“数字电子技术”课程混合教学模式课改实践

贾尚云，孙步功，李红岭

（甘肃农业大学 机电工程学院，兰州 730070）

数字电子技术课程是研究数字电子器件的结构、性能、参数、电路及应用的学科，是电气化、计算机与信息类大学本科专业必修的专业基础课程，对培养有创新能力的新工科人才至关重要。该课程主要涉及逻辑代数、逻辑门电路及主要的数字逻辑器件。课程体系庞大，知识点繁杂，现有的课时安排，学生学习不够充分，同时该课程知识点细碎抽象，理解和记忆的内容均比较多，学习过程较为枯燥，学生学习兴趣不高。为解决这一难题，教师们一直致力于探索一种高效的、新型的教学模式。信息技术的高速发展为高等教育教学改革提供了新的契机，将课程内容与现代信息技术深度融合，探索一种线上线下混合式教学模式已逐渐成为当代高等教育教学的热点。[1]

传统课堂教学以教师为中心，教师能很好地应用不同授课方法如启发式教学、问题导向式教学，教师自身雄厚的知识储备有助于学生系统地学习知识，教师能充分驾驭课堂，及时了解学生学习动态，便于师生、生生之间情感交流。但教师作为课堂的主导者，多以“填鸭式”或“满堂灌”的形式授课，教学手段单一，评价体系不全，教学交流和互动较少。学生被动地接受知识，学习兴趣不高，学得快忘得快，学生的团队协作能力和创新思维不能得到较好的发展。

线上教学突破了时间和空间的限制，以学生为中心，倡导学生自主学习，教学手段多样，教学方法新颖，评价体系完整，教学考核全面。平台上可引进各高校优秀的MOOC 资源，极大地提高了学生的学习积极性。但线上教学对学生的自主能力和自控能力有一定的要求，也缺乏课堂教学的氛围，教师对课堂的把控不足，师生之间互动较少。[2]

线上线下混合式课程就是对传统课堂和线上课堂“取其精华，去其糟粕”的过程。教师和学生的角色发生了改变，突出了以学生为中心的核心思想，教学目标从“传道受业解惑”变为“悟道授业解惑”再变为“悟道求业生惑”，让学生深刻体会到学习过程比结果更重要，努力比知识更重要。

本课程线上部分依托智慧树平台进行。智慧树[3]-[4]是全球大型的学分课程运营服务平台，拥有海量资源。教师可利用该平台发布课程介绍、在线学习内容、教学目标、教学大纲、教学视频、教学重难点、教学日历、教学设计、讨论互动，针对每个知识点出相应的测试题，扩充题库，并且区分题目的难易程度。学生能在做题目的过程中查漏补缺，细化性地学习。设置训练题库，保证题目质量，让学生能有针对性地做题，能对易错题多做多练，更好地学习。教师还能进行小组教学和虚拟仿真实验教学，把知识传授、能力培养、思想引领融入课程教学过程之中。学生能查看学习教室发布的所有教学内容，共享网上资源和教师授课资料，获取知识图谱，参与互动讨论投票等。学生学习方式发生了改变，从以课本为主的被动学习变为“课本+资源+实践”的主动学习过程。将理论分析设计与实验搭建及仿真调试技术相结合，不仅能搭起学生认知桥梁，启发学生思维，培养学生独立和创造精神；
又能使学生真正掌握知识和技能，促进学生能力和素质的提高，将农业学科知识应用到电子设计理念中，提高学生的实践动手能力。

线下部分是“传统课堂+雨课堂”的形式构成。雨课堂[5]属于交互式教学软件，以微信为依托，以PPT为载体，不仅可以推送大量的教学资源，还能让学生实时查看课件。雨课堂标注重难点和不懂的知识点，和老师高效互动，更能让老师把控课堂节奏，了解学生学习的动态。图1为线上线下混合式教学模块分配。

图1 线上线下混合式课堂功能模块

3.1 课前准备

3.1.1 学情分析

本课程教授对象是甘肃农业大学机电工程学院电气工程及其自动化专业的大三学生。学生学习努力，专业性较强，但他们不善于独立思考、表达能力不足，没有预习和复习的习惯。在教学过程中应注重培养学生的逻辑思维，借助在线教学平台加强学生的学习主动性，通过混合式教学培养学生自主学习的能力，通过教学案例提高学生的求知欲望。

课程选用教材为高等教育出版社出版的《电子技术基础·数字部分》第六版（康华光主编），全书共十一章节，分别为数字逻辑概论、逻辑代数与硬件描述语言基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、锁存器和触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、CPLD和FPGA、脉冲波形的变换与产生、数模与模数转换器、数字系统设计基础。

3.1.2 教学学时安排

本校“数字电子技术”课程的理论授课学时为56学时，实验授课学时为16学时。线上线下混合式教学不是简单地划分课程学时，而是从学生的角度出发，整合课程知识点，比较归纳知识点的属性，根据课程结构和学生特点来划分线上线下课程内容。本课程线上线下划分如表1所示，以第二章节为例。

表1 线上线下课程内容划分

3.1.3 资源整合利用

为达到更好的教学效果，丰富教学内容，课题组整合优质教学资源，充分利用网上优秀的MOOC资源，并在每个知识点后提供与本课程相关的教学素材，提供每次教学的指导文件如电子教案、电子课件PPT、微课视频、教学任务单等。微课[6]以10min左右的小视频为主，重点为课程中的知识点、重难点知识点、易错知识点和考点。其中简单概念性知识点对应于课程的课前预习，而在课堂中学习重难点知识点、课后复习总结易错知识点和考点。微课虽简短，但在设计中应涵盖教学目标、教学要求、教学重点和总结等，让学生能在短时间内系统地掌握知识构架。短视频形式还能让学生高度集中注意力，同时鼓励学生自主学习相关资料，在课程教学外扩充自己知识库。图2为该课程资源建设和引用情况。

3.1.4 思政元素挖掘

习近平总书记强调，高校思政课工作的开展要因事而化，因时而进，因势而新。通过创新课程思政方法，探索思政元素与专业知识的融合手段。采用“不离专业讲思政，渗透思政讲专业”的方法，探索“专题嵌入，画龙点睛，隐形渗透”等融合手段，实现思政教育与专业教育无缝衔接。[7]

思政元素的融入要做到全方面、多维度，打破思政教学的单一模式，做到“时政解读+专业教学+思政教育”三位一体，达到润物无声，春风化雨的效果。结合大学办学定位、专业特色和人才培养的需求，把握课程思政重点建设方向，将价值塑造、能力培养、知识传授紧密结合。在讲解数字集成电路时，引入中美贸易摩擦和美国对中国芯片的打压，鼓励学生学好基础知识，努力报效祖国，具有爱国情怀。在讲到代数式化简法的时候，引导学生遵循世界的规则和定律，脚踏实地。在讲到复杂可编程逻辑器件时，引入中国人永不言败，吃苦耐劳的精神。在讲到计数器的时候结合农业机械播种技术，让学生深刻体会到本学科、本课程在农业工程方面的作用，树立为农服务的意识，鼓励学生积极投身于农业现代化的建设中，培养符合农业院校实际的优秀人才。

3.2 教学过程设计

3.2.1 课前预习

课前预习是混合式课堂的重要一环。在上课前，教师在智慧树平台发布教学课件、教学视频和测试习题等预习内容，学生在“知到”APP上学习相应课件和视频后完成测试习题，并参与投票选择预习过程中难点和易学点。教师通过查看学生的学习数据和投票数据来调整自己上课策略和方法。课前预习能充分调动学生学习的主动性，能让基础薄弱的同学跟上老师节奏，能大幅提高学生的学习质量，对课堂教学有很好的辅助作用。课前设计如图3所示。

3.2.2 课堂教学

“数字电子技术”课程逻辑性较强，分析、设计和计算的内容较多。基于“板书+PPT+雨课堂+智慧树”的教学模式，将教师的角色由“演员”转变为“导演”，将学生的角色由“观众”转变为“演员”。难度较低和概念性的知识点让学生在线上学习。线下课堂集中讲授知识体系中的重点和难点，线下课程的讲解也并没有完全脱离线上平台，线上线下的学习划分已在表1中列出，此处不再赘述。在讲解的过程中，教师应充分发挥学生的主体作用，利用发布弹幕、分组教学等形式实现师生互动和团队交流，并发布随堂测试题，让学生限时答题。题目可以是选择、填空、判断、简答、计算等多种题型，可通过“随机点名”的形式让学生点评某同学的解答过程，实现生生互动，最后由教师对疑难问题进行解答和总结归纳。在课程讲授过程中融入思政元素，例如本堂课可在卡诺图的化简步骤和包围圈的化简原则这两个知识点融入思政元素。以逻辑函数的卡诺图化简法为例设计一堂课的完整实施过程如表2所示。

表2 卡诺图化简法教学实施过程

3.2.3 课后巩固

教师可通过雨课堂和智慧树的学习数据获悉学生对本堂课的掌握程度，并以此为依据设计课后教学内容。课后的内容一般以课后作业、课后小测、阶段测试、问答讨论和思维导图的形式展开，达到积极巩固，有效复习的目的。

通过设置比较合理的作业和阶段测试的构架，使知识的掌握变得更加准确、灵活。同时针对每个知识点出难易程度有区别的测试题，扩充题库，学生能在做题目的过程中查漏补缺，细化性地学习。设置训练题库，保证题目质量，让学生能有针对性地做题，能对易错题多做多练，更好地学习。在课程中引用了讨论模块，把学习的空间还给了学生，确立了学生的主体地位。课后教学设计见图4。

图4 课后教学设计

3.3 教学考核与评价

混合式课程的考核形式打破原来“考试+平时+出勤”的考核制度，细化考核评定标准，加强过程性考核，降低期末考试比例，引导学生重视课前预习、课堂习题小测、讨论以及课后作业、阶段测试等，让学生积极参与到课程过程学习中。实验成绩单独给出，占比100%。表3 为教学考核标准明细。

表3 教学考核评价标准

4.1 提高了学生学习效果

自混合式课程建设以来，学生学习的积极性和主动性有了很大提升。课程的开放性让学生随时可学，随地可学，课程的多元化让学生从浅层的认知学习过渡到深度网络化学习，让学生超越课本，超越常规，超越自我。从学的学习数据来看，学生查找资料丰富，查看次数较多，时长较长，课后小测和阶段测试成绩区分度良好，讨论参与人数和题库学习人数较多，对错误率较高的题目学生能总结反思，教师能针对性辅导，学习效果较好。

4.2 提高了学生学习成绩

以甘肃农业大学2018、2019、2020电气班学生为例，2018级电气班（50人）采用传统课堂，2019级（60人）和2020级（52人）进行了混合式教学。通过对比三年来学生的成绩数据，分析得知进行教学混合式教学改革以后，学生的期末成绩和平时成绩均有明显提高。其中2018 级学生期末考试平均成绩71.44 分，平时成绩79.32分；
2019级学生期末考试平均成绩73.89分，平时成绩81.62分；
2020级学生期末考试平均成绩83.42分，平时成绩88.77分，其期末成绩对比如图5所示。从对比图可知，不及格和低分学生人数降低，80分以上学生人数呈增长趋势。

图5 三年成绩对比柱状图

4.3 提升了学生文化自信

课程思政的融入增强了学生信心和勇气，让学生感受了数字电路的逻辑之美。学生探索组合逻辑电路的竞争与冒险，去创新，去体验。学生在向强国建设、民族复兴迈出自己坚实的步伐。学生感受了生活美好，去学习科学名家，领略大家风范。学生坚定了理想信念，厚植家国情怀。学生勇于探索，遵循规律，培养学生工匠精神，增强学生民族认同感和自豪感。

4.4 促进教师提高自身能力

信息技术的发展对教师来说既是挑战也是机遇。教师想要上好一堂课，就需要利用更多的时间研修专业知识，提高自我素质。教师要充分学习和应用现代化教学手段，将课堂知识与现代信息技术融合，激发学生学习兴趣。教师要确立以学生为中心的主体地位，更要在教学过程中充分掌握学生学习状态，及时调整教学内容，做到有的放矢。

本文从“数字电子技术”现状教学、教学重点和人才培养需求出发，探讨了混合式教学在“数字电子技术”课程中的改革与实施情况，对线上线下教学内容进行了细致的划分，从课前、课中、课后三个维度出发，设计了各阶段的教学手段，教学方法和考核评价指标，建立了完整的交互式学习机制。实践证明混合式教学对教学改革有很好的推动作用，提高了教师的教学水平和学生自主学习能力，提高了大学人才培养质量。

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