混合式教学在“数字电子技术基础”课程中的实践探究

陈维娜　杨忠　顾姗姗　王逸之　唐玉娟

[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具有巨大的推动作用。“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，着重培养学生在理解电路知识的基础上展开电路设计的综合能力。为实现立德树人的教学目标，将思想政治元素融入教学中，通过在教学中激发学生的认知内驱力，在课堂上创设情境展开互动，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年度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年度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年度金陵科技学院校级“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，主要从事微惯性系统与信息融合算法研究;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，主要从事控制工程及其相关应用研究;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，主要从事惯性器件及组合导航算法研究。

[中图分类号] G642.41 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）04-0168-04 [收稿日期] 2021-05-24

在信息社会中，数字化浪潮已经席卷了电子技术所有的应用领域，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具有巨大的推动作用。“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，其任务就是使学生掌握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，而在这个领域我国与世界领先水平还存在一定的差距，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]。相比于基础理论学习，数字电子技术的学习不仅涉及理论知识还有实践动手能力的学习，因此，学生如果仅仅是应付任务，难以学到数字电子技术的精髓。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的认知内驱力，在课堂上创设情境展开互动，探寻出一条专业学习教学实践之路。

一、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又进行了一次革命。学校传统的教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，就是把传统学习方式和网络化学习方式的优势结合起来，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師和学生的自主性，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（2010—2020年）》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予充分尊重的教学观，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，而这其中最重要的是为学生营造独立思考、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，教师是课程的设计者和开发者;在课中，教师是课程的讲授者、组织者、培训者;在课后，教师是协助者和学习资源的提供者。因此，整个教学活动中，教师为学生的研究创造条件，让他们能在自我理解中寻找整体框架，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教师灌输的对象。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。

二、开展多层次的混合式教学课程建设

（一）引导性构建

引导性构建是指以学生为中心，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。

线上资源包括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，造成事倍功半的效果。因此，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。

（二）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，帮助学生解决之前自学时遇到的问题，最后分析、总结达到知识点的吸收和升华，实现与引导性构建中自学阶段的充分衔接与融合。

在课程设置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，有些通过前期自学已经掌握的知识点就不再赘述;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，并对前期自学效果不理想的小组进行更多的引导，同时，启用奖励措施，激发学生的内驱力。

（三）创造性构建

创造性构建是指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，比如大家可以通过专题讨论探讨疫情期间我们利用数字电子技术如何开展工作，如何解决问题等。引入企业导师进课堂，启发学生结合社会需求进行思考，这无论是对于课堂还是今后的发展都能起到很好的引领作用。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，让学生开展小组讨论和收集资料。

三、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上指出，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，教师的培養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。认知内驱力来源于人们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。

（一）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，一味跟着教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。只有通过安排学生课前预习，并提出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二者之间的一把钥匙。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。教师可以引导学生从身边找出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时，教师可以让学生观察楼道控制灯按一下能亮的时长;讲到计数器时，学生可以去拍摄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时，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，并分析不同电路产生的冒险现象。

（二）课堂展开情境教学实践

情境教学的目的是通过形象地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，在实际运用中进行学习。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中选出“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23=8种输入组合。只有三个输入均为1时，也就是卫生情况、学习成绩、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，通过课堂的提问及小组活动，对涉及的理论进行分析和专题研讨，进而不断强化联系。

（三）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。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及大家进行问题讨论的情况，最后教师收集问题，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活动的，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，因此，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地转化到电路设计中，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，有针对性地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，真正解决实际电路中的有关问题。

（四）将内驱力和思想政治元素融入教学

对于高校教师来说，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，更是对我们相关专业学生的警醒：芯片是工业粮食，是关系国家安全的国之重器[6]。“数字电子技术基础”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鸣。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想政治元素的融入应贯穿教学的始终[7]。

“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桥梁，要想掌握好并不是一朝一夕的事。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，教师应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。