“即學(xué)即現(xiàn)”理實(shí)一體化模式下的電子技術(shù)教學(xué)探索

吳蘇 馬知遠(yuǎn) 胡秋月

[摘 要]隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新器件、新電路和新方法涌現(xiàn)出來(lái)，在經(jīng)典理論和實(shí)際應(yīng)用之間出現(xiàn)了過(guò)渡地帶。文章將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，提出一種“即學(xué)即現(xiàn)”理實(shí)一體與隨時(shí)隨地自主實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，通過(guò)仿真、實(shí)物演示的方式將理論知識(shí)在教學(xué)中直觀呈現(xiàn)，使學(xué)員對(duì)具體任務(wù)隨時(shí)隨地進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。這種方式對(duì)教學(xué)改革和促進(jìn)學(xué)生探究學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)有重大意義。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)改革;電子技術(shù);理實(shí)一體

[基金項(xiàng)目]2018年海軍工程大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“基于口袋實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)模式改革”（NUE2019108）

[作者簡(jiǎn)介]吳 蘇（1983—），女，江西撫州人，博士，海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院電子技術(shù)教研室講師，主要從事電子技術(shù)教學(xué)、目標(biāo)特征檢測(cè)與信息處理研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）32-0282-03[收稿日期] 2019-12-18

一、引言

近年來(lái)，關(guān)于大學(xué)課堂教學(xué)的改革已然成為教育體制改革的核心內(nèi)容，各種新型教學(xué)模式不斷走進(jìn)課堂，例如微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不同，“以學(xué)員為中心，突出能力培養(yǎng)”的教學(xué)理念，倡導(dǎo)學(xué)生在課下完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，而課堂變成師生和生生之間互動(dòng)的場(chǎng)所，包括答疑解惑、知識(shí)的運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教育效果。電子技術(shù)系列課程作為學(xué)科基礎(chǔ)必修課，是一類實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此它的課堂互動(dòng)不能被一般的翻轉(zhuǎn)討論和視頻教學(xué)模式所代替，否則容易造成理論和實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題。

本課題針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種“即學(xué)即現(xiàn)”理實(shí)一體化的教學(xué)模式，其理念是利用便攜式集成儀器和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)帶進(jìn)課堂，使得老師在理論教學(xué)同時(shí)，即時(shí)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)演示效果，學(xué)員在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，通過(guò)“課上+課下”聯(lián)動(dòng)的方式，幫助學(xué)員實(shí)現(xiàn)知識(shí)、技能、能力的遷移。

二、主要問(wèn)題

（一）理論實(shí)踐不緊密，學(xué)員學(xué)習(xí)熱情不高

早期的電子技術(shù)類課程教學(xué)與工程應(yīng)用之間無(wú)縫連接，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)可以立即投入工程技術(shù)的應(yīng)用，解決實(shí)際問(wèn)題，這使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā)，對(duì)學(xué)習(xí)效果有直接的促進(jìn)和提升。而當(dāng)今隨著電子技術(shù)飛速發(fā)展，芯片的復(fù)雜性以及研發(fā)周期日新月異，這使得院校電子技術(shù)課程教學(xué)與工程應(yīng)用之間出現(xiàn)了“過(guò)渡區(qū)域”，也即在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容純屬于基礎(chǔ)理論和基本方法。這個(gè)過(guò)渡區(qū)域必須靠一定的環(huán)節(jié)和措施加以填補(bǔ)，以滿足學(xué)員以后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)乃至以后的工作實(shí)踐的需求[1]。

（二）實(shí)驗(yàn)課時(shí)受限，學(xué)員自主探究不深入

首先，課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圍繞課程展開(kāi)，學(xué)員課上耗費(fèi)大部分時(shí)間連線、測(cè)試、記錄，獨(dú)立思考、自主設(shè)計(jì)的時(shí)間不足，學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解浮在表面，導(dǎo)致一旦實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)員不知如何查找問(wèn)題產(chǎn)生的真正原因;其次，實(shí)驗(yàn)課需要儀器設(shè)備的配合，因此班次規(guī)模相對(duì)較小，如果開(kāi)課班級(jí)較多，需要循環(huán)多次，所以實(shí)驗(yàn)室容量及課表中可安排實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間的限制，造成理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能即時(shí)統(tǒng)一，從而導(dǎo)致學(xué)員對(duì)知識(shí)內(nèi)涵理解得不透徹，實(shí)驗(yàn)效果不理想。

（三）實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)受限，課堂教學(xué)交互不活躍

電子技術(shù)系列課程理論教學(xué)內(nèi)容較為抽象且不易理解，而能夠形象直觀展示理論原理的實(shí)驗(yàn)演示受限于測(cè)量?jī)x器設(shè)備，只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)，導(dǎo)致課堂教學(xué)活動(dòng)受場(chǎng)地限制，不利于教員與學(xué)員之間的交互，影響教學(xué)效果。

三、主要思路

（一）理實(shí)一體化

理實(shí)一體化作為一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，是指在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)、同步進(jìn)行的教學(xué)模式，課堂和實(shí)驗(yàn)室為一體，理論教學(xué)教師和實(shí)踐指導(dǎo)教師為一體，專業(yè)理論和實(shí)踐操作為一體，讓學(xué)生有計(jì)劃地按照教師確定的課題和學(xué)習(xí)要求進(jìn)行專門的理論結(jié)合實(shí)踐的一種教學(xué)模式。近代著名教育學(xué)家約翰杜威創(chuàng)建了以“做中學(xué)”為基本原則的實(shí)用主義教育體系，德國(guó)的“行為引導(dǎo)型”教學(xué)法是一種新型的職業(yè)培訓(xùn)教學(xué)方法，目的是培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，其核心是要求學(xué)生在學(xué)習(xí)中不只用腦，而且要腦、心、手共同參與學(xué)習(xí)，提高行為能力。國(guó)外很多著名高校，如MIT、Stanford和UC Berkeley等不斷跟進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，都在基于FPGA的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上開(kāi)展?？诖虵PGA開(kāi)發(fā)板具有方便攜帶、成本低等優(yōu)勢(shì)，因此以“口袋實(shí)驗(yàn)室”為平臺(tái)開(kāi)展數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程改革[2]。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

1.以基本知識(shí)為基礎(chǔ)，突出知識(shí)的獲取方法與工程實(shí)踐性。在理論教學(xué)中刪繁就簡(jiǎn)，突出主線，比如對(duì)于數(shù)字電路課程，要精講數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念、基本分析方法、硬件描述語(yǔ)言的基本語(yǔ)法和結(jié)構(gòu)。不僅要注重知識(shí)的講授，還要有知識(shí)發(fā)現(xiàn)與發(fā)展過(guò)程的分析，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)獲取方法以及工程思維的訓(xùn)練。突出數(shù)字電路的工程性、應(yīng)用性，并通過(guò)EDA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。依托開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)體系，培養(yǎng)學(xué)員工程實(shí)踐觀點(diǎn)和動(dòng)手能力。

2.以信息技術(shù)為支撐，突出虛實(shí)結(jié)合多元化教學(xué)手段。根據(jù)學(xué)員特點(diǎn)優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合，綜合運(yùn)用板書、多媒體課件、虛擬仿真、網(wǎng)絡(luò)共享、實(shí)物演示等多種手段，變傳統(tǒng)的單向灌輸為和諧寬松的交互式教學(xué)。針對(duì)不同內(nèi)容，靈活運(yùn)用實(shí)物演示、仿真驗(yàn)證、動(dòng)畫演示等多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，采用便攜式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，方便課前、課中、課后各個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，形成良好的教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)教學(xué)信息化[3]。

3.以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為依托，突出創(chuàng)新能力教育和創(chuàng)新素質(zhì)提高。在教學(xué)中加入電子制作，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、仿真等方法，鍛煉學(xué)員對(duì)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的整體掌握和運(yùn)用，通過(guò)電子設(shè)計(jì)校賽、省賽、全國(guó)賽三級(jí)選拔和培訓(xùn)活動(dòng)，提高教員的教研水平，加強(qiáng)對(duì)學(xué)員的實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)。依托電子設(shè)計(jì)大賽，訓(xùn)練學(xué)員，檢驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)員的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)精神，促進(jìn)本課程的教學(xué)。

四、主要方法

（一）即學(xué)即現(xiàn)，理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合

電子技術(shù)系列課程學(xué)習(xí)難點(diǎn)在于，學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)難以靈活運(yùn)用，難以建立物理模型，構(gòu)建知識(shí)體系，尤其在電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程中。該課程要求對(duì)學(xué)員進(jìn)行綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)員運(yùn)用課程知識(shí)，開(kāi)展綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，是電子技術(shù)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。既涉及許多理論知識(shí)（設(shè)計(jì)原理和方法），又涉及許多實(shí)踐知識(shí)與技能（安裝、調(diào)試與測(cè)量技術(shù)）。比如圍繞直流電機(jī)的工作原理開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，由于學(xué)員對(duì)于它的應(yīng)用，包括控制方法和轉(zhuǎn)速測(cè)量等方面沒(méi)有概念，單純通過(guò)硬件電路系統(tǒng)框圖的說(shuō)明，如圖1所示，無(wú)法使得學(xué)員建立物理概念，只有將它與實(shí)物演示對(duì)應(yīng)起來(lái)，利用NI ELVIS便攜式教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)USB接口與PC連接，快速測(cè)量采集及顯示，觀察信號(hào)的傳輸和處理過(guò)程，可以結(jié)合NI Multisim采集及仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)測(cè)量及仿真，使學(xué)員逐漸從感官認(rèn)識(shí)邁入理性認(rèn)識(shí)[4]。

教員利用LabVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與教學(xué)平臺(tái)的連接，圖形化顯示測(cè)量方案如圖2所示，幫助學(xué)員理解可調(diào)直流電壓與電機(jī)速度控制之間的關(guān)系，效果如圖3所示。通過(guò)這種“即學(xué)即現(xiàn)”式教學(xué)模式，將抽象的專業(yè)理論通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)演示的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，及時(shí)開(kāi)展課堂互動(dòng)，使其代替煩瑣的講解，有助于活躍課堂氣氛，提升教學(xué)效果。

（二）課上課下，為學(xué)員規(guī)劃自主學(xué)習(xí)路徑

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，新器件、新電路、新概念和新方法不斷涌現(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容既要注重經(jīng)典理論的講授，又要體現(xiàn)電子技術(shù)的發(fā)展，以及電子技術(shù)在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[4]。在教學(xué)中注意減少理論推導(dǎo)，突出基礎(chǔ)性強(qiáng)、適用性強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，增加廣泛使用的新器件、新技術(shù)，如大規(guī)模集成芯片、EDA技術(shù)等內(nèi)容，這樣既能開(kāi)闊學(xué)員的視野，又能增強(qiáng)學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣。

課程內(nèi)容有深有淺、有增有減，以濃縮精華;課程分理論與實(shí)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)體系包含基礎(chǔ)知識(shí)模塊、基礎(chǔ)技能模塊、綜合技能模塊、能力拓展模塊，這能為學(xué)員提供廣闊的潛能發(fā)揮和創(chuàng)新的空間，使其具有解決工程問(wèn)題的分析、論證和研究設(shè)計(jì)的能力。應(yīng)從理論和實(shí)踐兩方面教學(xué)內(nèi)容著手，為學(xué)員規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑。

1.理論課要重視基礎(chǔ)性，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性，體現(xiàn)軍隊(duì)特色;在內(nèi)容安排上，要精選經(jīng)典，加強(qiáng)現(xiàn)代，跟蹤學(xué)科前沿，引入軍事裝備中的應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)滲透交叉學(xué)科知識(shí)。圍繞核心基礎(chǔ)進(jìn)行橫向溝通和縱向整合，幫助學(xué)員建立結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系。突出基礎(chǔ)理論教學(xué)，思維方法、研究方法與核心技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的能力。首先，打破專業(yè)界限，在研究各專業(yè)的共同基礎(chǔ)和差異的基礎(chǔ)上，構(gòu)造課程第一層次共同的基礎(chǔ)平臺(tái);其次，以第一層次的基礎(chǔ)平臺(tái)為基礎(chǔ)，將分離后的其他部分內(nèi)容與專業(yè)結(jié)合，作為第二層次的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)不同專業(yè)學(xué)員開(kāi)展教學(xué);再次，采用開(kāi)選修課的方式增加新內(nèi)容，充實(shí)第二層次教學(xué)內(nèi)容，滿足不同學(xué)員與不同專業(yè)領(lǐng)域的迫切需求。如開(kāi)設(shè)電子技術(shù)EDA、單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用等，使學(xué)員掌握本專業(yè)領(lǐng)域的新技術(shù)。

2.實(shí)踐環(huán)節(jié)方面，針對(duì)第一、第二層次安排相應(yīng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)踐環(huán)節(jié)由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)組成。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)員的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。

（1）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)員建立工程系統(tǒng)的概念，包括了解電子線路的基本技能、基本方法及基本器件，使學(xué)員能驗(yàn)證基本電路，強(qiáng)化學(xué)員工程意識(shí)與基本操作技能，使其養(yǎng)成科學(xué)、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣;

（2）綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。主要培養(yǎng)學(xué)員設(shè)計(jì)能力和綜合能力，使學(xué)員能綜合運(yùn)用課程知識(shí)，設(shè)計(jì)完整的電子系統(tǒng)，使學(xué)員能熟悉理論課上的知識(shí)點(diǎn);

（3）創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。包括課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。針對(duì)不同專業(yè)不同層次的學(xué)員，分類指導(dǎo)，因材施教，將信息電子裝備中的典型電路引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)員綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力，以達(dá)到創(chuàng)新能力及創(chuàng)新意識(shí)的提高。

五、結(jié)語(yǔ)

在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，均以學(xué)生為主體，通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)演示鞏固教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)學(xué)生也可以在第一時(shí)間與理論學(xué)習(xí)同步，自行動(dòng)手實(shí)踐。讓學(xué)生從被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，隨時(shí)隨地來(lái)完成課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展創(chuàng)新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容。這種教學(xué)模式，拓寬了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、空間概念，既滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，又給他們自主安排學(xué)習(xí)時(shí)間留有余地，從而培養(yǎng)學(xué)員主動(dòng)探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)課堂有效互動(dòng)，提升教學(xué)效果。

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