将现实中的逻辑命题进行数学抽象,得到数学化表达的逻辑描述。而真值表就是现实逻辑命题和数学化逻辑描述这两者之间的一把钥匙。但是当学生第一次接触到这样的表格时并不能立刻感知到它的实际价值。教师可以提出让学生从身边找出0和1的例子,抽象出真值表的核心。并为后续的学习内容进行铺垫,建立初步的数字电路思维模式。

除了线上资源外,每次上课之前再给学生布置一个结合生活的小任务。比如讲到锁存器和触发器,教师可以让同学去找下楼道控制灯按一下能亮的时长。讲到计数器的时候,大家可以去拍交通灯的倒计时视频,思考怎样搭建电路。

再如我们讲解组合电路当中的竞争与冒险特性,除了让学生认识电路,并能够描述竞争与冒险的原理特点。还要关注学生的能力目标,怎样才能避开冒险,并分析不同电路会产生的冒险现象。

2、课堂展开情境教学实践

情境教学的目的是通过形象的讲解理论培养学生理解电路知识的能力。把孤立的理论和身边的例子结合起来,通过情境展开学习和理解,在实际运用中学习。情境教学实践可以采用如下方法。

以上文所述的真值表为例,我们可以假设要在全校选出“最佳宿舍”。将宿舍的卫生情况抽象为A、宿舍学生的学习情况抽象为B、宿舍学生参加学校各种活动情况抽象为C,颁发“最佳宿舍”抽象为标志L。教师可以提出以下几个问题:

怎样列写这一事件的真值表?

该真值表共有多少种输入组合?

我们什么情况下才会给某宿舍颁发“最佳宿舍”的称号?

经过分析我们知道,三输入A、B、C按照二进制数递增顺序全排列得到2*3=8种输入组合。只有三个输入均为1时,也就是卫生情况好、学习成绩好、积极参加活动都为突出时,我们才会给这个宿舍颁发“最佳宿舍”的称号,即L为1。反之,如果卫生情况欠佳,或者学习成绩欠佳,或者参加活动不积极,也就是ABC中有任何一项不满足要求,输出L就为0。

通过这样情景教学的方式,学生从生活中的例子就能真正了解和掌握逻辑抽象的思路。记忆本身就是建立联系,通过课堂的提问以及小组活动,对涉及到的理论进行分析和专题研讨可以不断的强化联系。

3、线上线下一体化融合设计

在现代教学课程中,教师可以借助各种现代化手段进行线上线下一体化融合设计。课前布置任务并发布相关资源,包括任务单、课程视频、教学课件、拓展资料等,利用线上自主学习,先行探索的方式对学生进行培养。并借助慕课堂、超星等学习工具,对学生进行学情分析,记录学生的自主学习数据。包括在线学习的得分以及大家进行问题讨论的情况,最后进行收集问题,并对应调整下一步课堂教学和实践教学的方案。

在教学过程中,由于课前已经进行了大量的知识铺垫,学生不仅是来听课更是带着问题和感想来参与课堂教学。再加上教师的适当引导,必然会使学生对知识的理解能力迅速提高,教师要有意识地帮助学生获得第一次成功。往往第一次成功可推进学生再次成功,多次成功会使学生增强自信心,实现内驱效应。以八选一数据选择器为例,可以让学生运用仿真软件Multisim设计一个多数表决电路。该电路有三个输入端分别代表三个人的表决情况。“同意”为1态,“不同意”为0态,当多数同意时,输出为1态,否则输出为0态。经过仿真设计可以将之前的理论知识形象的转化到电路设计中去,从而达到巩固和活用性的练习。

教师还要根据线上线下的学情分析,将学生分为不同层次,有针对性的进行教学指导并展开教学评价。线上尽量提供一对一答疑,线下对共性问题进行集中讲评,明确考核依据,展开学习评价和反思。通过对数字电子技术知识的学习,可以培养学生阅读和理解相关电路资料的能力,使学生全面的掌握电子电路的初步分析和设计方法,并从理论电路逐步过渡到实际电路,真正解决实际电路的中的有关问题。

4、将内驱力和思政元素融入教学

对于高校教师来说,怎样让学生德智体美劳全面发展,归根到底就是立德树人,这也是教育事业发展必须始终牢牢抓住的核心理念[5]。在教学过程中,核心问题就是学生的内在动机,教学内容经过学生心中的内化,从而让学生从心底里产生“我想学”、“我要学”的强烈求知欲。以自主式学习与合作式学习的融合为例,自主学习是合作学习的基础,而合作学习是自主学习的驱动力。

另外,中兴事件、华为事件不仅令社会各界震惊,更应该让我们相关专业的学生警醒:芯片是工业粮食,是关系国家安全的国之重器[6]。我们数字电子技术课程不仅要学习集成电路的相关知识,而且要讲责任使命,发挥工匠精神,让至诚报国、心系社会的时代担当精神深深扎根在学生的心灵深处。因此,教师在进行课程描述时,需要和学生进行信息传递从而达到思想上的共识。只有充分理解和感知才能够直触学生的心灵,所以激活内驱力和思政元素的融入应贯穿在教学的始终[7]

五、结论

数字电子技术基础是一门专业基础课,更是电路理论到应用的一座关键的桥梁,所以要想掌握好并不是一朝一夕的事。因此教师必须在教学中让学生获得更多成功的喜悦以此发挥他们的内驱力。同时,树立以学生为中心的教学理念,建立丰富的在线课程资源,设计线上线下一体化的教学目标,善用数据分析考核并鼓励学生活学活用。

[参考文献]

[1] 杨利红, 梁四香. 课程思政融入电子信息工程专业教学的探索[J]. 教育研究, 2020, 3(11):140-141.

[2] 葛晋, 何翔, 李波,等. "新工科"背景下理工科专业课程思政的探索与实践——以电子信息类为例[J]. 中国科技投资, 2019, 000(028):265.

[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, v.42(02):103-107.

[4] 高德毅, 宗爱东. 从思政课程到课程思政:从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J]. 中国高等教育, 2017:43-46.

[5] 房广顺, 李鸿凯. 推进以立德树人为中心的思想政治教育融合发展——学习习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的重要讲话[J]. 思想教育研究, 2017, 000(002):12-16.

[6] 杨洁, 王俭辛, 宋东坡,等. 中美芯片之战——课程思政与中国之崛起[J]. 考试周刊, 2018(A2):195.

[7] 徐丽艳,赵坚毅. 浅析高等教育混合式教学模式建设[J]. 科教导刊(上旬刊), 2020, No.418(08):11-12.

The practical research of Hybrid Teaching Based on cognitive drive in the course of digital electronic technology foundation

Chenweina, Yang Zhong, Gu Shanshan, Wang Yizhi, tangyujuan

(Institute of intelligent science and control engineering, Jinling University of science and technology, Nanjing 211169, Jiangsu)

Abstract: As the supporting technology of the electronic times, the digital electronic technology plays a great role in the process of global electronic informatization. The foundation of digital electronic technology is a professional basic course integrating theory and practice. Students should be trained to understand circuit knowledge and develop comprehensive ability of circuit design. In order to realize the teaching goal of "building up people by virtue", we should integrate the ideological and political elements into the teaching. Through stimulating the students' cognitive drive in teaching, combing the situations in the classroom and carrying out the integrated hybrid teaching, we can find out a teaching practice way of "digital electronic technology foundation".

Key words: digital electronic technology foundation; Internal drive force; Online and offline mixed teaching

 

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