提升“数字电子技术”课程线上直播教学效果的探讨

邓涛　朱明强

[摘 要] “数字电子技术”是一门电子信息类专业的技术基础课，其主要特点是理论与实践紧密结合。为了提升“数字电子技术”及其类似课程的线上直播教学效果，要做好线上直播教学的宣传工作;优化设计教学流程、PPT、课堂练习和思考题，为线上教学做好充分准备;通过多提問、增强互动，及时回顾和总结知识点、梳理知识体系，加强仿真实验和演示实验，着力提高在线课堂教学质量;通过课后练习、章节作业、习题课以及考核评估，强化学生综合运用所学知识分析和解决复杂工程问题的能力。

[关键词] 数字电子技术;线上教学;教学效果

[作者简介] 邓 涛（1983—），男，陕西宝鸡人，博士，北京交通大学电子信息工程学院电子科学与技术系副主任，北京交通大学国家工科基础课程电工电子教学基地副主任，副教授，主要从事微纳传感器与系统研究;朱明强（1984—），男，云南大理人，博士，北京交通大学电子信息工程学院国家电工电子实验教学示范中心工程师，主要从事精密传感器及无线传感器网络研究。

[中图分类号] G642      [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）12-0133-04    [收稿日期] 2020-09-20

一、引言

“数字电子技术”是电子信息类专业的一门技术基础课，核心内容是数字逻辑电路与系统的分析和设计，理论与实践紧密结合。长期以来，该课程主要以课堂讲授和课内实验的线下教学方式开展。虽然笔者参与建设的“数字电子技术基础”慕课（MOOC）课程属于国家精品在线开放课程[1]，但一直以来仅作为线下教学、线上线下混合式教学的教辅资源使用。新冠肺炎疫情的突然暴发和常态化防控，使得线上教学迅速成为2020年春季学期的主要教学方式。线上教学主要有“录播+线上答疑”形式和“直播+线上答疑”两种形式形式（以下简称直播）。考虑到“数字电子技术”的课程性质和学生对线上教学的适应性，本课程选择了线上直播的形式开展教学。教学平台以具有录制和复播功能的腾讯课堂为主，以腾讯会议、中国大学MOOC平台、微信群为辅。通过一个学期的学习、探索、实践和持续改进，本课程线上直播教学取得了较好的教学效果，总结一些经验和方法，以期为“数字电子技术”及类似课程的线上直播教学提供借鉴。

二、切实做好线上直播教学的宣传工作

虽然远程教学、线上直播教学的概念由来已早，近几年视频课程、MOOC课程也获得了较大的发展[2，3]，但是“数字电子技术”这种理论与实践紧密结合、难度较高的工科“硬课”完全采用线上直播教学毕竟是第一次。不论是授课教师还是学生，对于这种新的教学模式难免有疑虑甚至抵触情绪，因此需要在开课前借助微信群等平台做好充分的宣传工作。

第一，线上直播教学打破了传统课堂教学在时空上的局限，是疫情等特定条件下的“满意解”。第二，线上直播教学提供了丰富、优质、可重复播放的学习资源，形式、风格多种多样，可满足学生个性化、多元化的学习需求。第三，线上直播教学从某种程度上讲，也是培养学生形成自主学习习惯、意识和能力的好机会，有助于改善传统课堂过分倚重教师的授课方式，这与“以学生为中心”的教育理念在一定程度是契合的。正如清华大学校长邱勇教授所言，“毫无疑问，疫情过后基于校园的传统教育模式将发生深刻变化”[4]，与其疑虑和排斥，不如敞开心扉，大胆尝试和探索这种新的教学模式。

除了做好宣传工作之外，教师和学生还应做好线上直播教学平台的相关培训，熟练使用平台的分组、讨论、共享等各种功能，以免教学效果打折扣。

三、精心准备线上直播教学资料

针对线上课堂较难实现师生互动，不能实时把控课堂状况等，需要在课前精心做好以下准备工作。

1.认真钻研教学内容，把握重难点，优化设计教学流程。比如，线上教学时学生一直盯着屏幕，注意力集中的时间有限，这就要求教师在进行教学设计时尽可能避免长篇大论，最好将一个大问题细化为若干个小问题，分节讲授。

2.合理设计PPT，特别是动画。“数字电子技术”课程的核心内容是数字逻辑电路分析和设计，涉及大量的电路图、波形图、状态转换图（表）、真值表、态序表、逻辑表达式等。电路图结构复杂，包含的元器件种类和数目较多，即使是同一电路，在不同时序条件下其输出结果也可能不同。线下教学中，教师在讲授PPT时，随时可以借助黑板对学生有疑问的局部电路进行“放大”剖析，对中间过程进行详细推导。而线上直播教学时，将屏幕在PPT和电子白板之间切换较麻烦，并且在电子白板中画电路图和输入公式非常费时，最好的解决方法是将所有待讲授内容都纳入PPT。这就对PPT的设计提出了更高的要求：第一，要对学生可能出现疑问的地方进行预判，并做好解答预案;第二，电路分析和设计的过程要一步一步展示出来，步骤清楚、结构完整，避免一股脑儿展示最终结果。合理利用PPT中的动画功能有助于实现上述要求。

3.精心设计课堂思考题和练习题。线下课堂教学时，教师可以通过眼神、表情等与学生进行交流来实时判断学生对教学内容的理解和掌握情况，而线上直播教学时这一重要的师生交流途径被斩断了。这就要求教师必须通过其他的途径来实时获取学生的学习状况，最简单有效的方式就是提问和练习（随堂测试）。因此，需要在备课时精心设计合适的思考题和练习题，原则是小而精，避免大而繁、长时间打断授课流程。

除此之外，最好提前将下次课的学习目标和资料通过微信群、网络课程平台等发送给学生，如MOOC视频链接、电子版教材等，让学生学有目标，预习有抓手，提问有思考。

四、理论与实验相结合，提高线上直播教学质量

教师在线授课时，为了切实提高教学质量，需要特别做好以下三方面工作。

1.多提问，增强互动。如前所述，线上直播教学与线下课堂教学最大的不同点在于师生不能面对面交流和互动。这种情况可能会导致以下几个问题：其一，教师肢体语言的缺失增加了学生理解问题的困难;其二，教师难以实时掌握学生的学习状况，甚至不知道学生是否在听课;其三，互动的减少使得教师授课的节奏和速度加快。这几个问题相耦合，线上直播教学很容易变成老师越讲越快、自娱自乐的“单口相声”，学生一个地方没听懂或是思路没跟上就掉队了。要改善这种情况就要多提问，增强师生交流和互动。首先，要鼓励学生多提问。学生和教师的认知和思维存在差异，很多时候教师认为的难点对学生而言可能并非难点;相反的，教师认为很简单、一笔带过的内容可能会让学生产生疑问。因此，学生提问是最重要的教学反馈，通过它可以精确定位学生的疑问所在，让授课变得有的放矢。可以鼓励学生有疑问时打断教师讲授、随时提问，也可以在结束一小段教授后鼓励学生集中提问。其次，授课教师要多提问。教师提问一方面可以实时掌握学生的学习状况，另一方面有考勤的功效，可以督促学生认真听讲。可以提问个别同学，也可以向全班提问让学生抢答，还可以采用随堂测试的方式提问。提问要事先做好准备，针对重难点或是学生理解容易出现偏差的地方提问。此外，可以考虑将提问和互动纳入课程平时成绩。

2.及时回顾和总结，梳理知识体系。每次课以回顾上次课的主要内容、重难点为开始，进而通过已学知识适用范围的局限性等问题导入本次课的内容。按照“是什么、为什么、做什么”组织课程教学，突出教学重点，化解教学难点。教师通过阐述“是什么”，让学生明晰知识点的本质内容;通过讲解“为什么”，分析该知识点的来龙去脉，让学生明了知识点之间的内在关系，形成有机的知识体系;通过示例“做什么”，加深学生对原理和概念的深刻理解，学以致用。针对每一种电路，不仅要讲清楚其概念、结构、参数和工作原理，更要结合该电路的应用背景、发展历程，通过与功能或结构类似电路的对比与分析，归纳总结该电路的特点和适用范围。例如，在讲授触发器电路时，由同步RS触发器抗干扰能力弱，引出主从RS触发器;进而由主从RS触发器的输入有约束条件，引出输入无约束条件的主从JK触发器;再由主从JK触发器要求激励信号维持不变的时间较长，引出抗干扰能力更强的边沿JK触发器。层层深入、环环相扣，一方面使学生形成完整、有机的知识体系;另一方面通过带领学生重温触发器发展的历程，使学生领略科学技术不断探索、突破、前进的魅力，学习科研创新的方法，培养创新思维能力。

3.加强实验，特别是仿真实验和演示实验。

“数字电子技术”是一门理论与实践紧密结合的课程，数字电子世界远比书本上介绍的丰富多彩，合理地设置课内实验可以激发学生的学习兴趣，加深对理论知识的理解，培养学生分析和解决复杂工程问题的能力。由于时空的阻隔，线上直播教学无法让学生亲自到实验室观摩和开展实验，这时如果有口袋实验室是最好的，学生可以随时随地开展简单的数字电路实验。如果没有口袋实验室等硬件条件，则可以利用Multisim、Protel DXP等仿真与设计软件开展数字电路仿真实验，这对于学生理解抽象的电路原理和功能是极其有用的[5]。实际上，仿真已经成为数字电路设计和实现必不可少的一个步骤。比如，我们可以通过仿真来熟悉555型集成时基电路的工作原理，也可以通过仿真来设计一个任意模制计数器。在仿真实验之外，如果教师能将同学们设计好的电路在实验室中实现，并将实验过程和结果录制为视频，在网络直播课堂上演示就更好了。通过在课程教学中穿插仿真实验和演示实验，可以实现理论与实践的紧密结合，切实提高课堂教学效果。

五、强化课后练习和考核评估，提高学生活学活用能力

课后练习和考试是“数字电子技术”学习中一个不可缺少的重要环节，是检查和巩固学习效果的重要手段和必要形式。优化设计课后练习和考核评估的内容和方式、方法，有利于提高学生活学活用所学知识分析和解决复杂问题的能力。

1.借助SPOC平台，每节课后安排练习和讨论。小规模限制性在线课程SPOC（Small Private Online Cource）支持线上线下相结合的混合式学习，以及对学生学习过程的管理[6]。课后练习不同于章节作业，主要考查和帮助学生巩固基本概念与知识点，兼有考勤的功能，因此要求题目少且难度低。讨论题目主要用于引导学生辨析基本概念和知識点的深层次内涵，探究其应用，激发学生的创新思维。设计合理的题目并适当引导讨论，可以有效增强学生之间、师生之间的互学互动，形成“你争我赶”、积极向上的学习氛围。例如，在笔者负责的“数字电子技术”SPOC课程中，我们设计了“为什么说逻辑函数的真值表和最小项表达式具有唯一性”“与TTL门电路相比，CMOS门电路的优点有哪些”等讨论题，学生参与讨论的次数可达百余次。

2.定期安排作业和线上答疑。除了每节课后的练习，每个章节结束后需要安排一些综合性的习题，培养学生活学活用所学知识分析和解决复杂问题的能力。在做作业的过程中，学生不可避免地会遇到各种各样的问题，特别是线上直播教学时很多问题不易被发现，这时线上答疑和习题课就显得尤为重要。建议先通过腾讯会议或腾讯课堂等平台进行共性问题集中讲解，再通过提问和点评对个性化问题进行解析。

3.线上考试。考试作为检验学习结果的重要手段，在“数字电子技术”课程教学中也是必不可少的一个环节。由于视频监考等手段存在一定的局限性，线上考试过程中可能会出现借助于网络作弊的问题，比如网上查询答案、拷贝同学电子答案等。为了杜绝此类问题的发生，建议考试采用开卷的形式进行，最重要的是考试题目的设计要强调主观性、开放性，以数字电路分析与设计题目为主，避免死记硬背、答案唯一的客观性强题目。例如，在“数字电子技术”课程期末考试中笔者设计了这样一道题目，“请利用触发器和基本门电路设计一个序列码检测器，当输入101码时，对应最后一个1，电路输出为1，否则输出为0”。该题目按照是否可检测重叠码、采用何种触发器进行分析和设计，可以有10余种答案，充分考查学生活学活用所学知识分析和解决复杂问题的能力。线上考试，考前要做好考试纪律学习、宣传工作，引导学生签订考试诚信个人承诺书;考试中要求学生手写答卷，每张答卷在中间写出个人姓名、班级、学号等信息;考试后通过拍照上传考卷。

六、总结

在常态化疫情防控背景下，在线教学逐渐成为与线下教学并行的教学方式。通过课前做好宣传和教学设计，课上加强交互、优化教学方法、理论联系实验，课后勤加练习、合理进行考核评估，可以有效提高“数字电子技术”及其类似课程的线上直播教学质量。

参考文献

[1]黄亮，侯建军，刘颖，等.北京交通大学数字电子技术基础慕课建设[J].课程教育研究，2018（7）：246.

[2]闫晓梅，高文华，王志社.基于MOOC的“数字电子技术”翻转课堂教学研究[J].电气电子教学学报，2017，39（1）：102-105.

[3]常敬先，赵媛，刘延飞.基于MOOC的“数字电子技术”课程线上线下混合教学模式研究[J].专业与课程建设，2020（8）：33-37.

[4]曲田.清华大学发起全球大学特别对话 共商新冠疫情下在线教育合作与发展[EB/OL].（2020-04-25）[2020-08-25].https：//news.tsinghua.edu.cn/info/1002/78492.htm.

[5]臧利林，徐向华，魏爱荣.“数字电子技术基础”混合式教学方法研究[J].电气电子教学学报，2020，42（2）：99-103.

[6]杨晶晶，劉延飞，慕晓刚，等.“数字电子技术”课程SPOC实践探析[J].电气电子教学学报，2020，42（2）：56-59.

Abstract： Digital Electronic Technology is a technical basic course of electronic information major. Its main characteristic is the close combination of theory and practice. In order to improve the teaching effect of live online teaching of Digital Electronic Technology and other similar courses， we should first do a good job in the publicity of online live teaching; secondly， we should optimize the design of teaching process， the PPT， the classroom exercises and questions， so as to make full preparation for online teaching; furthermore， we should timely review and summarize the knowledge points， sort out the knowledge system， and strengthen the simulation experiments and demonstration experiments， focusing on improving the quality of online teaching by raising more questions and enhancing interactions; finally， through after-school exercises， chapter assignments， exercise classes and assessments， we can strengthen students comprehensive ability to analyze and solve complex engineering problems.

Key words： Digital Electronic Technology; online teaching; teaching effect