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        數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程多課堂協(xié)同教學模式改革

        2020-02-26 06:32:26李如春
        計算機教育 2020年1期
        關鍵詞:課外教學內(nèi)容教學方法

        李如春,金 燕

        (浙江工業(yè)大學 信息學院,浙江 杭州 310023)

        0 引 言

        國家教育與改革中長期規(guī)劃綱要(2011—2020)提出:高等教育的質(zhì)量關系國家人才戰(zhàn)略的未來。從20 世紀90 年代開始,教育界對高等教育質(zhì)量的評價角度開始由以學校為中心向以學生為中心轉(zhuǎn)變,學生學習質(zhì)量的重要體現(xiàn)即學生的學習成效。

        學習成效是學習者學習行為的綜合學習結(jié)果與實現(xiàn)這一學習結(jié)果付出的綜合學習成本之比,即單位學習成本的效果。在學習成效的定性評價方面,比較典型的理論是美國學者Edgar Dale 在1946 年提出的“學習金字塔(cone of learning)”理論[1],它用數(shù)字形式形象顯示了不同學習方式的學習效果——平均學習保持率,即學習者在兩周后能記住的學習內(nèi)容。金字塔理論指出,課堂聽講、閱讀及視聽結(jié)合的學習方式,知識保留率不超過20%,在金字塔的頂端;而小組討論、實際演練的知識保留率則在50%以上,占據(jù)金字塔的底部。由此,當課程學習以學生的學習成效為目標導向時,傳統(tǒng)的教師課堂講授、學生課后完成作業(yè)的單一教學模式將無法獲取好的效果,須對其進行改革。

        1 多課堂協(xié)同教學模式的改革理念

        協(xié)同論[2]由德國著名物理學家哈肯在20 世紀70 年代提出。協(xié)同論認為,千差萬別的系統(tǒng),盡管屬性各不相同,但各系統(tǒng)之間存在著互相影響、互相合作的關系。協(xié)同效應是指由于協(xié)同作用而產(chǎn)生的結(jié)果,如果一個系統(tǒng)內(nèi)部,各子系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)配合,圍繞同一目標共同努力,就能產(chǎn)生1+1>2 的協(xié)同效應。反之,如果各子系統(tǒng)間相互排斥沖突,使其難以發(fā)揮應有的功能,致使整個系統(tǒng)陷于混亂無序狀態(tài)。

        學生的學習場景可以分為第一課堂(課內(nèi))、第二課堂(課外)、實踐課堂,如何將三者協(xié)同作用,是提高學習成效的一個重要因素。因此,多課堂協(xié)同教學模式的設計思路是:以第一課堂(課內(nèi))為基礎,第二課堂(課外)予以輔助,實踐課堂強化知識應用,各個課堂之間以學習成效為共同導向目標,相互之間通過互動、協(xié)作的共同運作,達到良好的協(xié)同效應,取得滿意的學習效果。

        在第一課堂即課內(nèi)的教學過程中,學生學習成效的獲取與教學方法緊密聯(lián)系。目前,國內(nèi)高校的課程教學方法主要有以下幾方面。

        (1)以教師為主導的講授式教學。講授式教學方法的優(yōu)點在于師生面對面,資深教師可以掌控教學節(jié)奏,對教學內(nèi)容進行深入淺出、富有條理的講解,有利于學生理解和掌握教學內(nèi)容。其缺點是學生被動跟隨,不能主動參與知識體系的構(gòu)建和嘗試解決問題,不利于培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新思維。

        (2)學生參與度較高的討論式教學法[3]。討論式教學以啟發(fā)式教學思想為基礎,通常包括教師講授、學生討論和教師總結(jié)3 個環(huán)節(jié)。討論式教學需要學生深度參與,不適合學生人數(shù)眾多的大班教學;同時學生需要課前查找和閱讀資料,因此討論式教學更適合于研究生課程教學。

        (3)項目驅(qū)動的教學法[4]。此教學法把教學內(nèi)容隱含在每一個項目中,通過項目驅(qū)動教學任務的完成。在項目驅(qū)動教學法中,學生在教師指導下查閱資料、自主學習,通過理論分析和實驗操作完成項目任務,由傳授式教學方法中的被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習的主體。

        (4)研究型教學法[5]。研究型教學法將科學研究的基本要素結(jié)合到課程的教學內(nèi)容中,通過基于問題的學習、案例分析研究、項目設計等方式,將課程知識傳遞給學生。這種研究性的探討形式,使學生在掌握課程知識體系之外,還可以體驗科學研究的過程,可以培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。

        (5)翻轉(zhuǎn)課堂的教學法[6]。在翻轉(zhuǎn)課堂中,教學的重點是學,學生通過網(wǎng)絡等在課外進行自主學習,教師在課堂對學生的學習活動進行輔助和促進。翻轉(zhuǎn)課堂是對學生學習方式和教師教學方式的一種翻轉(zhuǎn),對教師和學生均提出了更高的要求。

        綜上所述,現(xiàn)行的課程教學,以教師為主的傳統(tǒng)講授式教學方法占據(jù)主流地位,討論式、項目式、研究型、翻轉(zhuǎn)課堂等是教學方法改革的發(fā)展方向,各有優(yōu)點,但無法完全取代傳統(tǒng)講授式。從學習成效金字塔理論的角度考慮,靠上述某個單一的教學方法,難以獲得好的學習成效,必須將各種方法有機結(jié)合。

        為提高第一課堂的學習效果,在第二課堂即學生的課外學習中,可以通過網(wǎng)絡在線推送課前預習資料和課后復習作業(yè),自動提醒學生完成相應任務,使學生進一步加深對課程內(nèi)容的理解,獲取好的學習成效。

        實踐課堂的主要作用是將理論知識進行實際應用,培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。為了便于實施,可以采用虛擬實驗平臺與實際實驗操作相結(jié)合的模式,將涉及復雜工程問題解決的設計實驗利用虛擬實驗平臺進行實現(xiàn)。

        2 數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程的多課堂協(xié)同教學模式

        數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程是信息類專業(yè)的大類基礎課程,主要介紹構(gòu)成數(shù)字電路的相關中小規(guī)模集成模塊、數(shù)字電路的分析和設計方法,課程實踐性較強,需將理論教學內(nèi)容通過實驗加強感性認識。在多課堂教學協(xié)同教學模式中,具體采取如下方案進行教學改革。

        1)將第一課堂(課內(nèi))的課程學習內(nèi)容模塊化,采用多元化的課堂教學方法;在學生的第二課堂(課外)學習中引入“雨課堂”線上平臺,進行課程學習的預習和復習。

        模塊化教學的優(yōu)點是可以采用多元化的教學方法,即針對不同的教學內(nèi)容采用不同的課堂教學方法,使課堂教學效果達到最佳。依據(jù)數(shù)字電路課程的內(nèi)容框架,可以將課程內(nèi)容歸類為4 個模塊,分別為數(shù)字邏輯基礎、組合電路、時序電路、其他電路,依據(jù)前述的各種教學方法優(yōu)缺點,結(jié)合具體教學內(nèi)容,每個模塊所采用的優(yōu)化教學方法見圖1。

        圖1 數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程內(nèi)容模塊及相應的優(yōu)化教學方法

        圖1 中,各大教學內(nèi)容模塊均基于傳統(tǒng)的講授式方法結(jié)合一種改進型的課堂教學方法。這是因為中國高校的課堂教學學生人數(shù)眾多,內(nèi)容上側(cè)重于知識體系的構(gòu)建,常規(guī)的講授式教學方法還是主流,只能在教學學時允許的前提下,適當開展側(cè)重學生能力培養(yǎng)的改進型教學方法。對于數(shù)字電路里比較重要的兩塊內(nèi)容——組合電路和時序電路,可以采用清華大學開發(fā)的“雨課堂”線上平臺[7]進行課程講授,使信息技術和教學過程充分融合,形成新的教學模式。

        使用“雨課堂”,課堂上可進行實時答題、彈幕互動,為傳統(tǒng)課堂教學師生互動提供了完美解決方案。同時,為提高第一課堂教學的效果,鼓勵學生第二課堂(課外)進行課前預習和課后復習。利用“雨課堂”線上平臺,通過在線推送課前預習資料和課后復習作業(yè),自動進行任務提醒,學生能進一步加深對課程內(nèi)容的理解,獲取好的學習成效。

        2)將第一課堂(課內(nèi))的學習與實踐課堂有機結(jié)合,協(xié)同作用,使理論知識通過實際應用得以加深理解,提高學習成效。

        從學習金字塔理論可知,通過實際演練/做中學的方式,知識保留率可達75%,而常規(guī)的課堂聽講、閱讀以及視聽結(jié)合的學習方式,知識保留率不超過20%。因此,將第一課堂(課內(nèi))的理論學習與實踐課堂的實驗操作緊密結(jié)合,協(xié)同作用,通過實際演練,提高學習成效。

        數(shù)字電路實踐課堂內(nèi)容的設置及其與第一課堂(課內(nèi))教學內(nèi)容之間的聯(lián)系見圖2。通過實驗操作和設計,拓展了理論知識的實際應用,加深了對學習內(nèi)容的理解。

        圖2 數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程實驗項目與理論教學內(nèi)容之間的聯(lián)系

        3)對于第一課堂(課內(nèi))的部分教學內(nèi)容,通過第二課堂(課外)的虛擬實驗平臺和互聯(lián)網(wǎng)共享視頻資源進行補充學習和認知,促進學習成效的提高,加強解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。

        利用網(wǎng)絡課程平臺上的相關數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程視頻,學生可以在第二課堂(課外)進行觀看,對課程內(nèi)容完成鞏固復習;同時,對于部分教學內(nèi)容,受學時數(shù)的限制,可以布置學生通過課程視頻自學完成。

        由于實驗室的操作實驗受器件和實驗設備的限制,相對復雜的實驗內(nèi)容無法開展,可以通過使用仿真實驗平臺Quartus_II,利用硬件描述語言[8]進行設計實現(xiàn)并仿真驗證。教師選擇需設計的相關內(nèi)容,布置學生課外進行資料查找和電路設計,并在Quartus_II 平臺上進行實現(xiàn)和結(jié)果的可視化呈現(xiàn)。通過理論聯(lián)系實際,提高學生學習成效,培養(yǎng)其解決復雜工程問題的能力。

        4)研究第一課堂(課內(nèi))、第二課堂(課外)、實踐課堂三者之間的時間如何合理配比,建立多課堂協(xié)同教學模式的綜合評價考核體系。

        在多課堂協(xié)同教學的模式中,第一課堂(課內(nèi))的學時數(shù)是固定的,第二課堂(課外)和實踐課堂的時間配比以及與第一課堂的協(xié)同處理需由教師掌控。為此,教師要組織教學內(nèi)容的漸進性和層次性,在第一課堂(課內(nèi))學習的基礎上,引導學生合理安排第二課堂(課外)和實踐課堂的學習內(nèi)容和學習時間,促使學生樂于進入探究性學習模式,以達到良好學習成效的目的。

        多課堂協(xié)同教學模式需要合理設計考核體系的各個環(huán)節(jié),客觀評價學生的學習過程和實踐效果,才能合理評價學生的學習質(zhì)量??梢詫⒄n程教學考核評價體系分為過程考核和期末考試兩部分,對于多課堂協(xié)同教學模式,過程考核應涵蓋第一課堂(課內(nèi))、第二課堂(課外)、實踐課堂3 個課堂的學習效果,建立考核內(nèi)容和評價方式,見表1。

        表1 中,每個課堂根據(jù)具體的學習內(nèi)容設立相應的評價指標和評價等級,最后根據(jù)學習內(nèi)容的數(shù)量和重要性確定其在總成績中的占比。由于實踐課堂中的實驗操作部分是單獨設課進行考核評價的,因此表中只列了虛擬實驗的考核內(nèi)容。相比于傳統(tǒng)的成績評價體系,多課堂協(xié)同模式的評價體系對過程學習評價的內(nèi)容更具體,涉及面更廣,更能公正有效地評價學生的學習效果。

        表1 多課堂協(xié)同教學模式的成績評價體系

        3 結(jié) 語

        多課堂協(xié)同教學模式以學生的學習成效為目的,探究第一課堂(課內(nèi))、第二課堂(課外)、實踐課堂三者協(xié)同完成數(shù)字電路與數(shù)字邏輯課程的教學內(nèi)容。通過教師對課程內(nèi)容的精心組織安排,在第一課堂(課內(nèi))學習的基礎上,引導學生充分利用第二課堂(課外)和實踐課堂對學習內(nèi)容進行鞏固和拓展應用,以達到良好學習成效的目的。在后續(xù)的工作中,教師需要關注學生對多課堂協(xié)同教學模式的反饋,記錄實際的授課效果,總結(jié)經(jīng)驗并不斷加以改進。

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