“电子技术课程设计”的混合教学模式探索

王艳荣， 房建东， 荀延龙， 褚德欣

(内蒙古工业大学 信息工程院，内蒙古 呼和浩特 010058)

0 引言

“电子技术课程设计”是电类专业的专业技术基础课程，课程以“模拟电子技术”和“数字电子技术”课程为先修课程，将典型模拟/数字电路的设计、分析、调试与应用有机融合，是一门理论性、实践性都较强的课程。在整个课程设计过程中，根据设计任务的要求，需要学生查阅文献资料，分析设计任务，进行原理电路设计并测试，如果设计过程中出现问题 ，需要学生再查阅资料、再分析、再设计和再测试，系统电路测试通过之后学生应以规范的课程设计说明书的形式对设计成果进行提交。课程设置的目的是使学生掌握电子技术方面的基本理论、基本知识及基本技能，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，与指导教师和同学的沟通交流能力以及书面表达能力，培养创新意识和创新思维[1～2]。

而在我校，“电子技术课程设计”教学学时仅为1周，从教学实践的内容和进度来讲这个时间是合理的，但在这样一段教学时间内，指导教师无法不成为传授知识和技能的主体，帮助学生解决他所遇到的问题或直接指出学生在设计过程中的错误，无法给学生留出足够的时间进行自主思索。而大学教育带给学生最宝贵的财富应该不只是教师传授的知识，更多的是一种思维方法。其中，工程思维能力的培养，对工科学生学习能力和创新能力的提升具有十分重要的作用[3～6]。为此，依托清华大学的网络教学综合应用平台，本文摸索出可行性强的线上线下混合教学模式，从学生分组管理、线上教学资源建设、翻转课堂应用以及成绩评定等多方面进行建设和实践，以期在学生遇到问题时，能够独立寻找解决问题的方法。

1 “电子技术课程设计”混合教学模式的建设与实践

1.1 课设周之前教学模式的建设实践

1)对学生按等级分组并提前下发课程设计任务书

在以前的课程设计教学过程中，学生分组是以随机抽取的形式进行组合，这种分组方式极有可能出现强强联合和弱弱联合的情况，不利于学生与学生之间的互相学习和促进，也难以有效地培养学生之间的合作意识和团队精神。而课程设计任务书是在课设周的周一下发，在指导教师的指导下，绝大多数学生能够按时完成各项要求。但是很明显学生缺少对知识技能的“反刍”时间，使得所设计的功能电路会存在这样或那样的问题，比如把定时电路设计成计数电路，在逻辑电路内部用机械开关来控制信号的通断、进而忽略器件输入端悬空的问题等等。工程思维的培养需要时间的酝酿，分析问题、查阅文献资料寻找解决问题的方法有一个反复的过程，经过这个过程学生才能设计出相对完善的电路系统，在这个时间过程中慢慢体会解决实际问题必经的阶段。采用混合教学模式可以更好地应对和解决上述问题。

在混合教学模式下，根据课程设计的要求，每位教师一般指导20-30名学生，课设项目为4-5个，学生每2人一小组，4-6人一大组，做同一个项目。每一小组的人尽量做到强弱搭配，每一大组中要有一位基础知识掌握扎实、实践能力强的学生做组长。这种分组方式可以有效地避免学习实践能力强的同学扎堆做同一项目的情况出现，能力强的学生可以对能力弱的学生进行指导和帮助。在指导和帮助过程中，能力强的学生加深了对知识的理解，能力弱的学生也会有所进步。同时从成绩评定的角度讲，能力强的同学扎堆做同一项目不利于优良等级的划分。为了避免弱势学生不思考不动手的情况发生，指导教师在翻转课堂的指导过程中要设置相应的问题对他们进行质询。另外每个人的最终成绩都不是完全独立的，指导教师在成绩评定时会将小组的整体和每个成员学习实践水平都考虑进去。在集体荣誉的驱动之下，即便是对自己课程设计成绩要求不高的学生也会尽力去完成课程的相关要求，从而实现个人的进步。

课程设计任务书在课设周到来之前3-5周下发，并同时开设一节课程设计预备课，向学生阐述课程设计混合教学模式的流程和各个环节的教学方式，以及对学生的考核方式。在此环节中要向学生演示网络教学综合平台的用法，包括如何观看教学视频，如何发起提问以及如何提交作业等等。使学生完全清楚课程设计环节、以及各环节要求学习的内容和完成的工作。学生是否在网络教学综合平台进行资源学习、能否按时提交设计成果将作为学生能否进入课设周实践环节的门槛。

2)线上教学资源建设内容与要求

“电子技术课程设计”需要的知识和技能具有碎片化的特征，提前下发任务书的目的之一就是使学生利用课余时间完成碎片化知识和技能的学习、并有相对充裕的时间完成相应的设计任务。课程组教师在混合教学的实践过程中总结出需要制作的教学视频资源和文档资源，上传到网络教学综合应用平台，同时要求学生在规定时间内进行知识点的学习并完成相应的课设任务模块，在整个设计过程中鼓励小组内交流讨论，但决不允许设计结果的直接拷贝。其中主要资源结构如下。

(1)系统方案设计相关资源与要求：以视频资源的形式讲解系统方案的设计方法，说明系统方案中每一个功能模块都要对应系统电路中的一个功能电路，所以方案设计过程中要对设计项目实现的功能进行分析，明确功能划分、模块构成以及模块与模块之间的控制关系。同时以一个具体的设计项目为例完整地做系统方案设计讲解，对比较难的项目做方案设计剖析。这些教学资源可以先做成PPT文件，然后用录屏的方法做成视频，两种资源都可以上传教学网站。学生在一周之内完成教学资源的学习，并在一周之后的规定时间点之前上传自己设计项目的系统方案。

(2)原理电路设计与仿真相关资源与要求：系统方案设计完成之后，构成系统的功能电路的设计与仿真可同步进行。由于系统电路最终要在实验室进行硬件测试，因此其构成器件受限于实验室现有器件的种类和存量。学生一般都希望仿真与实测所使用的器件相同，因此需要在教学平台上传实验室器件清单以备学生选用。同时在平台上传的教学资源还包括：器件功能简介；用器件设计功能电路的方法，比如用74LS192如何完成小容量和大容量可逆计数电路的设计、如何完成定时电路的设计，以及定时结束之后控制信号的给出方法；用门电路如何实现对一路信号通断的控制；用SR锁存器如何实现按键消抖等等。这些教学资源都是课程设计中不同课题完成需要的共性知识技能。这些知识技能的视频在Multisim软件下录屏完成，制作的过程中边画电路图边讲解，出现问题现场解决，既演示了Multisim软件的使用方法，也演示了电路出现故障时的排除方法。这些资源要求学生在两周之内进行学习，并完成自己设计课题的系统功能电路设计与仿真，将设计结果上传至教学平台，作为可以进入课设周进行课设的依据。同时学生在系统原理电路设计与仿真的过程中会反思和查找自己系统方案设计的问题和缺陷，返回去重新修改和说明方案设计。

总之，在课程设计周到来之前的几周时间里，指导教师只在预备课中与学生面对面，其他时间学生利用课余时间自主学习、自主设计、自主反思设计中的问题和解决之法。学生可以将自己的疑问上传至网络教学平台，也可以在微信公众号或微信群里上传，但是指导教师只会选择有建设性的问题给予引导。因为教一个人学习，不是教他把结果记下来，而是要教他知识建立的过程，“授人以鱼，不若授之以渔”，学生工程思维的建立也在线上的点滴指引中萌芽。

1.2 课设周教学模式的建设实践

1)验收课程设计周之前的设计成果

当学生完成了课程设计前期的方案设计、原理电路设计和仿真测试后，在接下来课程设计1周的教学时间里，教学过程主要集中在系统电路的验收和硬件测试上。教学场所也由线上回到线下为主的实验室。由于线上教学毕竟是在虚拟的世界里进行的，具有参考性但不能作为最终成绩评价的依据，因此在课程设计周中要组织对学生线上设计成果的面对面验收。这一过程要占课程设计1周时间的五分之二左右。验收主要以翻转课堂的形式进行，指导教师在实验室组织学生就系统方案设计、原理电路设计和仿真测试进行面对面的阐述、质疑和讨论。在这一过程中指导教师除了组织学生对设计思想进行阐述、组织学生与学生之间的讨论和质疑，同时还要设置相应的问题质疑学生，以便全面考察学生在课设周之前的自主设计时间里的学习过程和设计过程，对学生的设计成果进行合理的等级划分。

这一阶段是对学生表达能力、合作能力以及融合其他人设计思想能力的有效锻炼。所以指导教师在其中对设计成果只会进行点评，不会直接肯定或否定学生的工作。但是要求学生课后再查阅文献资料，对自己的设计方案和原理电路设计进行反思和完善，翻转课堂之后同组学生对设计成果进行自评和互评，这对于培养学生团结协作、交流借鉴、分析问题和解决问题的职业素养具有重要的作用。最后指导教师根据学生在翻转课堂的表现、线下提交的终稿设计方案和电路系统给出课程设计过程的前期设计成绩。

2)硬件电路安装调试和撰写说明书

学生在设计前期的电路仿真验证正确即可以进入电路的安装和调试阶段，这一过程要占课程设计1周时间的五分之二左右。安装调试是课程设计的重点和难点，指导教师会加强对学生的指导。尤其在电路出现异常现象或故障时，要指导学生按照观察、测量、查找原因、调整电路、再实验的步骤解决电路中的问题。最后指导教师根据学生在电路实际测试过程中所表现出来的解决问题的能力以及测试结果的正确率给出课程设计过程的后期成绩。电路调试达到设计要求后，学生要对设计的全过程做出系统总结，按照规范格式要求撰写设计说明书，撰写课程设计说明书的时间占课程设计1周时间的五分之一左右。在此阶段，指导教师要注意培养学生实事求是、严肃认真和客观公正的精神。同时指导教师会在网络教学平台上传与硬件测试相关的教学资源，包括示波器的应用、实验箱的使用、电路故障检测和排除方法、课程设计说明书的撰写规范、撰写内容及撰写方法。这些资源可录制成视频资源。

由此可见，由于学生在线上教学过程中完成了课程设计的前期设计工作，使得在线下的实际教学过程中学生有充分的时间对电路系统进行硬件测试，学生有时间思考系统测试方案和测试方法，同时在系统测试出现问题时，也会有相对充裕的时间独立思考故障产生的原因和排除方法。另外在翻转课堂中学生可以把自己在课设前期自主设计成果、仿真测试的成果向同学阐述，学生会有由衷的自豪感和成就感，尤其是成就感会促使学生自发地改进自己所设计的电路，创新由此而生，创新能力由此而生。

3)问卷调查为完善教学资源提供方向

在课程设计教学结束时，指导教师在网络教学平台发起问卷调查，其中一个重要的问题是学生希望教师在平台上提供什么样的教学资源。不同的学生会有不同的诉求，指导教师根据实际情况，从有利于提高学生自主学习、勇于探索和实践的角度出发补充平台教学资源。所以问卷调查非常必要，可以使教学后继工作具有方向性。

3 结语

“电子技术课程设计”是电类专业学生的一门由理论进入实践的入门课程，在这个阶段对学生进行工程思维和工程素养的培养将影响他们对后继专业课的学习态度乃至从业态度。培养独立解决问题的能力、培养团队精神不是一蹴而就的，需要有相对充裕的时间、适当的学习资源和良好的培养模式。采用线上线下混合教学模式，在课设学时一周之前几周下发课设任务书可以给学生提供更多的独立思考的时间，同时在教学平台提供教学资源，其中视频资源为主，为解决学生在课设过程中遇到的问题提供方法和思路。这种教学模式可以初步锻炼学生准确地观察问题、高效地分析问题和科学地解决问题的能力，让学生感受寻找答案的过程所带来的快乐。当然，所有的教学模式都有一个师生的磨合过程和完善过程，课后的问卷调查能够给指导教师提供改进教学模式的方向，指导教师的继续努力为最终优质教学模式的诞生点亮一盏灯。