數字電路課程的翻轉課堂教學及調研

宋彩霞　陳龍猛　張克宏　馬德新

摘要：以數字電路課程為例，介紹一個模板的翻轉課堂實施過程和實施翻轉課堂的經驗，并提出幾項挑戰。

關鍵詞：數字電路；翻轉課堂；學生參與；主動學習

1.背景

最近很多文獻提出：高等教育如何通過授課滿足學生畢業后對知識與技能的持續需求。一種方法是鼓勵教師從“臺上的智者”轉變為“學生的向導”?！芭_上的智者”指教師是課堂的主導者，通過授課這一方式傳授知識?！皩W生的向導”是指學生是學習的主體，教師充當指導者與資源提供者。

“臺上的智者”這一理念是一種被動的學習方法。教育工作者發現，學生在課堂開始的10分鐘后，注意力開始下降，嚴重影響學生對知識的吸收和消化?！皩W生的向導”這一理念扎根于學習的構建主義理論。這個理論暗示知識是不能被直接傳授給學生的，學生擁有的是信息而不是知識，知識必須被個人進行構建或者重構建，即運用早已獲知的知識使信息變得有意義。學生參與知識的構建與重構建是通過運用主動學習策略（比如基于問題的學習、基于項目的學習、思想共享等）來實現的。新的教學方法——翻轉課堂（Fliped Classroom）則結合了前面描述的兩種理念，促使教師更加細致地設計教學策略，讓學生獲得布盧姆分類（Blooms Taxonomy）嘲中的所有層次。

傳統教學中，知識傳授由教師在課堂上講授來實現，知識內化則通過學生的課后作業來完成。翻轉課堂顛覆了這種形式：知識傳授通過學生在上課前閱讀材料、觀看視頻講解來完成，知識內化則通過在課堂參與各種主動學習策略，如辯論、組內協作、基于問題/項目的學習等來完成。這種教學方法可使學生達到布盧姆分類中應用、分析和綜合等方面的高層次水平。

工程教育者運用翻轉課堂的方法授課，構建課堂時間為主動學習策略，重新設計主動學習策略，如結對共享活動、學生發言與討論、小組協作、基于案例的方法等，提高學生的參與性。筆者運用本校校級精品課程數字電路與數字邏輯探索翻轉課堂的實施，并描述學生對此方法的看法，力求促進學生的課程參與度，提高其學習效果。

2.翻轉課堂的實施

2.1教師準備

有3位教師參與數字電路課程的授課，主要運用翻轉課堂教學方法，重新設計后將傳統授課方式轉變為混合授課方式（網上在線視頻+課堂面對面討論）。學期開課前給出模板大綱，列出翻轉課堂的3個組成部分：課前準備、課堂活動、課后鞏固。針對模板中每個組成部分，教師根據授課內容設計出明確的活動。另外，模板鼓勵教師彰顯布盧姆分類法的各個層次：課前準備部分主要關注低層次的布盧姆分類法，比如記憶、理解；課堂活動的面對面討論部分考慮的是高層次的學習，比如應用、分析、綜合、評價；課后鞏固則通過形成性評估方法與總結性評估方法建立高層次的學習。教師每月開一次交流會，探討出現的問題及其解決辦法，并提供教學資源，確保翻轉課堂的實施效果。

2.2翻轉課堂設計

以數字電路中計數器的原理及應用為主題，設計翻轉課堂模板，如表1所示。

1）課前準備。

課前準備的主要目的是鼓勵學生自主學習。使其了解基本概念和數字電路知識的實際應用情況。

在每一章開始之前，由本校工程專業創新小組成員給學生作報告。這些成員均為高年級學生，大都參加過全國、省級或校級的各類電子產品設計比賽，有較為豐富的參賽與完成設計項目的經驗。他們通過介紹參賽心得及如何運用所學知識解決實際問題，并聯系設計過程中用到的數字電路知識，使學生對數字電路產生濃厚的學習興趣。每周末將下周要講解的內容上傳網絡，學生可按照自己的時間獨立學習，對不理解的內容可自主搜索或記錄，為課堂討論做準備。學生網上預習后，會進行一個簡短的課前測試，成績會反饋給教師，幫助教師了解學生對基本概念的理解程度，為教師有效分配課堂時間、組織學生的主動討論和對概念進行更深層次講解提供參考。

2）課堂活動。

教師應緊貼學習目標，根據課前測試的反饋情況來設計課堂面對面的主動學習策略，提高學生的主動參與性。有許多主動學習策略供教師在課堂上使用，但在設計面對面的課堂活動時，注意不要采用過多的主動學習策略。其目的是使學生熟悉主動學習策略，避免學生過于關注主動學習策略的方法而忽視相關知識的學習。

在計數器的原理及應用的課堂活動中，學生通過獨立或小組協作的方式解決問題。對于一些比較容易混淆的概念，如計數器的同步置零和異步置零方式、同步預置數和異步預置數方式，學生通過列表的方式進行特點總結，不同場景中不同方式的選擇則采用批判性思維方法進行選擇。教師監督整個過程，幫助學生理清概念，通過各種演示及實踐活動促進學生對知識的內化。

3）課后鞏固。

課后鞏固包含2種形式：課后習題+實驗實踐。課后習題來自課本后的習題和教師網上收集的一些題目，主要形式是分析設計，讓學生通過運用本次課的知識分析、解決問題，以達到鞏固的目的；實驗實踐主要運用現實生活中的實例，如在各種比賽場合使用的多路智力搶答器的設計、交通信號燈的設計等，、讓學生用數字電路的知識來解決實際問題，提高學生的學習興趣，加強其分析問題、解決問題的能力。

評估是翻轉課堂課后鞏固的一個重要組成部分。評估標準應與網上提供的材料及課堂活動內容相一致，分為形成性評估（在每次課堂作業之后）與總結性評估（期中與期末考試），采用多樣化的評估形式：論文、期中考試、期末考試、案例研究、課堂展示、課后作業、實驗情況等。評估方式的多元化構成有效避免了考試之前的突擊式學習，大大減少了學生之間抄襲作業的惡習，突出了自主協作學習的重要性。

2.3學生態度調查

學生態度調查是從學生的主觀角度對數字電路翻轉課堂的教學效果進行反饋。針對5個問題展開問卷調查，結果分為5個等級（1代表強烈反對，5代表非常同意），如表2所示。

由表2可以看出，學生喜歡課前準備階段的觀看視頻、資料查詢、創新小組作報告等形式，這有助于學生提前了解授課內容，理解概念，了解數字電路的應用，提高學習數字電路的興趣與主動性。學生比較歡迎在課堂中進行面對面討論的教學模式，該模式有利于其加深對知識的理解與運用，并使學生的批判性思維能力得到顯著加強，與教師的溝通聯系也更加密切。

有一些問題需要引起關注，包括在課前準備部分的執行中，沒有教師可以為學生解答問題，也有可能有的學生沒有為課堂的面對面主動學習做準備，相似的問題在文獻【10，11]中也提到過。解決方法可以是教師利用QQ群或微信的方式及時解答學生的問題，問題在第一時間被教師解答，學生感到他們的學習是有價值的，從而更愿意服從教師的教學安排。

3.學到的經驗

通過青島農業大學數字電路翻轉課堂的實施，借鑒其他相關課程的翻轉課堂教學經驗，我們提出5個關鍵元素來支持學生參與翻轉課堂的學習。

（1）教師需要學生理解翻轉課堂是什么？為什么要用翻轉課堂的教學模式？如何運用這種模式？

（2）為支持翻轉課堂，翻轉學習的環境必須是靈活的。環境需要提供各種學習模式，學生應該能選擇在何處、何時學習。

（3）教師需要仔細選擇與評估教學內容：哪些是直接講授的內容，哪些是需要學生自學的內容。

（4）在課堂中應采取以學生為中心的教學方式，課堂時間應被用來探索主題以拓寬學生的知識面，創造豐富的學習機會。.

（5）課堂中應該實現從授課（Lecture）到活動（Activity）的轉變，強調哪些活動是在課堂完成的，活動以何種形式完成。

4.挑戰與未來方向

在實施翻轉課堂提高學生主動學習的過程中，存在以下幾項挑戰。

（1）網上授課視頻的質量問題、視頻聲音與畫面的清晰度、教師授課是否與畫面一致等。

（2）每集視頻講座的時間太長，學生注意力容易分散。

（3）學生觀看視頻時，遇到問題不能及時求助教師。

針對以上問題，翻轉課堂未來的發展方向應該依據以下幾個方面。

（1）視頻應按照用戶友好方式制作，保證語音與畫質的清晰與一致。

（2）視頻應該按照專題制作成15-25分鐘的短片，以保證學生集中精力觀看。

（3）開通網上論壇、微信、QQ等交流形式，便于教師與學生之間的互動，及時解決學生遇到的問題。

5.結語

通過對數字電路翻轉課堂的探索，我們深刻認識到翻轉課堂作為一種新的教學模式，幫助教師實現了從“臺上的智者”到“學生的向導”的轉變，為培養學生批判性思維、促進學生協作學習、提高學習主動性提供了機會。同時，教師可更加靈活地拓寬知識的廣度與深度，并通過基于問題/項目的學習活動給學生提供應用知識的平臺。運用翻轉課堂，學生不僅能獲得布盧姆分類中的所有層次，對其他相似課程運用翻轉課堂來提高學生的參與性也具有很好的借鑒作用。