謝 檬， 王 娟

(西安交通大學(xué) 城市學(xué)院，西安 710018)

0 引 言

自從2001年麻省理工學(xué)院微型視頻課程實施Open Course Ware計劃以來，在高等教育領(lǐng)域掀起了微型教學(xué)視頻的熱潮，蘋果公司也在2005年推出面向大學(xué)視頻課程iTunes U 頻道，開啟了大學(xué)視頻公開課的先河[1-4]。戴維·考維爾與布萊恩·亞歷山大一起塑造了MOOC一詞，即大規(guī)模在線課程。由哈佛大學(xué)、斯坦福大學(xué)分別開發(fā)的edx、Coursera、Udacity 三大在線平臺，也成了MOOC 發(fā)展現(xiàn)狀的標(biāo)志。“視頻公開課”和“大規(guī)模在線課程”的不斷涌現(xiàn)，促使微視頻和微課程走向大規(guī)模發(fā)展方向。微課是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充形式，微課不僅適合于移動學(xué)習(xí)時代知識的傳播、也適合學(xué)習(xí)者個性化、深度學(xué)習(xí)的需求[5-9]。

1 微課與傳統(tǒng)課程的比較

1.1 傳統(tǒng)課程的優(yōu)劣

傳統(tǒng)教學(xué)媒體使用歷史悠久，是無數(shù)教育工作者通過開發(fā)、實驗、積累研究出來的一系列行之有效的工具。傳統(tǒng)教學(xué)媒體以語言的形式，傳達(dá)教學(xué)信息，有利于提高學(xué)生抽象的思維能力[10]。學(xué)生在通過語言和口頭語言接受信息，既用耳又動眼，媒體與教學(xué)目標(biāo)更易靈活匹配，由于教師的教學(xué)經(jīng)驗，對教材、板書等的操作得心應(yīng)手，這也體現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)媒體簡便易行的優(yōu)點。傳統(tǒng)教學(xué)媒體在形象性和信息顯示方面卻存在著明顯的劣勢。受技術(shù)程度的限制，傳統(tǒng)教學(xué)媒體無法為課堂營造出形象生動的教學(xué)情境，在課堂教學(xué)中傳播的信息也較少?？v觀國內(nèi)外教育信息化資源的發(fā)展，經(jīng)歷了CAI課件、專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站、教學(xué)資源庫等不同階段。但不論資源如何呈現(xiàn)形式，都沒有對傳統(tǒng)的以教師為中心或以學(xué)生為中心的教學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性的變革[11-13]。

1.2 微課程的特點

微課程一般時長5～10 min，將課程按照學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，分解成為具有目標(biāo)、任務(wù)、方法、資源、作業(yè)、互動與反思等在內(nèi)的微型課程體系。其主題突出、情景真實、短小精悍、可以讓學(xué)生針對課程的重點、難點、疑點通過各種移動終端利用碎片時間進(jìn)行移動學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)[14-15]。微課程以微型教學(xué)視頻為核心，包含與教學(xué)相配套的微教案、微課件、微練習(xí)、微反思、微點評等相關(guān)學(xué)習(xí)資源，形成一個開放性的資源動態(tài)共享與交互教學(xué)的新環(huán)境。在學(xué)習(xí)過程中，可汗學(xué)院創(chuàng)新的翻轉(zhuǎn)課堂除了教學(xué)微型視頻外，還有面對面的互動時間，同學(xué)和教師一起發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)活動。微課程更接近完整的教學(xué)形式，有參與、有反饋、有作業(yè)、有討論和評價。微課程作為新型教育資源、學(xué)習(xí)方式和教學(xué)模式的變革，實現(xiàn)了對教師“教”的資源和學(xué)生“學(xué)”的資源的有效補(bǔ)充，成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和教師專業(yè)發(fā)展的重要途徑。

2 獨立院校數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)發(fā)展

近年來，大量先進(jìn)技術(shù)如DSP、SOPC、EDA技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、硬件描述語言等出現(xiàn)在高校的課程設(shè)置中，這許多技術(shù)都是未來電子技術(shù)的發(fā)展方向和市場應(yīng)用的需求方向。所有這一領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)和實驗迫切需要改革。國外很多著名高校，不斷跟進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，在基于新型FPGA的實驗系統(tǒng)上開展數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)和實驗。我院對這門課程實驗教學(xué)內(nèi)容更新較慢，主要體現(xiàn)在：① 實驗核心內(nèi)容仍然放在中小規(guī)模的組合和時序邏輯電路的分析和設(shè)計；② 教材內(nèi)容較陳舊，知識點連貫性較差；③ 實驗內(nèi)容與實際應(yīng)用差距太大，驗證性實驗較多，應(yīng)用性設(shè)計內(nèi)容要求過低。

如何將這一課程更好地傳授給學(xué)生，一線教師需要改革新的教學(xué)方式。能不能多講些實用的設(shè)計方法？能不能深入淺出，將高深的理論變簡單，簡單的問題變有趣？能不能利用零碎的課余時間完成一次學(xué)習(xí)？微課程這種新型有效的教學(xué)方式帶入實踐教學(xué)課程中，利用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐動手能力。

本課題區(qū)別于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，摒棄了學(xué)生實驗課前不預(yù)習(xí)，課中不會做實驗，課后不復(fù)習(xí)的壞習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維、知識綜合應(yīng)用、系統(tǒng)分析與設(shè)計、工程實踐等科學(xué)研究的基本素養(yǎng)和工程實踐能力。

3 數(shù)字電子技術(shù)實驗微課程的設(shè)計

3.1 明確培養(yǎng)計劃

根據(jù)我院2016版培養(yǎng)計劃安排，數(shù)字電子技術(shù)實驗和數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計合并為一門實驗課，安排為24學(xué)時。因此，對該課程在實驗教學(xué)內(nèi)容和模式上需要進(jìn)行大規(guī)模的改進(jìn)：① 制定圍繞授課重點、知識點突出的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容；② 確定切合實際、符合發(fā)展方向的創(chuàng)新實驗內(nèi)容；③ 調(diào)試適合基礎(chǔ)實驗和創(chuàng)新實驗及深入設(shè)計的實驗內(nèi)容；④ 編寫具有啟發(fā)性和開拓思維特點的實驗指導(dǎo)書；⑤ 確定實驗重點難點，錄制微視頻。

3.2 制定課程實驗大綱

按照課程內(nèi)容的發(fā)展方向，實驗大綱的制定也需要符合當(dāng)前數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展。我院制定的實驗大綱側(cè)重新技術(shù)的發(fā)展，減少驗證性實驗的課時，增加數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容，在我院獨立研制的實驗平臺上，完成EDA系統(tǒng)設(shè)計。實驗大綱重點體現(xiàn)基本知識與實際應(yīng)用的內(nèi)在聯(lián)系，并盡可能拓展，使學(xué)生在后續(xù)的獨立研究過程中，具有創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新性能力。

根據(jù)2016版培養(yǎng)計劃，我院數(shù)字電子技術(shù)實驗安排課時24學(xué)時。內(nèi)容安排分為數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗、FPGA應(yīng)用實驗和數(shù)字系統(tǒng)專題設(shè)計3個模塊，如圖1所示。

這3個模塊循序漸進(jìn)，在內(nèi)容上和形式上既有聯(lián)系又相互獨立。其中，數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗4個，占8學(xué)時；FPGA應(yīng)用實驗4個，占8學(xué)時；數(shù)字系統(tǒng)專題設(shè)計2個，占8學(xué)時。根據(jù)學(xué)生實際水平，教師可以調(diào)整授課課時進(jìn)度，滿足不同層次的學(xué)生的實際需求。這樣縮短了驗證性實驗的課時，增加了學(xué)生自主設(shè)計的課時。意味著同學(xué)們自主設(shè)計實驗的時代已經(jīng)到來，本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗教學(xué)進(jìn)入了新的時代，學(xué)生可以自主調(diào)整學(xué)習(xí)步驟和時間安排。

圖1 數(shù)字電子技術(shù)實驗?zāi)K安排

3.3 確定實驗所需的軟硬件

2016版培養(yǎng)計劃對實驗內(nèi)容的安排作了具體的規(guī)劃，而不同階段的軟硬件要求不一樣。

圖2所示為不同實驗階段，所需掌握的軟硬件平臺。在數(shù)字電子技術(shù)實驗課程中，學(xué)生剛接觸數(shù)字電路，通過在硬件平臺上搭建數(shù)字電路，對課程內(nèi)容有一個直觀的認(rèn)識，主要完成驗證性實驗。第2階段，學(xué)習(xí)QuartusⅡ軟件搭建仿真電路，完成自主設(shè)計數(shù)字電路系統(tǒng)。第3階段，學(xué)習(xí)EDA設(shè)計方法步驟，掌握EDA設(shè)計的流程，完成自主設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)，在我院自主研發(fā)的CPLD硬件平臺上，能實現(xiàn)軟件仿真、硬件測試功能。

圖2 數(shù)字電子技術(shù)實驗?zāi)K及支撐軟硬件平臺

3.4 微課程知識點的確定

結(jié)合我院應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方針和數(shù)字電子技術(shù)實驗大綱的安排，充分考慮了微課程的特點，將數(shù)字電子技術(shù)實驗中的重點及難點做成微視頻，通過“雨課堂”等平臺推送給選課學(xué)生，提前讓同學(xué)預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)。這樣，在實驗學(xué)時中，事半功倍，并且提高學(xué)生的實踐興趣。

第1階段，錄制數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗微課程視頻，實驗1～4，共4個視頻，每個視頻不超過10 min。驗證性實驗的視頻，主要側(cè)重于硬件平臺的使用，實驗中所涉及的儀器儀表的使用，比如萬用表，示波器等。另外，還可以根據(jù)實驗的進(jìn)階，將高階段所解決的實踐問題在錄制低階段的實驗時提出，對知識有一個承前啟后的鞏固作用。

第2階段，錄制FPGA應(yīng)用實驗微課程視頻，4個視頻，每個視頻時間上控制在10 min之內(nèi)。FPGA應(yīng)用實驗的視頻錄制中，側(cè)重于介紹QuartusⅡ軟件如何繪制數(shù)字電路圖，實現(xiàn)仿真電路測試的功能。

第3階段，數(shù)字系統(tǒng)專題設(shè)計，這個階段的微課程錄制側(cè)重點除了介紹自主研制的CPLD實驗箱外，重要內(nèi)容在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的思路，EDA的實現(xiàn)步驟。至于學(xué)生具體搭建的電路和選擇的設(shè)計方案，應(yīng)該是千變?nèi)f化，因人而異。而教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計思路和最后的測試結(jié)果給出專題設(shè)計的綜合成績。

4 微課程錄制及推送軟硬件

在具體錄制數(shù)字電子技術(shù)實驗微課程視頻時，通過調(diào)研、討論、比較等，主要選取以下幾種軟、硬件來完成錄制工作。

4.1 錄播室

在學(xué)校自建的錄播室錄制數(shù)字電子技術(shù)的緒論、發(fā)展和新技術(shù)，實驗的要求、安排等內(nèi)容。錄播室安靜，噪聲干擾小，錄制講課的音頻效果好，在錄制過程中可以PPT和板書相結(jié)合，營造逼真的課堂氛圍。

4.2 數(shù)碼攝像機(jī)

配合錄播室的錄制，主要錄制人物和實驗平臺，搭建系統(tǒng)過程的近景錄制。數(shù)碼攝像機(jī)的優(yōu)點就是方便移動，隨時調(diào)整錄制的角度等細(xì)節(jié)問題。

4.3 錄屏軟件

采用錄屏軟件錄制實驗原理、方案設(shè)計、注意事項等比較方便。采用的器件主要有：電腦；錄入視頻與音頻的硬件，即麥克風(fēng)、攝像頭；錄制屏幕的軟件，本課題選取Camtasia studio錄屏軟件；展示課程內(nèi)容的備課軟件，例如Word、PPT等。

4.4 高像素手機(jī)

高像素手機(jī)相比較數(shù)碼攝像機(jī)的特點就是靈活、小巧、移動性靈敏，隨時隨地記錄實驗內(nèi)容，方便實踐者隨時記錄自己的實驗成果。本課題有一個環(huán)節(jié)是學(xué)生在開放實驗室完成自主設(shè)計的實驗內(nèi)容后自己錄制實驗微視頻。所以，在后期的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，會推送一些講得比較典型的學(xué)生自主設(shè)計的實驗視頻給選課學(xué)生觀看，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.5 微課程推送軟件

在進(jìn)行“數(shù)字電子技術(shù)實驗課程”中，主要采用“雨課堂”軟件進(jìn)行視頻、課件、習(xí)題等教學(xué)資源的推送，如圖3所示。

選擇“雨課堂”軟件基于以下幾點：定制，是指雨課堂不像MOOC一樣萬人一面；便捷，表示教師可以最快部署智慧教室；立體，表示教師可以做全周期的數(shù)據(jù)分析；易用，表明教師學(xué)生都不需多學(xué)直接上手。

“雨課堂”軟件只是應(yīng)用于Powerpoint中的一個插件，使用者可以便捷地制作PPT和插入視頻。

從雨課堂的實踐出發(fā)，包括雨課堂師生互動、學(xué)生實際反饋、學(xué)習(xí)資料的推送等。對學(xué)生而言，課內(nèi)限時習(xí)題的存在使得學(xué)生注意力提高，不懂即按鍵、彈幕、課前預(yù)習(xí)等環(huán)節(jié)有助于提高學(xué)生的主動參與意識，而課前課后推送的PPT、微課堂視頻等資料則可以讓學(xué)生隨時學(xué)習(xí)；對老師而言，學(xué)生所有的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)均被自動完整采集，有助于量化了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果以及把握學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡。

因此，微課程視頻結(jié)合“雨課堂”軟件的使用，使傳統(tǒng)實驗課實現(xiàn)輕量級的翻轉(zhuǎn)課堂，是混合式實踐課學(xué)習(xí)的新型模式。

5 實驗教學(xué)效果分析

本課題所設(shè)計的教學(xué)改革內(nèi)容，已在我院電信系的學(xué)生和電子技術(shù)愛好者的實驗教學(xué)中實踐1年。這些新的教學(xué)方式和環(huán)節(jié)受到選課學(xué)生的好評，學(xué)生在課程中興趣濃厚，多數(shù)能夠舉一反三，完成電子設(shè)計內(nèi)容的程度比教學(xué)計劃更加深遠(yuǎn)和寬泛。同時，教師在準(zhǔn)備這些新型教學(xué)內(nèi)容時對本課程的內(nèi)容和新技術(shù)的發(fā)展需要及時更新，以便能夠和學(xué)生探討更深難度的電子技術(shù)問題，以達(dá)到教學(xué)相長，師生共同進(jìn)步。

6 結(jié) 語

數(shù)字電子技術(shù)課程是電氣電子信息類本科生必修的電子技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門實踐性很強(qiáng)的課程。它以組合邏輯電路和時序邏輯電路的分析和設(shè)計方法為主要內(nèi)容。數(shù)字電子技術(shù)實驗是為了更好地讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識，并能夠靈活運用所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的動手和工程設(shè)計能力。本課題完成的實驗內(nèi)容及其難易程度覆蓋了不同層次的實驗教學(xué)要求，其新穎的實驗課程形式深深地吸引學(xué)生獲得數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能，建立工程觀點、工程創(chuàng)新意識和實踐觀念。

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