鄭潔菲

(貴州師范大學(xué)，貴州 貴陽 550025)

0 引言

近年來，產(chǎn)業(yè)需求與技術(shù)發(fā)展不斷推進(jìn)工程教育改革，也對(duì)傳統(tǒng)工科建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)[1]。新工科是順應(yīng)時(shí)代步伐、引領(lǐng)工程教育創(chuàng)新的重要選擇，在教育理念上強(qiáng)調(diào)工程思維培養(yǎng)和教學(xué)質(zhì)量提升，注重學(xué)科的綜合性、交叉性。作為機(jī)電專業(yè)主干課程，“數(shù)字電子技術(shù)”涵蓋知識(shí)面廣、實(shí)用性強(qiáng)，在專業(yè)人才培育中起著承上啟下的作用。新工科背景下，如何依據(jù)學(xué)科特點(diǎn)創(chuàng)新教學(xué)模式、探索學(xué)科育人的價(jià)值路徑，成為教育工作者值得研究的關(guān)鍵問題。為此，文章基于“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)具體單元?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)思維，在實(shí)踐中完善知識(shí)體系，以期夯實(shí)學(xué)習(xí)者專業(yè)素養(yǎng)，帶動(dòng)新工科教育創(chuàng)新發(fā)展。

1 “數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“數(shù)字電子技術(shù)”課程涉及數(shù)字電路、硬件描述語言和可編程邏輯器件的講解，要求學(xué)習(xí)者熟練掌握電路理論基礎(chǔ)與分析方法，了解電子技術(shù)的最新應(yīng)用與進(jìn)展，具備解決問題的實(shí)際能力[2]。結(jié)合“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教學(xué)目標(biāo)傾向于對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單移接；教學(xué)評(píng)價(jià)注重紙筆測(cè)驗(yàn)、方式單一；課堂以理論教學(xué)為主，未能深化實(shí)踐。因此，文章分別從教學(xué)目標(biāo)、授課模式、評(píng)價(jià)體系上針對(duì)教學(xué)問題展開討論。

1.1 教學(xué)目標(biāo)設(shè)定的局限性

新工科教育的重點(diǎn)在于明確課程教學(xué)理念與目標(biāo)定位，教學(xué)目標(biāo)制定是否準(zhǔn)確清晰，一定程度上影響著課堂教學(xué)的時(shí)效性。在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中，三維目標(biāo)的確立是為了更好地指導(dǎo)教學(xué)方向，有效落實(shí)教學(xué)活動(dòng)。然而，教學(xué)設(shè)計(jì)者常常將三維目標(biāo)簡(jiǎn)單理解為3部分目標(biāo)，盲目追求教學(xué)效果卻忽視學(xué)習(xí)者的知識(shí)基礎(chǔ)與能力水平，弱化了目標(biāo)體系的合理建構(gòu)，使課堂教學(xué)失去了明確的方向。

1.2 教學(xué)評(píng)價(jià)方式的片面性

課堂評(píng)價(jià)是教師把握教學(xué)環(huán)節(jié)、調(diào)控教學(xué)行為的重要手段。“數(shù)字電子技術(shù)”課程在教學(xué)評(píng)價(jià)上主要表現(xiàn)為：課程考核以課后測(cè)試與作業(yè)完成情況為主，重結(jié)果而輕過程，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；教師未能結(jié)合教學(xué)目標(biāo)的實(shí)施情況針對(duì)性地設(shè)置多元化的評(píng)價(jià)任務(wù)，導(dǎo)致評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單化；教學(xué)活動(dòng)忽略評(píng)價(jià)的改進(jìn)和發(fā)展功能，造成理論與實(shí)踐的脫節(jié)。

1.3 教學(xué)活動(dòng)組織的隨意性

課堂教學(xué)活動(dòng)是指導(dǎo)學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)，提升學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)字電路知識(shí)邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，部分學(xué)生缺乏對(duì)電子器件與工藝流程的感性認(rèn)識(shí)，在概念理解與實(shí)際應(yīng)用方面較為薄弱。傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)對(duì)新方法、新技術(shù)的引入較少，教師在教具使用上依賴多媒體講解，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)接受教學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)效率低下。

由上述問題可知，傳統(tǒng)課堂教學(xué)側(cè)重理論先于實(shí)踐，關(guān)注學(xué)后評(píng)價(jià)而非目標(biāo)取向，原因在于教學(xué)過程缺乏科學(xué)的理念指導(dǎo)，使教學(xué)活動(dòng)趨于形式，難以構(gòu)建高效的課堂環(huán)境。為克服現(xiàn)行教學(xué)矛盾，需要從具體實(shí)踐著手積極探索教學(xué)設(shè)計(jì)新思路，促進(jìn)教學(xué)系統(tǒng)的整體優(yōu)化，以發(fā)揮學(xué)科育人的功能價(jià)值。

2 “數(shù)字電子技術(shù)”課程逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

作為一種新的教學(xué)理念，逆向教學(xué)設(shè)計(jì)倡導(dǎo)理解為先、結(jié)果為導(dǎo)向、學(xué)生為中心，其實(shí)踐要素包括確定教學(xué)目標(biāo)、設(shè)定評(píng)估任務(wù)、優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)。在教學(xué)過程中，教師圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)重難點(diǎn)、知識(shí)與技能的要求串聯(lián)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，搭建邏輯清晰的目標(biāo)體系，針對(duì)學(xué)習(xí)者知識(shí)掌握情況設(shè)計(jì)多元化的評(píng)價(jià)工具，靈活調(diào)用課程內(nèi)容安排教學(xué)活動(dòng)、創(chuàng)新教學(xué)方法、解決實(shí)際問題，在反思與修正中提升教學(xué)效果。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)融合現(xiàn)實(shí)情境、細(xì)化目標(biāo)要素，在持續(xù)性評(píng)價(jià)中營(yíng)造多樣化的活動(dòng)體驗(yàn)，為指向知識(shí)理解與能力培育的單元整體教學(xué)提供了良好的思維框架，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、評(píng)的動(dòng)態(tài)聯(lián)結(jié)[3]。

基于新工科教育的現(xiàn)實(shí)需求，革新教學(xué)思路在于明確課程要求、了解學(xué)前背景、分析單元內(nèi)容，架構(gòu)起目標(biāo)、任務(wù)、活動(dòng)三位一體的逆向模式，促進(jìn)單元設(shè)計(jì)與學(xué)科育人的實(shí)踐融合。文章選取“數(shù)字電子技術(shù)”課程的時(shí)序電路單元，就如何有效運(yùn)用逆向教學(xué)法展開探討。具體設(shè)計(jì)模塊如圖1所示。

圖1 基于“數(shù)字電子技術(shù)”課程的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)模塊

2.2 “數(shù)字電子技術(shù)”課程逆向教學(xué)設(shè)計(jì)——以時(shí)序電路單元為例

邏輯代數(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，組合邏輯電路和時(shí)序電路是學(xué)習(xí)數(shù)字電路使用規(guī)則的核心模塊。在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中，時(shí)序電路單元包含常見時(shí)序電路的類型、工作原理及特點(diǎn)，時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì)方法。整體知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 時(shí)序電路單元知識(shí)結(jié)構(gòu)

根據(jù)學(xué)前分析，學(xué)生已經(jīng)接觸了邏輯門電路和組合邏輯電路的基本概念，為學(xué)習(xí)時(shí)序電路奠定了基礎(chǔ)。其中，組合邏輯電路強(qiáng)調(diào)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相關(guān)性，而時(shí)序電路除了具備邏輯運(yùn)算功能的組合電路外，還增加了記憶電路狀態(tài)的存儲(chǔ)或延遲單元[4]。另外，時(shí)序電路也為將來理解脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換、數(shù)字與模擬信號(hào)間的轉(zhuǎn)換提供了知識(shí)指引。

2.2.1 單元目標(biāo)的分解與敘寫

目標(biāo)分類學(xué)認(rèn)為，教學(xué)目標(biāo)應(yīng)強(qiáng)調(diào)可觀察、可測(cè)量的學(xué)習(xí)變化，這與逆向教學(xué)模式的目標(biāo)擬定原則存在一致性。本單元的知識(shí)模塊涵蓋計(jì)數(shù)器、寄存器等常見電路類型，在輸入和輸出方式、接口形式和實(shí)際應(yīng)用方面介紹了電路邏輯功能、工作類型和組成特點(diǎn)。依據(jù)教學(xué)大綱和單元要求，文章對(duì)教學(xué)目標(biāo)展開分解與敘寫。

(1)目標(biāo)分解：熟悉典型時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作原理；學(xué)會(huì)時(shí)序電路功能的表達(dá)方式并準(zhǔn)確使用電子器件；熟練繪制波形圖、狀態(tài)表，總結(jié)時(shí)序電路的分析方法并獨(dú)立完成特定電路的案例設(shè)計(jì)。

(2)目標(biāo)敘寫：學(xué)生能運(yùn)用比較、歸納、推理的思維模式，區(qū)別時(shí)序電路與組合邏輯電路間的功能特性；學(xué)生能在模型建立、參數(shù)選擇和仿真計(jì)算過程中了解時(shí)序電路的工作機(jī)理，訓(xùn)練科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和自主的學(xué)習(xí)能力；學(xué)生能在電路設(shè)計(jì)和分析中樹立起整體觀念，學(xué)會(huì)舉一反三。

2.2.2 預(yù)設(shè)教學(xué)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)活動(dòng)先于教學(xué)活動(dòng)是逆向教學(xué)區(qū)別傳統(tǒng)教學(xué)的設(shè)計(jì)要領(lǐng)。文章基于目標(biāo)分析與重難點(diǎn)探討，設(shè)計(jì)檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)達(dá)成情況的考核方式，將教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿于教學(xué)全過程。

(1)模塊化評(píng)估：遵循知識(shí)模塊化與理實(shí)一體化原則，依據(jù)時(shí)序電路單元目標(biāo)的具體要求編制試題；試題難度應(yīng)由簡(jiǎn)到繁，突出科學(xué)探究、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、工匠精神等學(xué)科核心素養(yǎng)考察，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)形式多元化、綜合化。

(2)任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)學(xué)習(xí)者現(xiàn)有水平分配自主化任務(wù)，要求學(xué)生在解讀電路圖中判斷組合邏輯電路與時(shí)序電路在結(jié)構(gòu)和邏輯功能上的區(qū)別；在硬件電路與仿真實(shí)驗(yàn)中考查學(xué)生獨(dú)立思考與實(shí)際應(yīng)用能力[5]；通過對(duì)時(shí)序電路分析與設(shè)計(jì)模塊的任務(wù)分解，檢驗(yàn)學(xué)生是否根據(jù)任務(wù)需求調(diào)用知識(shí)點(diǎn)。

(3)隨堂量化考核：組織學(xué)生參與隨堂抽測(cè)、分組答辯、班級(jí)展示；實(shí)行組間互評(píng)、師生互評(píng)、學(xué)生自評(píng)等方式，注重過程性、真實(shí)性和發(fā)展性評(píng)價(jià)，及時(shí)接收學(xué)習(xí)反饋以改進(jìn)教學(xué)。

2.2.3 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

單元教學(xué)活動(dòng)是達(dá)成預(yù)期教學(xué)效果的工具。在教學(xué)組織與實(shí)施階段，設(shè)計(jì)者要考慮呈現(xiàn)什么樣的教學(xué)內(nèi)容和核心任務(wù)；采用何種方式讓學(xué)生深入理解與運(yùn)用知識(shí)解決問題。文章圍繞課前導(dǎo)學(xué)、課中促學(xué)、課后思學(xué)3階段，以具體活動(dòng)與設(shè)計(jì)目的為線索，融入教學(xué)案例、趣味游戲、仿真實(shí)驗(yàn)、自主性任務(wù)展開時(shí)序電路單元教學(xué)。教學(xué)過程如表1所示。

表1 時(shí)序電路單元教學(xué)過程

3 “數(shù)字電子技術(shù)”課程逆向教學(xué)實(shí)踐啟示

傳統(tǒng)教學(xué)以教師和活動(dòng)為中心，遵循先設(shè)計(jì)、后教學(xué)、再評(píng)價(jià)的固有模式。而逆向教學(xué)關(guān)注主體認(rèn)知，追求目標(biāo)導(dǎo)向，以評(píng)價(jià)先行判斷學(xué)生的能力差距并設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，其核心理念在于以學(xué)生為中心重構(gòu)教學(xué)思路，著眼于學(xué)生能力發(fā)展與教學(xué)質(zhì)量提高，充分落實(shí)理論性和實(shí)踐性的統(tǒng)一。基于新工科形勢(shì)下的學(xué)科要求，逆向教學(xué)在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中的運(yùn)用具有重要意義，也為設(shè)計(jì)者全面理解教學(xué)提供了借鑒思路。

3.1 整合拓展內(nèi)容，發(fā)掘?qū)W科價(jià)值

在時(shí)序電路單元逆向教學(xué)中，目標(biāo)的分解與敘寫使任務(wù)要求更加合理化，預(yù)設(shè)教學(xué)評(píng)價(jià)不再是單一的紙筆測(cè)驗(yàn)，而是融合了評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)任務(wù)、評(píng)價(jià)方法等諸多要素，單元活動(dòng)建立在對(duì)學(xué)生能力水平和教學(xué)內(nèi)容考察的基礎(chǔ)上，并從培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)角度出發(fā)建構(gòu)起認(rèn)知體系，以達(dá)到知識(shí)的遷移與應(yīng)用?？梢?，逆向設(shè)計(jì)體現(xiàn)了學(xué)習(xí)結(jié)果、評(píng)估證據(jù)和教學(xué)活動(dòng)的回歸關(guān)系，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了適度優(yōu)化，不斷豐富教學(xué)載體以促進(jìn)單元間的主動(dòng)銜接，實(shí)現(xiàn)常規(guī)教學(xué)的突破和創(chuàng)新。

3.2 理論實(shí)踐并進(jìn)，強(qiáng)化教學(xué)效果

新工科教育重點(diǎn)在于突出理論與實(shí)踐的并重。逆向教學(xué)模式鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，在目標(biāo)分析與評(píng)價(jià)考察中發(fā)現(xiàn)問題，克服了傳統(tǒng)教學(xué)重理論而輕實(shí)踐的現(xiàn)象。時(shí)序電路單元教學(xué)中既包含抽象概念和知識(shí)講解，又引入虛擬電子仿真軟件介紹，通過電路案例訓(xùn)練學(xué)生在真實(shí)情境中學(xué)以致用的能力，圍繞實(shí)踐、理論、再實(shí)踐的邏輯互動(dòng)形式引領(lǐng)學(xué)生由感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)，在教學(xué)方法更新中還原教育本質(zhì)。

3.3 追求理解為先，提升核心素養(yǎng)

逆向教學(xué)模式旨在建立知識(shí)間聯(lián)系，將知識(shí)遷移到新的教學(xué)情境中，突顯情感、認(rèn)知、態(tài)度和價(jià)值觀，這與培養(yǎng)適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的核心素養(yǎng)體系是高度一致的[6]。具體單元實(shí)踐為工程理念培養(yǎng)和創(chuàng)新思維拓展做好鋪墊，開展游戲式教學(xué)、引入綜合性實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目式設(shè)計(jì)，將培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)有機(jī)地融入第一課堂，為深入理解知識(shí)的功能價(jià)值給予保證。

4 結(jié)語

現(xiàn)代教學(xué)論認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化要保證教學(xué)目標(biāo)與過程的最優(yōu)化[7]。文章通過對(duì)“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析與探究，從科學(xué)的單元知識(shí)結(jié)構(gòu)出發(fā)，遵循逆向思維從目標(biāo)、評(píng)價(jià)、活動(dòng)3個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)教學(xué)，將電路理論與實(shí)踐案例緊密結(jié)合，幫助學(xué)習(xí)者明確目標(biāo)指向、發(fā)展能力水平、實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移。未來，隨著新工科教育對(duì)機(jī)電專業(yè)人才需求的日益增長(zhǎng)，教育工作者仍需不斷豐富教學(xué)水平，積極參與教學(xué)研究，建構(gòu)以學(xué)生為主體的育人模式，推動(dòng)學(xué)科核心素養(yǎng)落地。