宋彩霞， 蘇萬力， 丁 男， 曹美榮

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109； 2.大連理工大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024；3.山東警察學(xué)院 計算機信息管理系，山東 濟南250014)

“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

宋彩霞1，2， 蘇萬力1， 丁 男2， 曹美榮3

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109； 2.大連理工大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024；3.山東警察學(xué)院 計算機信息管理系，山東 濟南250014)

本文探討了“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，提出了一個完整的教學(xué)設(shè)計框架：將傳統(tǒng)教學(xué)中在課堂上講授的內(nèi)容讓學(xué)生在課前通過網(wǎng)絡(luò)進行自學(xué)，課堂時間主要用來討論，課后加以鞏固，通過學(xué)習(xí)評價環(huán)節(jié)將信息及時反饋給教師，幫助教師安排課堂教學(xué)。通過改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高了學(xué)習(xí)成績、鍛煉了主動自學(xué)能力與實踐能力、增強了從事工程事業(yè)的信心。

翻轉(zhuǎn)課堂；基于問題的學(xué)習(xí)；信息反饋

0 引言

“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”是我校一門重要的專業(yè)必修課，理論性很強，且注重工程實踐[1, 2]。

當前，工程教育正從傳統(tǒng)的“課堂授課—舉例—作業(yè)”形式向“注重應(yīng)用，以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)”形式轉(zhuǎn)變[3]。這種轉(zhuǎn)變給教師帶來很多難題，教師不僅要教會學(xué)生如何積極主動學(xué)習(xí)以提高分析解決問題的能力，還要教會學(xué)生如何掌握大量知識點。而解決這一問題，一種有希望的方法便是運用“翻轉(zhuǎn)課堂”( Flipped Classroom) 教學(xué)模式。

1 什么是翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂又名“顛倒課堂”、“反向課堂”，其中的“翻轉(zhuǎn)”、“顛倒”、“反向”主要指的是顛倒了傳統(tǒng)教學(xué)中的知識傳授與知識內(nèi)化(吸收)兩個階段的順序[4]。在傳統(tǒng)教學(xué)中，知識傳授是在課堂上通過教師講授完成的，知識內(nèi)化則通過學(xué)生課后作業(yè)來完成。翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了這種順序：其知識的傳授是在課前，通過布置的閱讀材料、視頻講解、幻燈片及網(wǎng)上資料查詢來完成；課堂上，教師基于問題的解答及學(xué)生間的交流協(xié)作完成對知識的內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂更注重主動學(xué)習(xí)、學(xué)生參與以及理論與實踐的結(jié)合[5]。最新的研究表明：在課前進行預(yù)習(xí)，留出了更多的課堂時間進行師生與學(xué)生之間的互動，在沒有縮減教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上更加鞏固、拓寬了課程內(nèi)容。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂中更加懂得需要學(xué)什么，更加明白課程內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)。

2 翻轉(zhuǎn)課堂的實施

我?！皵?shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程，通過幾年的改革與研究，2013年被評為山東省應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色名校建設(shè)工程校級精品課程，且已建立了內(nèi)容豐富，功能比較完善的教學(xué)網(wǎng)站。此教學(xué)網(wǎng)站為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革奠定了良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上，我們積極探索了“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

為此，我們提出了如圖1所示的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計框架。這一框架是一個反饋系統(tǒng)，其特點是通過學(xué)生學(xué)習(xí)情況的及時反饋，為教師的課堂活動安排提供指導(dǎo)，構(gòu)建積極的師生關(guān)系，提高學(xué)習(xí)效果。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計框架

2.1 課前準備

課前準備主要目的是鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，了解一些基本概念，知道一些有關(guān)“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課堂內(nèi)容的實際應(yīng)用情況，確保在課堂活動中有足夠的時間進行討論與解決問題。

在每一章開始之前，我們會安排一些本專業(yè)高年級學(xué)生作專題報告。這些學(xué)生是學(xué)院創(chuàng)新小組成員，大多參加過全國、省級或者校級的各類電子設(shè)計比賽，有豐富的參賽與完成設(shè)計項目的經(jīng)驗。他們用親身經(jīng)歷介紹參賽心得，以及如何運用所學(xué)知識解決實際問題的過程，并指出在設(shè)計過程中用到的“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”知識，這一活動會激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。每周末，我們會將下周學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)視頻放在網(wǎng)站上，供學(xué)生下載觀看。網(wǎng)站上還有一些相關(guān)的電子產(chǎn)品介紹、技術(shù)的、設(shè)計的相關(guān)話題以及我們自己錄制的授課錄像等，這是課程內(nèi)容傳播的主要方式。對于一些還沒搞懂的或者是想進一步了解的內(nèi)容，學(xué)生可以通過：谷歌、百度、IEEE、Springer、中國知網(wǎng)、維普等國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫進行檢索，從而掌握調(diào)研和自主學(xué)習(xí)的方法。學(xué)生作完這些課前準備后，會被要求進行一次簡短的課前測試，他們的成績會反饋給教師，幫助教師獲知學(xué)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(xué)生討論和對概念進行更深層次的講解提供參考。

現(xiàn)以課程第五章“觸發(fā)器”為例，其課前安排如表1所示：

表1 “觸發(fā)器”課前安排

通過這些課前準備工作，學(xué)生對觸發(fā)器的概念以及使用都有所了解，對一些容易混淆的概念進行了網(wǎng)上查詢，記錄下問題以便在課堂上進行討論。

2.2 課堂活動

課堂活動是學(xué)生知識內(nèi)化的過程，通過教師演示、分組討論、學(xué)生反思以及協(xié)作式學(xué)習(xí)活動提高學(xué)生對知識的掌握程度，因而需要精心規(guī)劃這90分鐘的時間。課堂時間的具體安排如下：

在每堂課開始后的前10分鐘用來回顧課前準備的內(nèi)容：創(chuàng)新小組成員作的報告，從網(wǎng)站上面獲得的本節(jié)課涉及到的知識。

接下來的10分鐘用來回顧上節(jié)課的主要內(nèi)容，同時引出本節(jié)課新的知識點。隨后的60分鐘，組織學(xué)生通過獨立或者是小組協(xié)作的方式解決遇到的問題，通過各種演示以及實踐活動來促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)。需要解決的問題從簡單的邏輯運算操作到為實際應(yīng)用設(shè)計的有限狀態(tài)機。學(xué)生聯(lián)系自己以前所學(xué)知識并結(jié)合新知識來解決問題，進一步加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象。最后的10分鐘用來總結(jié)本堂課所學(xué)知識點，教師一般選出本堂課的1-3個知識點要求學(xué)生重點掌握，外加一個需要進一步討論的知識點讓學(xué)生課后查資料討論解決。這些知識點在下一次上課時會被復(fù)習(xí)到，也是學(xué)生進行期中或者期末考試的重點。

表2以“觸發(fā)器”為例，給出課堂時間的具體安排。

表2 “觸發(fā)器”課堂活動及課后鞏固步驟

2.3 課后鞏固

在每一堂課后，我們會布置一些課后習(xí)題并且對學(xué)生進行一次課后測試。課后習(xí)題來自教材所附的習(xí)題與教師布置的一些題目，其目的是讓學(xué)生利用本次課內(nèi)容分析解決問題，以便達到鞏固目的；課后測試主要是課堂上面的一些概念，采用填空、選擇、問答形式，測試題放到網(wǎng)站上面，學(xué)生自行下載解答，在規(guī)定的時間內(nèi)上交。課后習(xí)題加測試的方式給教師提供了及時、有益的反饋，借此了解學(xué)生對本次課的掌握情況，為下次上課提供指導(dǎo)作用。這個閉環(huán)式的教育過程幫助教師更加有效的利用課堂時間，更加積極的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 學(xué)習(xí)評價

學(xué)習(xí)評價包含兩部分：學(xué)生成績與學(xué)生調(diào)查。

學(xué)生成績是對學(xué)生課程的掌握程度進行的客觀評價，包括期中考試(閉卷)、期末考試(閉卷)、課前預(yù)習(xí)情況、平時上課的表現(xiàn)、課后作業(yè)完成情況以及實驗成績等?？荚嚦煽兊亩嘣瘶?gòu)成有效避免了考前突擊式學(xué)習(xí)，大大減少了學(xué)生之間抄襲作業(yè)的惡習(xí)，培養(yǎng)了平時努力，自主協(xié)作學(xué)習(xí)的習(xí)慣[7]。

學(xué)生調(diào)查是從學(xué)生主觀角度對“數(shù)字電路”翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果所進行的反饋。分兩個階段：期中與期末。針對七個問題對學(xué)生進行問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表3所示。

從表中可以看出雖然并不是所有的學(xué)生都同意課前測試能幫助學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。但是由于在后來的課堂教學(xué)中，教師會根據(jù)學(xué)生的課前測試成績評價學(xué)生的表現(xiàn)并以此來更好的規(guī)劃課堂時間，學(xué)生開始嚴肅地對待課前測試并且引起了對課前視頻的高度關(guān)注。學(xué)生對課堂講義以及互動的討論方式有助于課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)的贊同始終是比較一致的，從中可以看出在課堂上留出足夠的時間進行分組討論確實能幫助學(xué)生加深對知識的理解與掌握，這也歸功于課前視頻以及網(wǎng)絡(luò)上的資料查詢，因為只有課前充分準備才能在課堂上深入討論發(fā)表自己的見解。大家逐漸意識到創(chuàng)新小組學(xué)生的報告可以快速的讓自己了解“數(shù)字電路”的實際應(yīng)用，給自己以后的創(chuàng)新實驗設(shè)計提供參考。座位的安排是隨機的，對于座位(分組)的安排學(xué)生一開始都感覺對學(xué)習(xí)環(huán)境影響不大，但是因為組內(nèi)討論是成績的一個重要組成部分，促使學(xué)生積極準備踴躍發(fā)言，也逐漸意識到座位的安排能提供積極的學(xué)習(xí)環(huán)境。

兩種形式的學(xué)習(xí)評價結(jié)果會及時反饋給教師，幫助教師合理安排課堂時間，組織課堂討論。

表3 期中與期末學(xué)生的調(diào)查報告

3 結(jié)語

通過一學(xué)期對“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實踐，我們感受到了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)不但可以涵蓋更多的知識面，而且能幫助學(xué)生更加有效的學(xué)習(xí)，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)和批判性思維形成。

參加本課程改革的學(xué)生是任意選出一個班級進行的，學(xué)生素質(zhì)與性別分配具有一般性，與其它班級的學(xué)生同卷同時間考試，從考試結(jié)果來看，采用翻轉(zhuǎn)課堂模式的學(xué)生的期中與期末成績平均分比其它班級的學(xué)生分別高出6.5分和8.7分。這一成績與我們的初衷比較吻合。從問卷調(diào)查中可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)能使學(xué)生更加深刻體會到“數(shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程的現(xiàn)實應(yīng)用，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的欲望和能力大大提高。

總之，一學(xué)期的改革實踐是卓有成效的。 在工程技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課中實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂這一教學(xué)模式目前在國內(nèi)很少，幾乎沒有任何經(jīng)驗可以借鑒。我們將繼續(xù)探索，同時借鑒國外以及國內(nèi)相似課程的一些成功經(jīng)驗，不斷提高我?！皵?shù)字電路與數(shù)字邏輯”課程的教學(xué)質(zhì)量。

[1] 李旭，張為公. 基于科研項目的數(shù)字電路創(chuàng)新型實驗教學(xué)改革[J]. 上海：實驗室研究與探索. 2015(01): 168-171.

[2] 鄭創(chuàng)明. 基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的數(shù)字電路課程教學(xué)探索[J]. 安徽：電腦知識與技術(shù). 2015(02): 141-142.

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[6] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社, 2006.

[7] 宋彩霞，張金政，曹美榮，等. “計算機組成與結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革與探討[J]. 北京：農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息. 2015(07).

Teaching of Flipped Classroom of Digital Circuits and Digital Logic Course

SONG Cai-xia1,2, SU Wan-li1, DING Nan2, CAO Mei-rong3

(1.CollegeofScienceandInformation,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China2.CollegeofComputerScienceandTechnology,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China3.Departmentofcomputerinformationmanagement,ShandongPoliceCollege,Jinan250014,China)

The reform of flipped classroom of Digital Circuit and Digital Logic course is carried out in this paper. An integrated instructional design framework is proposed. In this framework, the students learn the course contents which are taught in classroom in traditional teaching method by themselves through website, and discussions among teacher and students or among students and students are conducted in classroom. The course contents are consolidated after classroom, and students' learning status information will provide timely feedback to teacher by learning assessment and help teacher arrange classroom activities more effectively. The reform greatly stimulates the students' passion of learning Digital Circuit and Digital Logic course, improves their performances, enhances their ability of active learning and practical ability, and increases their confidences in pursuing technology career.

flipped classroom; problem based learning (PBL); information feedback

2015-09-02;

2015-11-13

山東省應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色名校建設(shè)工程校級精品課程(XJP2013032)。

宋彩霞(1977-)，女，博士，講師，主要從事車聯(lián)網(wǎng)通信、資源分配、博弈論的教學(xué)和科研，E-mail:cassiesong@mail.dlut.edu.cn

G642

A

1008-0686(2016)03-0037-04