李院平 王子群 梁蘭菊

摘要：文章提出一種基于Knoledge tree思維導(dǎo)圖（Kt-map） 模式的多維度數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革方法，旨在增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知程度，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性及實(shí)踐動(dòng)手能力。論文首先引入Kt-map，介紹Kt-map的基本構(gòu)成；然后應(yīng)用Kt-map，幫助學(xué)生先從宏觀角度建立課程的知識(shí)體系及知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式；利用課程“實(shí)踐性”強(qiáng)的特點(diǎn)，以項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)，借助仿真軟件實(shí)現(xiàn)授課內(nèi)容可視化；為了有效督促學(xué)生對(duì)課程知識(shí)體系的主動(dòng)建構(gòu)，更新細(xì)化了課程評(píng)價(jià)機(jī)制。

關(guān)鍵詞：“Kt-map”；內(nèi)容可視化；課程評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（2023）29-0145-04

0 引言

數(shù)字電子技術(shù)課程作為電信、光電、通信、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有實(shí)踐性強(qiáng)，內(nèi)容繁多細(xì)致，易學(xué)難用的特點(diǎn)。在傳統(tǒng)教學(xué)模式上，該課程在授課中主要存在以下弊端：1） 教學(xué)活動(dòng)的時(shí)空限制；2） 學(xué)生知識(shí)架構(gòu)的被動(dòng)型建立；3） 實(shí)驗(yàn)手段單一；4） 考核的片面性[1-3]。隨著大學(xué)教改的不斷深入，為響應(yīng)筆者所在單位以建設(shè)“國(guó)內(nèi)一流應(yīng)用型”大學(xué)的目標(biāo)號(hào)召，我們?cè)黾恿藢?shí)踐性內(nèi)容的課時(shí)，同時(shí)適當(dāng)壓縮了理論課的課時(shí)。為了在有限的學(xué)時(shí)中，幫助學(xué)生掌握大量的內(nèi)容，同時(shí)解決傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，在本文中探討基于Knoledge tree 思維導(dǎo)圖（Kt-map） 模式的“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”“項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)，授課內(nèi)容可視化”“加強(qiáng)過(guò)程考核”多維度數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式，旨在增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知程度，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性及實(shí)踐動(dòng)手能力。

1“ 知識(shí)樹”思維導(dǎo)圖（Kt-map） 的建立

思維導(dǎo)圖源自英國(guó)智力開發(fā)專家Tony Buzan在1974年出版的Use Your Head《（ 啟動(dòng)大腦》） 一書。其特點(diǎn)是發(fā)散性、高效性及開放性，利用思維導(dǎo)圖可以改善人類的記憶與發(fā)散思維[4，5]。但是已有的思維導(dǎo)圖采用二維型結(jié)構(gòu)表達(dá)的通常是知識(shí)之間的層級(jí)性或并列式關(guān)系，而對(duì)于學(xué)校的各門專業(yè)課程而言，各知識(shí)之間往往存有互相滲透的作用，因此，在這里推出一種類“知識(shí)樹”型、具有三維邏輯關(guān)系的新型思維導(dǎo)圖——Kt-map。把數(shù)字電子技術(shù)課程當(dāng)作一棵大樹，那么電子器件的發(fā)展是其滋生的土壤，布爾代數(shù)及數(shù)值與碼制是其成長(zhǎng)的陽(yáng)光雨露，邏輯門是它堅(jiān)實(shí)有力的軀干，組合邏輯代數(shù)和時(shí)序邏輯代數(shù)等則是它的枝丫，各種集成電路等芯片則是枝丫上的葉子，其組成脈絡(luò)圖如下：

在“知識(shí)樹”思維導(dǎo)圖中，關(guān)鍵要素有：土壤，樹的軀干，樹成長(zhǎng)的陽(yáng)光雨露，樹的枝丫及在枝丫上衍生的葉子。

通過(guò)此圖，可以清晰地看懂該門課的邏輯結(jié)構(gòu)及知識(shí)點(diǎn)之間的滲透關(guān)系，對(duì)于學(xué)生建立課程知識(shí)體系有比較大的幫助。

2 基于Kt-map 模式的多維度數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式

2.1 應(yīng)用Kt-map，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式[6-8]

教學(xué)的主體在“學(xué)生”。如果課程從一開始能有效激起學(xué)生的主觀能動(dòng)性，那課程就先成功了一半。所以，教師對(duì)課程的“導(dǎo)”、對(duì)學(xué)生的“導(dǎo)”是使平靜湖面激起漣漪的關(guān)鍵。

1） 課前準(zhǔn)備，“導(dǎo)”為主：根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生實(shí)際情況， 編制設(shè)計(jì)出每堂課的程序結(jié)構(gòu)、實(shí)施方案，即常稱的教案。教師要在上課前對(duì)整門課有個(gè)大概的構(gòu)思，做到胸有成竹。教師教學(xué)方法的運(yùn)用、教學(xué)思路的設(shè)計(jì)、 知識(shí)技能的掌握以及對(duì)教材的理解能力、駕馭能力都能在教案中得到體現(xiàn)。

以脈沖波形的產(chǎn)生與整形為例，授課流程圖如圖2：

在課前導(dǎo)入部分，可以先給學(xué)生展示本次課（本章）內(nèi)容的Kt-map，如圖3所示：

從圖3可知，555定時(shí)器是大樹的軀干，而滋生大樹的土壤則是電阻、模擬電路（電壓比較器，場(chǎng)效應(yīng)管，三極管）、數(shù)字電路（RS觸發(fā)器）等基本元件（統(tǒng)稱電子器件），大樹的枝丫則是施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及多諧振蕩器，各種應(yīng)用則可看為枝丫上的葉片，對(duì)各器件進(jìn)行分析所需要的知識(shí)則為此樹成長(zhǎng)的陽(yáng)光雨露。 在Kt-map圖的基礎(chǔ)上，再來(lái)按所設(shè)計(jì)好的流程圖授課，就可以達(dá)到事半功倍的效果。

2） 教學(xué)過(guò)程，“導(dǎo)”為線，“學(xué)”為面：在教學(xué)過(guò)程中要注意引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法。教師的教法服務(wù)于學(xué)生的學(xué)法，教師的“教”要符合學(xué)生“學(xué)”的規(guī)律，主導(dǎo)作用要為促進(jìn)學(xué)生的主體作用服務(wù)。例如在做“序列信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)”時(shí)，我們可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了促進(jìn)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，我們的實(shí)驗(yàn)安排流程如下：

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程中，分析設(shè)計(jì)方案的可行性體現(xiàn)了教師的“導(dǎo)”，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)則體現(xiàn)了學(xué)生的“主”。而實(shí)際上，教師的“導(dǎo)”從安排實(shí)驗(yàn)之初直到實(shí)驗(yàn)的結(jié)束，貫穿于整個(gè)環(huán)節(jié)。這樣流程的設(shè)計(jì)，使實(shí)驗(yàn)時(shí)間的 90%交付給學(xué)生主體，使學(xué)生主體作用得以充分體現(xiàn)。當(dāng)然，在安排實(shí)驗(yàn)之初，教師需要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案盡可能充分了解，并準(zhǔn)備好所有可能用到的元器件。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生結(jié)合課上所學(xué)知識(shí)，完成的設(shè)計(jì)方案主要有：1） 利用74LS194移位寄存器實(shí)現(xiàn)。2） 利用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。3） 利用計(jì)數(shù)器和邏輯門實(shí)現(xiàn)。4） 利用計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。

其中，在用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)序列信號(hào)時(shí)，首先選擇適當(dāng)數(shù)目的D觸發(fā)器，首尾連接，采用移位的功能，設(shè)計(jì)所需填充位的實(shí)現(xiàn)電路，然后從某一輸出端提取序列信號(hào)，所以，從本質(zhì)上來(lái)講和采用74LS194的效果類似，但缺點(diǎn)是所需模塊較多，優(yōu)點(diǎn)則是靈活。利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，無(wú)疑是更為簡(jiǎn)單、便捷，也更利于理解。所以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用計(jì)數(shù)器者為多數(shù)。

基于Kt-map，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，先從視覺上幫助學(xué)生輸入課程的知識(shí)組成體系，然后在教師的主導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀性，并拓展了學(xué)習(xí)的空間。

2.2 項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)，借助仿真軟件實(shí)現(xiàn)授課內(nèi)容可視化[9-10]

數(shù)字電子技術(shù)課程的一個(gè)鮮明特點(diǎn)就是“實(shí)踐性強(qiáng)”。因此，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和主觀能動(dòng)性的最佳方法就是“項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)”。在組合邏輯電路講解時(shí)，引入“病房呼叫系統(tǒng)”案例，結(jié)合學(xué)生對(duì)醫(yī)院呼叫系統(tǒng)的認(rèn)知，建立其大致模型：

然后，讓學(xué)生分析，如何編碼？可選擇什么器件？如何解碼？用什么器件？ 如何顯示？如果病房人多，輸入信號(hào)增多，又該如何？學(xué)生帶著問(wèn)題，從課內(nèi)/ 課外找答案，當(dāng)有了想法后，可以去實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐，也可以在家通過(guò) Multisim 軟件仿真模擬。學(xué)生的問(wèn)題可以通過(guò)微信群/QQ（主要），超星線上平臺(tái)等及時(shí)發(fā)送給老師進(jìn)行解答，同時(shí)生生之間也可進(jìn)行互評(píng)。

圖6為學(xué)生搭建的病房呼叫系統(tǒng)仿真電路。電路中使用8-4線優(yōu)先級(jí)編碼器、非門、74LS283加法器、74LS48N七段顯示譯碼器和7段顯示數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)了病人按鍵號(hào)碼的顯示功能；同時(shí)采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路，實(shí)現(xiàn)了周期為1.05ms的方波輸出，并通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲提示。整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)了組合邏輯電路各集成器件的有效融合，對(duì)于學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力的提升起到了非常好的幫助。

對(duì)于病房人數(shù)較多時(shí)的問(wèn)題，學(xué)生自然聯(lián)想到使用多片74LS148進(jìn)行擴(kuò)展。在課堂中，首先分析了擴(kuò)展的基本方法，并以2片74LS148為例，建立了擴(kuò)展電路，那么3片擴(kuò)展的效果如何？借助Multisim，演示仿真結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可見，當(dāng)I23、I15和I7同時(shí)輸入有效時(shí)， 輸出編碼為10111，即十進(jìn)制數(shù)23（圖7（a）），當(dāng)I15和I7 同時(shí)輸入有效時(shí)，編碼輸出為01111，即十進(jìn)制數(shù)15 （圖7（b））， 當(dāng)只有I7輸入有效時(shí)，編碼輸出為00111，即十進(jìn)制數(shù)7（圖7（c）），這表明，左邊74LS148芯片優(yōu)先級(jí)最高，而右邊的優(yōu)先級(jí)最低。通過(guò)引入Multisim仿真演示，使授課內(nèi)容得以直觀顯示，一方面驗(yàn)證了學(xué)生的設(shè)想和理論分析，另一方面又加強(qiáng)了對(duì)此內(nèi)容的深入理解。

因此，采用項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)，借助仿真軟件實(shí)現(xiàn)授課內(nèi)容可視化，一方面進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并且引入了新的實(shí)驗(yàn)思路和方案，使實(shí)驗(yàn)手段多樣化，打破了傳統(tǒng)授課環(huán)境的局限。

2.3 評(píng)價(jià)模式的改變

加強(qiáng)過(guò)程性考核，充分調(diào)動(dòng)每位同學(xué)的主觀能動(dòng)性，督促學(xué)生建立課程知識(shí) 架構(gòu)體系。知識(shí)體系的建構(gòu)歷經(jīng)3 個(gè)過(guò)程：第1個(gè)是同化，即新知識(shí)與舊知識(shí)產(chǎn)生鏈接的過(guò)程；第2個(gè)是順應(yīng)，即新舊知識(shí)的融合形成了新的知識(shí)體系；第3個(gè)為平衡，知識(shí)體系由原來(lái)的平衡，到新知識(shí)出現(xiàn)產(chǎn)生不平衡，最后經(jīng)同化順應(yīng)形成新的平衡[11]。要順利讓學(xué)生完成課程知識(shí)體系的建構(gòu)，必要的督促和激勵(lì)是不可少的。為此，改變以往的課程評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)過(guò)程性考核：1） 課堂的主動(dòng)性表現(xiàn)。在每一次授課過(guò)程中，安排互動(dòng)性問(wèn)題，促使學(xué)生積極應(yīng)答。每次主動(dòng)回答且正確者+2分，主動(dòng)回答但不正確者酌情+1分或不加分；被動(dòng)回答且正確者+1分，被動(dòng)回答但錯(cuò)誤者不加分。2） 增設(shè)課外完成的項(xiàng)目實(shí)踐性內(nèi)容。比如前面所說(shuō)的病房呼叫系統(tǒng)模型的搭建，有效完成者可以直接給10分過(guò)程考核分。3） 增加實(shí)驗(yàn)過(guò)程考核，體現(xiàn)為：動(dòng)手能力的查驗(yàn)—第一名完成實(shí)驗(yàn)的小組給予本次實(shí)驗(yàn)最高分10分，剩余名次的小組則酌情遞減；每一個(gè)小組中的同學(xué)則按貢獻(xiàn)度自行協(xié)商分配該小組獲得的分?jǐn)?shù)。同時(shí)，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)收時(shí)，增加隨機(jī)考核（小答辯）環(huán)節(jié)，完成實(shí)驗(yàn)并正確作答的小組方可順利獲得相應(yīng)的分值，否則，按正確作答結(jié)果順序相應(yīng)后移。因此，從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開始，一直到項(xiàng)目的結(jié)束，學(xué)生在腦子里時(shí)刻思考項(xiàng)目實(shí)行的理論依據(jù)，無(wú)形中完成了知識(shí)的同化-順應(yīng)-平衡三個(gè)階段，完成了知識(shí)體系的構(gòu)建。

該課程平時(shí)成績(jī)分值構(gòu)成：回答問(wèn)題得分（20%） + 課外項(xiàng)目（20%） +實(shí)驗(yàn)考核（30%） +出勤（10%） +作業(yè)（20%） 。

回答問(wèn)題得分、課外項(xiàng)目得分計(jì)算：班級(jí)回答問(wèn)題得分或課外項(xiàng)目得分最高者為滿分20分，其他同學(xué)按其得分/最高得分×20分計(jì)算。

實(shí)驗(yàn)考核得分計(jì)算：假設(shè)有m 個(gè)實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)同學(xué)每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得分為r分，則其實(shí)驗(yàn)得分為mr，設(shè)實(shí)驗(yàn)得分最高者分值為n，則該生實(shí)驗(yàn)考核得分為0.3×mr/n。

出勤分值計(jì)算：設(shè)全勤次數(shù)為x，置全勤為100分，若某生請(qǐng)假一次減1，無(wú)故缺勤一次減2，若該生共請(qǐng)假a次，無(wú)故缺勤b次，則該生出勤得分為：0.1×（x-a× 1-b×2）/x。

作業(yè)分值計(jì)算：不缺項(xiàng)完成作業(yè)，并紅筆標(biāo)注批改者一次作業(yè)為滿分100；缺項(xiàng)或未修改者，按每次作業(yè)比例分值扣分即可。作業(yè)得分計(jì)算式為：0.2×該生作業(yè)得分/作業(yè)最高分。

圖8為近3年同一專業(yè)學(xué)生在同等難度下，學(xué)生的課程考核情況統(tǒng)計(jì)。從表中可見，采用新的課程評(píng)價(jià)模式之后，學(xué)生的及格率有很大幅度的提升，說(shuō)明學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性因評(píng)價(jià)模式的變化有很大的增強(qiáng)，但優(yōu)秀率提升幅度不明顯。

3 總結(jié)

“Kt-map”有效實(shí)現(xiàn)了課程的系統(tǒng)化，使學(xué)生初步建立課程的知識(shí)構(gòu)成體系；隨后，通過(guò)引入多維度教學(xué)模式，提升學(xué)生的主觀能動(dòng)性，化被動(dòng)為主動(dòng)建立課程知識(shí)架構(gòu)體系；案例驅(qū)動(dòng)，引入仿真手段，使教學(xué)內(nèi)容可視化，同時(shí)解決了實(shí)驗(yàn)手段單一的問(wèn)題，并擴(kuò)寬了學(xué)生的教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)空間；更新細(xì)化課程評(píng)價(jià)模式，使學(xué)生的每一步成長(zhǎng)都有跡可循，增強(qiáng)了學(xué)生自信心，且使考核更加全面。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李瓊.基于雨課堂和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的數(shù)字電子技術(shù)混合式教學(xué)

模式的探究[J].信息系統(tǒng)工程，2021（12）：157-160.

[2] 吳戀，代玉梅，崔忠偉.面向應(yīng)用型本科院校的《數(shù)字電子技

術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019，15（35）：

85-86.

[3] 朱清慧.數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革創(chuàng)新與嘗試[J].教

育教學(xué)論壇，2017（49）：126-127.

[4] 甘賢兵，王媛.思維導(dǎo)圖在“生理學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

[J].教育教學(xué)論壇，2022（48）：126-129.

[5] 李杰，葉冬.思維導(dǎo)圖在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

[J].信息通信，2015，28（12）：275-276.

[6] 張?jiān)?，左憲章，李建?突出“三層次”能力培養(yǎng)的555定時(shí)器

教學(xué)設(shè)計(jì)[J].高師理科學(xué)刊，2015，35（2）：94-97.

[7] 董傳岱.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出

版社，2015.

[8] 閻石，清華大學(xué)電子學(xué)教研組編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4 版.北京：高等教育出版社，1998.

[9] 鄭三婷.Multisim在數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析[J]. 電子制作，2020（11）：73-74.

[10] 楊麗麗，蔣官澄.基于問(wèn)題導(dǎo)向的案例教學(xué)法在油田化學(xué)

類課程中的教學(xué)實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2023，9（5）：41-44.

[11] 劉璘琳.基于建構(gòu)主義的跨專業(yè)協(xié)同教學(xué)模式改革：創(chuàng)新

導(dǎo)向的企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人才培養(yǎng)[J].高教學(xué)刊，2017（16）：

28-31. 【通聯(lián)編輯：唐一東】