于秋爽,鄭 棣
(揚州大學 廣陵學院,江蘇 揚州 225009)
數字電路是電信、通信、計算機、自動化、電氣等電子信息類專業(yè)必修的專業(yè)基礎課程,也是一門應用性和實踐性很強的課程。前續(xù)課程包括計算機應用基礎、電路分析、模擬電路等基礎課程,后續(xù)課程包括單片機、嵌入式、數字信號處理等核心課程,是專業(yè)入門、興趣培養(yǎng)的關鍵課程,直接影響專業(yè)人才培養(yǎng)質量。課程具有知識點分散、內容繁多、實踐性強等特點[1],在重視學習理論的基礎上,要意識到實驗課程的重要性,通過改革數電實驗教學提高數電課程的教學效果。
傳統(tǒng)教學模式下,學習重點主要放在理論知識方面,實驗課所處地位尷尬。授課流程是教師先對原理知識進行陳述性講授,然后對實驗步驟進行講解和演示,最后學生復制教師的實驗步驟進行機械模仿,這種模式對保證實驗課程的教學目標和培養(yǎng)目的實現效果有限。BOPPPS 教學模式(Bridge-in,Objective,Pre-assess-ment,Participatory learning,Post-assess-ment,Summary BOPPPS)是以建構主義和交際法為理論依據、以學生為中心的教學模式[2],通過有效的教學設計,強調學生的高度參與和及時反饋,是世界多國名校推崇的教學模式,近年在國內受到廣泛關注并逐步推廣[3],取得了優(yōu)秀的教學成果[4]。
數電實驗課程進行教學模式改革,應充分體現以學生為中心[5],增強實驗的趣味性[6]。在實驗項目設置和實驗內容上進行改進[1],協調好理論課程和實驗課程授課進程[7],同時重視虛擬仿真在實驗中的重要作用[8]。
將數電實驗課程獨立于理論課程進行單獨設置[9],將實驗期末成績與理論期末成績分離,直觀展示實驗成績,提高學生對實驗課程的重視程度,提高實驗課程的教學地位。
本文參考各高校教師課程改革模式,學習優(yōu)秀改革成果,以揚州大學廣陵學院電子信息類的實驗教學改革為例,引入BOPPPS 模式,突破數電實驗場地限制,將實驗環(huán)節(jié)拓展延伸到課外,探索適合學生的實驗教學模式。
20 世紀70 年代,BOPPPS 教學模式起源于加拿大的教師教學技能工坊Instructional Skill Workshop(ISW)項目,初衷用于培訓教師教學技能。對于初次參加工作的新教師而言,培訓提供了一套專業(yè)的教學模式訓練體系,能幫助新教師盡快完成角色轉變;對于教學經驗豐富的老教師而言,培訓提供了一種新的思路和理論指導,進而改變教學模式固化現象,提高教學水平[10]。BOPPPS 教學模式在高校課堂得到迅速發(fā)展,其有效的教學設計對教師的“教”以及學生的“學”都產生了深遠影響。
該模式強調以學生為中心,提高學生在課堂教學中的參與度。根據人的注意力只能專注15 分鐘左右的特點,把課堂教學過程劃分為6 個前后銜接的模塊,構成一個完整、閉合的教學過程。充分考慮教師的“教”和學生的“學”,強調師生參與式互動,對于數電實驗課程具有很強的可操作性。BOPPPS 模型含義如表1 所示。
Table 1 Meaning of BOPPPS model表1 BOPPPS 模型含義
BOPPPS 教學模式第一個模塊是引入環(huán)節(jié),強調學習興趣在課堂教學中的重要作用。引入環(huán)節(jié)就像一個“鉤子”,引起學生的好奇心并激發(fā)學習興趣[11]。學習興趣具有個體差異性,但是其產生受到外部因素影響[12],進而影響學生的學習態(tài)度。教師選擇與學生日常生活相關的知識作為切入點[13],可以是視頻、圖片、實物、故事等,讓學生產生共鳴,培養(yǎng)學生對課程的學習興趣。
學習興趣是學習的開端,是一種短暫的情緒狀態(tài),需要通過清晰明確的課堂目標維持學生的求知狀態(tài)。教師闡述課程的重點知識和學習價值,告知學生本節(jié)課所學知識能解決什么問題,從而讓學生明確學習方向。同時課堂目標還具有導向功能,能夠指引教學過程和檢驗學習效果。BOPPPS 教學模式強調教學目標要明確具體,最好可衡量。
建立可衡量的學習目標之后,要檢測學生對于儲備知識的掌握程度及本次授課內容的了解程度,進而及時調整學習進度。BOPPPS 教學模式沒有提到課前和課后環(huán)節(jié),但是這兩個環(huán)節(jié)是教學活動中不可忽略的重要部分。課堂時間短暫而寶貴,可以將前測部分任務設置在課前,完成一些難度適宜的基本測試,課堂上再針對重難點進行檢測,綜合學生的反饋對教學環(huán)節(jié)進行適當調整。
參與式學習是BOPPPS 教學模式的核心環(huán)節(jié),體現學生在教學活動中的中心地位,讓學生主動參與學習過程,提高知識運用能力和實踐操作技術。首先要求教師高度認識授課內容,預估學生在學習過程中可能出現的錯誤并及時解決。可以解答學生的疑惑并梳理思路,引導學生主動思考問題;其次轉變授課形式,靈活運用現代教育技術,采用如翻轉課堂模式等[14],學生之間互相提問和解答,教師進行評判和總結。
在課堂即將結束時,教師通過針對性的測試檢驗學生對本次課程所學內容掌握程度,用多種方式檢查本次教學是否達到預期教學目標[15-16]。BOPPPS 教學模式的后測模塊不僅僅限于檢查和測試,關鍵在于完善教學過程進而改進教學內容和方法。學生也可以通過后測梳理知識薄弱點,自查授課內容的吸收程度,便于課后復習。
BOPPPS 教學模式強調通過總結知識點、整理課堂內容進而促進知識內化。教師針對本次課程完成情況進行簡要分析,預告下次課程的教學內容,布置預習任務。課堂總結起著承前啟后的作用。
數電實驗課程和數電課程雖然設置成兩個獨立課程,但培養(yǎng)目標一致,地位和作用也相同,合理安排兩門課程授課進度[9]可達到更好的教學效果。合格的教學過程不是僅僅局限于90 分鐘課堂的“教”與“學”,還需要把握好課堂前后時間。
根據BOPPPS 教學模式,充分考慮課前準備、課中互動和課后復習等多個教學環(huán)節(jié),對“計數器的功能及應用”實驗進行教學設計,以十進制計數器芯片74LS160 為例,具體闡述如下。
采用親身體驗的方式讓學生直觀感受計數器應用:請學生拿出手機,啟動時鐘模塊下的秒表功能,學生可以觀察到計數器在手機中以60 進制模式工作。提出問題:①60進制模式下計數數碼是從幾到幾?②若設計12 進制計數器,有幾個狀態(tài)?若初始狀態(tài)是0,列出狀態(tài)遷移圖。
教學目標如下:
(1)熟悉常用計數器功能和應用。根據計數器芯片74LS160 的管腳圖和功能表,設計十進制計數器電路。通過設計同步6 進制計數器,掌握反饋清零和反饋置數方法,弄清同步反饋和異步反饋的區(qū)別。
(2)掌握任意進制計數器的實現方法。運用兩個計數器元件構成100 以內任意計數器,進而掌握使用多個芯片構成任意進制計數器的實現方法。
(3)培養(yǎng)分析解決問題的能力及工程技能。要求導線和元器件布局規(guī)范,實驗結果和理論設計結果不同時能夠找出原因,排查故障。
課前利用中國大學慕課平臺觀看視頻,用手機在所建慕課上完成測試,練習選擇、判斷或填空等客觀題,復習計數器原理及理論基礎知識應用,如:①計數器芯片74LS160能實現哪些功能?②74LS160 的預置功能是同步預置還是異步預置?③74LS160 的清零功能是同步清零還是異步清零?④你還知道其它型號的計數器嗎?
根據功能表和器件引腳圖,讓學生分別畫出芯片74LS160 在以下狀態(tài)時的接線電路圖(輸入接邏輯電平開關,輸出接LED 燈):計數、預置、清0,用于檢查計數器理論知識掌握是否牢固。這一過程也是根據芯片工作手冊,將理論知識轉換實踐應用的工程性培養(yǎng)環(huán)節(jié)之一。
根據教學目標,將實驗過程分為3 個部分:①驗證計數器功能,設計構成同步6 進制計數器;②使用兩個計數器,設計構成100 進制同步計數器;③自定義一個進制計數器,設置故障,請另一組同學檢查并進行改正。
實驗開始前,教師指導學生正確連接元器件電源,保證安全。
(1)熟練運用基本知識部分。根據所畫電路圖連接電路,觀察計數器的輸出狀態(tài),驗證元器件功能。在驗證完成的基礎上設計6 進制計數器電路。
(2)靈活應用實踐技能培養(yǎng)。兩個計數器芯片共同使用,要考慮時鐘信號的驅動方式和進位信號設計。教師講述原理,引導學生思考,讓學生獨立設計電路圖,完成電路連接。
(3)培養(yǎng)學生解決問題的能力。掌握45 進制計數器設計方法,完成100 進制以內計數器設計。教師要明確8421BCD 的編碼規(guī)則和特點,指出易錯點,講清楚整體清零和整體置數的作用。每組學生自己設定進制,連接電路并驗證完成,然后設計障礙,請其他組同學進行“錯題改正”。電路設計和故障設計過程都是對知識的深層次內化,而檢錯排障是理論知識轉化為工程技能的過程,能夠培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。
圍繞計數器功能及應用,針對易錯點和重難點提出問題:①8421BCD 碼和二進碼的關系和區(qū)別?②整體清零和整體置數所涉及的碼數是否相同?如果不同差別是什么?
利用中國大學慕課平臺完成課前準備,掌握計數器設計的多個方法,從基本原理和元器件驅動出發(fā),經過設置計數器不同進制,最終排查故障解決問題,掌握BCD 碼十進制加法計數器的功能與應用,在此基礎上進行加法/減法雙向計數器學習。
本實驗課程和數電理論課程教學目標一致,但各有側重點,數電實驗課程的考核更加注重過程考核[17]。BOPPPS教學模式是注重過程、強調學生主導地位的教學方式,重點關注學生在實驗過程中的表現,尤其是遇到問題之后如何分析、怎樣解決,不以實驗結果為唯一考核目標。
考核內容包括課堂表現、問題回答準確率;線上學習參與度和測試正確率;電路圖紙整潔清晰、原理分析清楚明確;元件排布合理、導線連接整齊規(guī)范;實驗結果準確、排障迅速;表達溝通及團隊領導力強;實驗報告重點考察實驗操作遇到問題后的思路及解決措施等[18]。
考核評價應該客觀,但教師在課堂活動中對每個學生的關注程度有限,只能做到盡量兼顧。可以合理設置教學容量,每次課堂活動將組數控制在15 組,即30 名學生以內。對于實驗過程表現優(yōu)秀的學生可以減少或免除提問;對于實驗過程消極、不愿動手的學生,增加示范和提問次數,還可根據學號隨機抽查。
改革教學評價,課堂操作占總成績80%,實驗報告占比10%,線上學習占比10%,課堂成績不再只看實驗結果,更加注重過程和學生參與度。
BOPPPS 教學模式是以學生為中心、教師為引導的教學模式,科學劃分課堂教學過程,突出重要教學環(huán)節(jié)作用。不同的教學模型特點不同,要取長補短科學轉化[19-20]。教師的教學特色非常重要,是教師個人教學魅力的重要組成部分。教師根據學科屬性和個人特點,在教學實踐中逐步體會反思,不局限于某種教學模式,避免形式化課堂活動,形成適合課程和教師特點的教學模式。本文以BOPPPS 教學模型為基礎,綜合考慮課前和課后環(huán)節(jié),結合評價體系改革,可以更好地完成數字電路實驗課程教學目標,提高教學質量。