多模態場景下的數字電子技術課程教學改革探討

葉雪軍 王金庭

數字電子技術課程教學需要面向“新工科”人才培養的需求，堅持學校一貫治學理念，從系統能力培養的角度出發，堅持“需求導向、創新驅動”，培養有思想、有能力、有擔當的實踐、實用、實干的工程技術人才。

一、課程地位

數字電子技術課程是信息類學科里非常重要的專業基礎課程。隨著科學技術的發展，計算機和電子技術在各個領域被廣泛應用。各式新的處理器芯片和控制芯片陸續出現，這對高校數字電子技術課程的教學工作提出了新的要求。教學的基本框架應從計算機硬件系統和軟件系統兩大部分的組成、系統的基本概念、基本部件及功能實現著手，使學生對硬件系統的構成，及其各構成部件如何通過有機連接構成整機系統建立整體概念，并能夠對其進行深入的理解與掌握，為計算機系統分析設計奠定基礎。數字電子技術課程教學目的就是為學生打開計算機世界大門，吸引學生探索計算機的奧秘，認識搭建計算機系統最基本的邏輯門、組合邏輯部件（譯碼器和數據選擇器）、時序邏輯部件（寄存器和計數器）等。

二、多模態教學模式

多模態教學模式是一種新興的教學模式，通過五種感官渠道產生視覺模態、聽覺模態、觸覺模態、嗅覺模態和味覺模態。在教學過程中利用多種渠道、多種教學手段來調動學生的多種感官協同運作，以達到加深理解、強化記憶的目的。采用“線上線下混合教學+專家微課+小組自學討論+翻轉課堂+虛實結合實驗+項目驅動”的多模態教學模式，將多種模態融合一體，充分調動學生的多模態認知。輔以科技熱點跟蹤、文獻學習、PPT展示、研究報告撰寫、第二課堂科研立項和參加大賽等教學環節，提高學生學習興趣和教學效果。

數字電子技術課程作為基礎性課程，各校都在不斷探尋該課程新的教學模式，希望能夠提高教學質量。然而，該課程教學長期以來都普遍存在“偏軟輕硬”的現象。因為無論是傳統的課堂板書模式還是動態PPT講解的教學模式，都難以幫助學生更好地理解電路原理，難以激發學生學習興趣，畏難情緒讓學生“望硬生怕”。

各高校經過不斷探索，堅持“需求導向、創新驅動”，教學內容上針對專業特點，注重與后續課程的支撐和銜接。教學模式上采用線上線下混合式教學、翻轉課堂等，滿足了現代大學生的個性化需求。實驗模式上從傳統的面包板模式、實驗箱模式、虛擬仿真模式，到現在流行的口袋實驗室模式，能夠滿足不同的教學需求[1-2]。通過多模態方式呈現教學內容，在靜態的電路圖、動態的仿真電路、可觸的開發板和芯片中，實現數字電子技術教學模式的多元化和學生能力發展的多元化。

三、教學方式

隨著時代的變遷，教學方式也需要不斷改進，課程的教學和專業素養的培養都要符合教學對象的特點。目前，00后大學生普遍具有以下三個特點：第一，大部分學生比較宅，性格比較內向，合作精神不足；第二，喜歡循規蹈矩的生活，冒險精神、創新精神缺乏，這種性格特征與其從小到大接受的照本宣科、死記硬背的應試教育有所關聯；第三，喜歡玩手機，信息技術的飛速發展使00后從小就接觸電子產品，生活學習各方面都以手機為中心?；谶@三點，為數字電子技術課程的教學改革提出兩點建議，以期提高學生課堂參與率，提高教師和學生互動率，從而提升學生對數字電子技術課程的興趣。

（一）線上線下混合式教學

現代教學從以教師為中心逐漸向以學生為中心轉變，向課堂講授模式的多樣化方向發展。2000年之前，教學活動多采用傳統模式——板書模式，要求教師不僅要講課一流，寫黑板字和畫圖技藝也要精湛。隨著信息技術的發展，現代信息技術在各高校課堂教學中被普遍使用，如利用PPT進行授課。教師的PPT做得越來越精美，加上各種動畫和音效，能夠在很大程度上吸引學生的注意力，教學效果獲得極大提升。然而，00后大學生從小就開始接觸動畫和手機游戲，對此已經毫無新奇感，再加上部分課程的難度較高，這種教學方式難以滿足新時代大學生的需求。近年開發的線上教學平臺，比如學習通、雨課堂等，促使線上線下相結合的教學模式出現。這種教學模式將板書模式、PPT模式等各種教學模式充分結合，使學生成為課堂的主人。教師還能通過先進的教學技術在課前、課中、課后引導學生不斷思考，由淺入深地進行學習，培養學生發現問題、解決問題的工程思維。通過課堂模式的不斷變化，有效利用翻轉課堂，讓學生成為課堂主體，通過提出問題—學生討論—分析問題—找出最終解決方案的教學模式，充分提高學生的課堂參與度和學習熱情，激勵學生大膽表達自己的觀點，提升學生的表達能力。

將基礎理論知識放到線上供學生自主學習，通過線上精準監測，線下組織討論，拓展課程的廣度和深度，提升學生自主探究、內化知識的能力[3]。有的教師通過線上平臺設置任務，要求學生在規定時間內完成任務，但是收效甚微，因為在無監督的情況下，學生只是在機械地完成任務，難以完成知識的內化。而在線下通過各種教學模式，能夠不斷激發學生的興趣和好奇心，及時解答學生在學習過程中遇到的問題，引導學生將知識內化。線上線下混合式教學，能夠達到培養學生學習能力、思考能力等目標。實踐證明，在線下進行課上考勤、課堂討論、現場答疑、分析錯題，在線上設置教學任務點，并配合PPT進行教學，能夠在很大程度上提升教學效果。學生課上聽課，課下溫習。對于學生的課后作業，采用教師批改、生生互改等方法，督促學生按教學進度完成知識點的學習。通過在線教學平臺的督學功能，把握學生學習的過程，加強過程管理，達到了預期的教學效果。

（二）項目驅動式教學

專業知識學習如果只是紙上談兵，就會寡然無味。理論指導實踐，實踐出真知，教師要引導學生進行項目式學習，將理論與實踐相結合。教師通過積極參加教育部組織的各種教學研討會和技術頭部公司組織的技術交流會，不斷了解前沿技術，指導學生參加各類專業比賽，并將往屆獲獎的比賽作品帶到課堂上，讓學生分析作品的特點和不足之處，引發學生思考，向學生傳輸“技術改變生活”的思想，鼓勵學生在生活中尋找項目，通過項目驅動，激發學生主觀能動性和探究積極性，提升教學效果。

四、教學創新

（一）以OBE為導向共建一流課程

電子信息類專業和計算機類專業的培養目標和工程認證的指標點不同，在教學目標與內容、教學方法和策略上有所不同，教學的側重點也有所不同。

電子信息類專業的培養目標為培養學生分析問題的能力、解決問題的能力和研究能力。對應的三個畢業要求指標點包括：掌握分析電子信息軟硬件系統所需的數學和自然科學知識，具有對系統數學模型求解的能力；掌握設計實際工程問題解決方案所需要的電子信息工程方面的專業知識和技術手段；掌握研究電子信息實際工程問題所需的基礎理論知識。需要達成的課程目標包括：學生能夠系統地掌握數字電路的基本知識、基本理論和基本實驗技能，為后續課程的進一步學習打下良好基礎；掌握數字電路的分析和設計方法，以及常用數字集成電路的應用，具備解決實際問題的能力；了解并能夠簡單運用大規模以及超大規模數字集成電路的基本原理；具備自我探索、自主學習能力和能借助芯片資料應用新數字集成器件的能力。

電子信息類專業的涉及面相對較寬，因此，在組織教學內容時，不僅要注重數字電路在各種電子系統中的應用，還要注重門電路、AD和DA電路等的內部結構、工作原理和性能指標參數等。

計算機類專業的培養目標是使學生掌握工程知識，具有設計工程問題解決方案和使用現代研發工具的能力。對應的三個畢業要求指標點包括：具備扎實的計算機工程基礎知識，了解通過計算機解決復雜工程問題的基本方法，并遵循復雜系統開發的工程化基本要求；理解計算機硬件系統（從數字電路、計算機組成到微機接口技術）的基本理論與設計方法；在工程問題的預測、建模、模擬或解決過程中，能夠選擇并使用恰當的技術、軟硬件及系統資源、現代工程研發工具，解決復雜工程問題。需要達成的課程目標包括：學生能夠系統地掌握數字電路的基本知識、基本理論和實驗的基本技能，具備工程思維和數字系統工程開發的能力；掌握數字電路的分析和設計方法，常用計算機功能部件的工作原理和應用，具備計算機系統設計的能力；了解數字集成電路的開發設計方法和工具；具備自我探索和自主學習能力，借助芯片資料應用新數字集成器件的能力。

計算機類專業的教學內容基于計算機的多級層次結構，從計算機最底層的邏輯門入手，到中規模集成組合器件和時序器件，加深學生對計算機硬件和軟件系統的理解，為后續計算機原理學習和CPU設計奠定基礎。

（二）建設虛實結合的教學實踐平臺

教師要引導學生將課程理論和實踐充分結合，在實踐環節采用多種實驗模式。一方面，采用傳統實驗箱模式和面包板模式，讓學生從識別器件入手，綜合培養學生查閱芯片手冊、選用芯片、功能測試、設計電路、調試電路等工程實踐能力，培養學生工程創新意識與科學探究思維；另一方面，采用常用的仿真設計軟件，如Multisim、Logisim等，讓學生在不受器件儀器限制的情況下，自由發揮，提高學生設計能力和創新能力。線上教學平臺為了引導學生自主實驗，不僅提供仿真平臺、各實驗項目的指導和實驗步驟，還提供了工程要求的芯片的資料，全面鍛煉學生的數字電路分析和設計的能力，提高學生的動手能力和分析能力，為學生后續課程的學習、科研立項、參加設計大賽等打下堅實基礎。

（三）多元評測

數字電子技術課程評測方式多元化，總評成績=試卷分數×0.5+自主學習分數×0.35+作業分數×0.15。除了期末考試筆試外，自主學習部分考量兩方面：能力目標和素質目標。能力目標體現在課前預習、觀看學習通上的教學視頻、課后復習、線上測試、期中測試等；素質目標體現在課堂活動上，包括課堂簽到、搶答、隨堂練習、分組討論、演講、制作設計演示視頻、合作完成學習任務等。作業部分考查學生的理論掌握水平和實操能力，包括分析、設計電路的能力和搭建、調試電路的能力。學生所有的學習過程都記錄在學習通上，并實時更新。全方位考量學生能力，并加強過程管理，督促和激勵學生學在平時，享受學習過程。

五、教學效果

作為校級精品資源共享課，數字電子技術課程教學團隊在教學內容、教學方法、實驗模式、評測方式等方面不斷探索：團隊5年12人次獲教學優秀獎；主持和參與教育部協同育人、省級教研和省教育科學規劃項目10余項；出版教材2部；指導學生在全國大學生電子設計競賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽等學科競賽中獲國家級獎50余項、省級獎200余項；指導學生獲國家級和省級創新項目立項20余項，申請授權專利10余項。數字電子技術課程教學團隊在本校軟件工程專業和計算機科學與技術專業國家級一流本科專業建設點，電子信息工程專業省級一流本科專業建設點中發揮著重要作用。

綜上所述，在以OBE（Outcome based education）為導向的課程改革中，數字電子技術課程教學團隊搭建了一個教學資源共享、師生溝通交流、學生成果展示的平臺，搭建了一個教學過程監督和管理的平臺，充分運用線上平臺，線上線下相結合，不斷改進教學模式和教學方式，根據教學內容以多模態視角選擇教學方法。多元化的教學方法提高了課堂效率和教學質量，完成了教學目標。