汪海波　樊敏　魯世斌　楊金

摘 要：本文分析了智慧課堂線上線下混合教學(xué)模式的理論，詳細(xì)解讀了各個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)涵要求。以數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程為例，改革傳統(tǒng)教學(xué)方式，重新設(shè)計(jì)了教學(xué)各環(huán)節(jié)要素，包括教學(xué)理念、教學(xué)手段、教學(xué)模式、教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系，并在教學(xué)中融入課程思政；以異步清零法設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容作為具體案例，再現(xiàn)了其教學(xué)應(yīng)用。這種教學(xué)模式在課前、課中、課后能全方位、多角度的、實(shí)時(shí)的跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展。經(jīng)過4個(gè)學(xué)期的實(shí)踐顯示，學(xué)生的成績得到了明顯的提高，教學(xué)效果明顯提升。

關(guān)鍵詞：智慧課堂；數(shù)字電路技術(shù)；混合式教學(xué)

中圖分類號：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）04-0095-05

引言

教育變革是信息時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物，教育信息化、智能化作為新興教育模式的一種，正逐漸打破傳統(tǒng)的單一傳統(tǒng)課堂模式，突破“時(shí)空限制”，讓教育資源的空間得到無限延伸，強(qiáng)調(diào)教與學(xué)的“雙向”輸送，讓“以學(xué)生為本”的人才培養(yǎng)目標(biāo)更全面的實(shí)現(xiàn)[1]。教育教學(xué)改革一直在路上，如何更全面、更高效地整合教育資源，牽引信息化教育，具體實(shí)施手段是一線教師值得深究和探討的長遠(yuǎn)課題。

線上線下混合式教學(xué)是利用信息技術(shù)，將課堂延伸到網(wǎng)絡(luò)終端，在傳統(tǒng)課堂面對面教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的教學(xué)資源和空間，利用先進(jìn)的教學(xué)工具和方法進(jìn)行優(yōu)勢融合的教學(xué)方式。線上線下混合式教學(xué)具有交互性、信息化、便捷化、真正服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)和課堂教學(xué)的特點(diǎn)，在現(xiàn)代高等教育教學(xué)中被廣泛應(yīng)用。

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是電子信息類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)知識多、邏輯思維嚴(yán)謹(jǐn)、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[2，3]。采用傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)模式教學(xué)效果差，不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

本文以數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程為例，針對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的痛點(diǎn)，深入分析線上線下混合教學(xué)的內(nèi)涵，基于省級優(yōu)秀在線課程、省級精品線下開放課程建設(shè)，依托“超星學(xué)習(xí)通”線上教學(xué)平臺，設(shè)計(jì)智慧課堂新型教學(xué)模式，采用線上、線下混合式教學(xué)手段，切實(shí)做到以學(xué)生為中心，提高教學(xué)質(zhì)量，打造新時(shí)代的新課堂。

1 傳統(tǒng)課程教學(xué)痛點(diǎn)分析

目前傳統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀如圖1所示。教學(xué)手段以板書和ppt為主，進(jìn)行教導(dǎo)式教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容以某本或某些教材為主，結(jié)合習(xí)題進(jìn)行補(bǔ)充；教學(xué)模式以理論教學(xué)為主，加上少量實(shí)驗(yàn)，對知識進(jìn)行灌輸；考核方式采用期末理論考試為主，結(jié)合課堂考勤。

課程教學(xué)現(xiàn)狀造成很多的問題：（1）教學(xué)形式落后。傳統(tǒng)教學(xué)形式是以教師主導(dǎo)的講授式教學(xué)、學(xué)生被動地接受式學(xué)習(xí)的方式，互動不足，課堂氣氛沉悶，教學(xué)效果差。（2）學(xué)生內(nèi)驅(qū)力不夠。學(xué)生既不知道學(xué)了這個(gè)知識點(diǎn)、這門課，在將來的工作和學(xué)習(xí)里有什么用，也不知道通過這門課的學(xué)習(xí)，自己具體在哪些方面的能力可以得到提升。缺乏學(xué)習(xí)熱情，沒有學(xué)習(xí)自主性。（3）線下（課堂）課時(shí)有限。本課程課時(shí)往往小于64學(xué)時(shí)，難以在有限的時(shí)間內(nèi)向?qū)W生傳遞更多的前沿知識。（4）部分教學(xué)內(nèi)容陳舊，跟不上時(shí)代發(fā)展。一些由于技術(shù)發(fā)展而很少使用的知識依然在教學(xué)大綱中，一些在科研與產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用的知識卻強(qiáng)調(diào)不夠。（5）理論與實(shí)踐結(jié)合不夠。理論課與實(shí)驗(yàn)課是分開進(jìn)行，學(xué)生缺少實(shí)踐機(jī)會。（6）考核模式單一。學(xué)生成績主要由期末的閉卷考試決定，過程性考核不夠全面且缺乏監(jiān)督體系，不能更好地調(diào)動學(xué)生積極性。

2 基于智慧課堂的線上、線下混合式教學(xué)分析與改革設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的上述問題，需要進(jìn)行較為徹底的改革。基于智慧課堂，的線上、線下混合式教學(xué)是變革的一個(gè)方案。是結(jié)合現(xiàn)代電子信息技術(shù)，將教學(xué)涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行改變。如圖2所示，列舉出了6個(gè)方面，包括教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)模式和教學(xué)質(zhì)量評價(jià)，每個(gè)方面都有相應(yīng)的變革要求。需要注意的是，線上、線下混合式教學(xué)，不能獨(dú)立的把線上和線下割裂開來，他們是教學(xué)技術(shù)進(jìn)步下的教育觀念的轉(zhuǎn)變和提升，是有機(jī)的整體和統(tǒng)一，為切實(shí)做到實(shí)現(xiàn)課程的“高階性”和“創(chuàng)新性”而服務(wù)[4，5]。

針對這些方面，需要深入分析其內(nèi)涵，詳細(xì)討論教學(xué)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)的含義和要求。

2.1 教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變

作為理工科的基礎(chǔ)課程，如何更好地以學(xué)生為中心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，內(nèi)化所學(xué)知識，在“知其然，更知其所以然”的學(xué)習(xí)過程中追尋探索精神和創(chuàng)新精神[6]，是課程組一直以來的目標(biāo)和改革理念。

堅(jiān)持立德樹人，深入貫徹執(zhí)行以學(xué)生為中心的根本宗旨，鼓勵師生既要追求真理、善于學(xué)習(xí)，又要勇于實(shí)踐，敢于創(chuàng)新的精神。以學(xué)生為中心，落實(shí)“知識、能力、情感”三位一體的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)

改革需要對陳舊的知識體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理研究，根據(jù)基礎(chǔ)知識和技術(shù)發(fā)展進(jìn)行分類，按照知識點(diǎn)的難易、理論與實(shí)踐的不同，做到不同類別的知識點(diǎn)有針對性地制定不同教學(xué)方法，進(jìn)行線上、線下兩條腿走路，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，并做到知識點(diǎn)與時(shí)俱進(jìn)，適合學(xué)生的學(xué)習(xí)節(jié)奏，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和學(xué)習(xí)效率。

以異步清零法設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器為例，教學(xué)內(nèi)容中減少小規(guī)模器件芯片的分析與設(shè)計(jì)講解，重點(diǎn)講解中規(guī)模集成芯片的分析與設(shè)計(jì)，著重分析清零的時(shí)機(jī)與條件，從不同角度解釋難點(diǎn)內(nèi)容“瞬時(shí)狀態(tài)”，并讓學(xué)生自我總結(jié)異步清零法的設(shè)計(jì)規(guī)律。教學(xué)中輔助軟件仿真和實(shí)物演示，讓學(xué)生分組討論并驗(yàn)證電路方案。

2.3 教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)的教學(xué)模式過于單一，無法充分吸引學(xué)生的注意力，更好的理解抽象難懂的知識點(diǎn)。借助現(xiàn)代信息化教學(xué)手段，利用線上資源的豐富性和多樣性，進(jìn)行傳統(tǒng)授課與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的線上、線下混合式教學(xué)模式，如圖3所示。

課前，依托“超星學(xué)習(xí)通平臺”進(jìn)行課程導(dǎo)學(xué)，教師提前在平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資料和學(xué)習(xí)任務(wù)，并時(shí)刻監(jiān)督學(xué)生們的學(xué)習(xí)；根據(jù)線上學(xué)習(xí)軌跡和反饋，教師可以更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，制定針對性的教學(xué)方案指導(dǎo)課堂教學(xué)。

課中，教師要聯(lián)動線上教學(xué)，做好學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和教學(xué)設(shè)計(jì)者的角色。采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，針對課前收集的學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況及測試情況反饋，針對出現(xiàn)問題較多的地方，合理分組，組織學(xué)生進(jìn)行自由的交流和小組討論，輔助學(xué)生提煉核心問題，進(jìn)行引導(dǎo)式、案例式講解，在講解的過程中，要充分利用智慧平臺、多媒體、板書、軟件仿真以及實(shí)物演示操作，大幅度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性。

同時(shí)，作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)專業(yè)課，積極展示跟國家民族命運(yùn)息息相關(guān)的科研動態(tài)，潤物無聲地課程引導(dǎo)、講授、演示中充分融入課程思政教學(xué)。

課后，需要學(xué)生對課堂所學(xué)知識進(jìn)行強(qiáng)化，給學(xué)生布置綜合性的知識點(diǎn)進(jìn)行知識鞏固，并附加具有一定挑戰(zhàn)度的拓展問題，引導(dǎo)學(xué)生對問題深度思考。啟發(fā)學(xué)生在思考中尋找知識點(diǎn)的內(nèi)在規(guī)律，并進(jìn)行有效遷移，取得舉一反三的效果。在完成任務(wù)時(shí)，教授學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在智慧課堂平臺進(jìn)行問題交流、討論，由單一講授轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)、傳授、研究三位一體的新型教學(xué)模式，使教學(xué)具有多樣性、靈活性，能更好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和獨(dú)立性。

2.4 閉環(huán)的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系

基于“多元化—重過程—考能力”的考核方式，設(shè)計(jì)“理論與實(shí)踐并重、自評與他評相結(jié)合、結(jié)果與過程相結(jié)合”的教學(xué)評價(jià)方法，加強(qiáng)對學(xué)生課堂內(nèi)外、線上線下閉環(huán)管理的評價(jià)體系。通過目標(biāo)導(dǎo)向充分調(diào)動學(xué)生積極性，優(yōu)化知識、能力和綜合素質(zhì)考核評價(jià)措施，建立融入大國工匠精神、職業(yè)道德、敬業(yè)精神、自我認(rèn)知、團(tuán)隊(duì)合作等體現(xiàn)課程思政元素的評價(jià)體系。

以往的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程考核方式以期末考試為主，平時(shí)課堂考勤和作業(yè)占比30%，期末理論考試占比70%。改革后的期末考試，在百分制模式下，考核形式為終結(jié)性考核占比50%，增加過程性考核占比（50%）。過程性考核采用多個(gè)指標(biāo)：（1）學(xué)習(xí)態(tài)度；（2）作業(yè)；（3）課堂表現(xiàn)；（4）學(xué)生自評與互評（打破傳統(tǒng)的教師作為單一考評人的局面，實(shí)現(xiàn)評價(jià)主體多元化）。終結(jié)性考核為期末理論考試，如表1所示。

通過平臺數(shù)據(jù)，教師在總體上可以獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，但仍顯不夠，還需獲得教學(xué)情況反饋，及時(shí)糾正教學(xué)行為，基于此，課程組針對每個(gè)教學(xué)班級制作了反饋問卷，統(tǒng)計(jì)教學(xué)情況，使教與學(xué)形成閉環(huán)。

3 混合式教學(xué)改革具體實(shí)施案例

以數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中異步清零法設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器小節(jié)為例，重新設(shè)計(jì)了教學(xué)方案，從課前、課中和課后三個(gè)方面應(yīng)用智慧課堂線上線下混合教學(xué)方式。

3.1 課前導(dǎo)學(xué)

課前通過“超星學(xué)習(xí)通平臺”提前發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)點(diǎn)，包括本節(jié)教學(xué)大綱、知識點(diǎn)視頻、多媒體、信號仿真、自測題和討論題，明確重點(diǎn)與難點(diǎn)。學(xué)生通過在線觀看網(wǎng)絡(luò)課件、仿真動畫及視頻先行自主學(xué)習(xí)，完成對應(yīng)的測試題和思考題，在線留下學(xué)習(xí)“足跡”，并記錄自行學(xué)習(xí)中存在和發(fā)現(xiàn)的問題，帶著問題走入即將開始的課堂。教師可以隨時(shí)隨地在線答疑，跟蹤學(xué)情，收集學(xué)習(xí)中存在的和發(fā)現(xiàn)的問題，有的放矢地調(diào)整備課的重點(diǎn)和進(jìn)度，做到有針對性地走進(jìn)課堂。

3.2 課堂面對面教學(xué)

上課前，使用5分鐘時(shí)間在平臺上簽到。然后利用翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生分組自行匯報(bào)，如圖4所示，74LS161的邏輯功能表，這是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是異步清零法的基礎(chǔ)。此舉不僅檢查了學(xué)生的自學(xué)效果，也讓學(xué)生將知識內(nèi)化，極大地提本節(jié)課的教學(xué)效果。

線上平臺自動生成圖形報(bào)告與課前測試情況反饋，教師將測試題的對錯(cuò)情況反饋給學(xué)生，針對錯(cuò)誤較多的題目進(jìn)行分析?；旌鲜浇虒W(xué)需要線上、線下聯(lián)動，針對問題，合理組織學(xué)生進(jìn)行分組討論；利用案例式教學(xué)法，分析案例中計(jì)數(shù)器模值，在分析的同時(shí)引入新知識并進(jìn)行重點(diǎn)與難點(diǎn)的講授，在講授過程中，合理利用并設(shè)計(jì)板書，結(jié)合多媒體教學(xué)，通過選人、投票等環(huán)節(jié)讓學(xué)生的注意力始終保持在課堂上。同時(shí)，做好學(xué)習(xí)引導(dǎo)者和教學(xué)設(shè)計(jì)者的角色。

演示例題給出圖如5所示的電路，分別通過軟件設(shè)計(jì)成仿真電路和利用電路板連接成實(shí)際電路，用以對比觀察計(jì)數(shù)器狀態(tài)數(shù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)模值?，F(xiàn)場演示或播放提前錄制的視頻，可以更加直觀的展示計(jì)數(shù)器工作過程，讓學(xué)生更容易理解和消化，也更容易提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，掌握所學(xué)知識點(diǎn)。

在演示過程中，強(qiáng)調(diào)瞬時(shí)狀態(tài)存在但不可見（難點(diǎn)）。并讓學(xué)生再次做預(yù)習(xí)測試中錯(cuò)誤率較高的相關(guān)題目，從而引導(dǎo)學(xué)生遇到問題，解決問題的能力。

在教學(xué)過程中，給學(xué)生留時(shí)間進(jìn)行演練和討論，在指導(dǎo)學(xué)生操作時(shí)，強(qiáng)調(diào)細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹匾裕⑴e出1986年美國“挑戰(zhàn)者”號由于微小失誤引發(fā)巨大損失的反例，引入課程思政內(nèi)容、教育引導(dǎo)學(xué)生樹立愛國主義思想和科技強(qiáng)國精神。

鼓勵學(xué)生要在溫故知新的基礎(chǔ)上開拓創(chuàng)新思維。結(jié)合本知識點(diǎn)，學(xué)會結(jié)合前期學(xué)過的組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路，進(jìn)行稍復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)電路學(xué)習(xí)研究，引導(dǎo)學(xué)生對計(jì)數(shù)器驅(qū)動譯碼器實(shí)現(xiàn)的8位跑馬燈進(jìn)行思考與分析，如圖6所示。

另外，讓學(xué)生學(xué)習(xí)之余了解本小節(jié)知識的前沿應(yīng)用，比如什么是FPGA？什么是Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)？展示跟國家命運(yùn)息息相關(guān)的科研動態(tài)。利用國產(chǎn)FPGA市場占有率不高、高端FPGA依然依賴進(jìn)口以及用美國對華為的制裁等前沿動態(tài)激發(fā)學(xué)生樹立科技興國、科技報(bào)國的使命。

3.3 課后鞏固提高

課后為了讓學(xué)生對課堂所學(xué)知識鞏固提高，進(jìn)一步在平臺布置綜合性及具有一定挑戰(zhàn)度的拓展習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生對知識點(diǎn)的深度思考。

（1）如何使得用74LS161芯片設(shè)計(jì)的異步清零電路更加簡單或者具有內(nèi)在規(guī)律？

（2）如何采用74LS161芯片進(jìn)行異步清零法實(shí)現(xiàn)任意模值的計(jì)數(shù)器？并用Multisim軟件仿真實(shí)現(xiàn)。

（3）預(yù)習(xí)如何采用74LS161芯片實(shí)現(xiàn)同步置數(shù)法實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)器？

（4）思考采用74LS161芯片實(shí)現(xiàn)異步清零法與即將要學(xué)習(xí)的同步置數(shù)法設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器有什么不同？

（5）布置分組任務(wù)，布置學(xué)生使用同步置數(shù)法實(shí)現(xiàn)模值為8的計(jì)數(shù)器。

在完成任務(wù)的同事，教會學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，在平臺進(jìn)行心得與問題交流和討論，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題中整理和回顧所學(xué)知識點(diǎn)，深化學(xué)生對知識點(diǎn)的認(rèn)識，并進(jìn)行外延拓展，從而形成閉環(huán)的教學(xué)系統(tǒng)，逐步提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和大國工匠的創(chuàng)新精神。

4 教學(xué)效果展示

針對數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程，通過以上的教學(xué)改革開展基于智慧課堂的線上、線下混合式教學(xué)，以教學(xué)設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，以多種教學(xué)手段為落腳點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，深化“應(yīng)用型教學(xué)”背景下“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期實(shí)際運(yùn)行，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性得到提升，課程滿意度提高明顯，課程教學(xué)質(zhì)量提高顯著，不及格率維持在較低水平，學(xué)習(xí)成績進(jìn)步明顯，表2顯示了經(jīng)過4個(gè)學(xué)期運(yùn)行后的授課班級成績統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

5 結(jié)語

本課程依托省級課程教學(xué)改革，基于前期的課程建設(shè)，開展基于智慧課程的線上線下混合式教學(xué)。整合各種教學(xué)資源、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增加多種教學(xué)手段、采用閉環(huán)的評價(jià)機(jī)制，協(xié)調(diào)聯(lián)動教學(xué)各環(huán)節(jié)，共同促進(jìn)混合式教學(xué)順利實(shí)施與有效發(fā)展。經(jīng)過實(shí)際教學(xué)檢驗(yàn)，課程的教學(xué)質(zhì)量得到了提升，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣得到激發(fā)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得到有效培養(yǎng)。

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收稿日期：2023-02-24

基金項(xiàng)目：安徽省高校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目：（gxyq2021206）；安徽省課程思政示范課程（2020szsfkc0738）；校課程思政建設(shè)研究項(xiàng)目（2020szjy03）;省級教學(xué)示范課（2020SJJXSFK1985）