史雪飛, 伍春洪, 尤 佳

(北京科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

創(chuàng)新型國(guó)際化人才的培養(yǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。電工電子基礎(chǔ)課程—“電路”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”等作為信息類專業(yè)的必修課程，在國(guó)際化人才的培養(yǎng)中承擔(dān)著多重作用[1]。

全英文教學(xué)除了要引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容、及時(shí)跟進(jìn)學(xué)科的最新發(fā)展，更重要的是借鑒國(guó)外先進(jìn)的教學(xué)理念和課堂元素，改革我們傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，以適應(yīng)國(guó)際化人才培養(yǎng)的需要。

本文借鑒融合國(guó)外的思維導(dǎo)圖、合作學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)元素，經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建了“數(shù)字電子技術(shù)”全英文課程，采用較為系統(tǒng)地從點(diǎn)到面循序漸進(jìn)、有效考核的小組合作學(xué)習(xí)模式，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)章節(jié)知識(shí)的推進(jìn)與整合以及采用思維導(dǎo)圖的方式梳理重要知識(shí)點(diǎn)并解決實(shí)際問題。該課程的這些教學(xué)改革，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維模式、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的合作意識(shí)、善于發(fā)現(xiàn)事物之間關(guān)聯(lián)性等未來發(fā)展必不可少的優(yōu)秀素質(zhì)和能力。

1 融合國(guó)外教學(xué)元素的全英文課程

本文詳細(xì)介紹融合國(guó)外教學(xué)元素的全英文課程在教學(xué)時(shí)具有特色的五個(gè)方面。

1.1 小組合作學(xué)習(xí)模式

group study(小組合作學(xué)習(xí))，顧名思義，是幾個(gè)學(xué)生組成一個(gè)固定的小組，繼而分工合作，通過有效的溝通，共同完成學(xué)習(xí)；這種學(xué)習(xí)模式尊重小組中每個(gè)成員的優(yōu)勢(shì)，相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充，通過思維和智慧的碰撞，產(chǎn)生新的思想，創(chuàng)造性地完成學(xué)習(xí)任務(wù)[2]。經(jīng)過幾年的摸索與實(shí)踐，我們嘗試在較大規(guī)模的學(xué)生范圍內(nèi)引入了group study教學(xué)模式，主要解決了以下兩個(gè)教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)中的難點(diǎn)：①如何持續(xù)、較為系統(tǒng)地將其貫穿在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中？②如何客觀合理地評(píng)價(jià)與考核這種教學(xué)模式？

我們攻破這兩個(gè)難點(diǎn)所采取的措施是：課程開始前，讓所有學(xué)生自愿組合為3～4人的合作小組，這個(gè)小組將會(huì)固定貫穿整個(gè)學(xué)期的課上課下的學(xué)習(xí)。從課上對(duì)難度適宜的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)小組的學(xué)習(xí)與討論延伸到課下的合作性project設(shè)計(jì)作業(yè)訓(xùn)練，最后通過口試檢查、筆試答辯、按貢獻(xiàn)比例決定的project計(jì)分方法來進(jìn)行有效的小組學(xué)習(xí)考核。

課上的即時(shí)的學(xué)習(xí)討論：課前要求學(xué)生按照事先分好的小組排坐，課上即時(shí)地進(jìn)行小組學(xué)習(xí)討論，這樣學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)需要教師精心選擇，難易和綜合程度要適中，既有一定的挑戰(zhàn)性，又必須讓學(xué)生能夠在短時(shí)間還有駕馭它的可能性，課堂上要求學(xué)生做即時(shí)presentation。例如：可以選擇“555定時(shí)器的原理及應(yīng)用”、“移位寄存器在鍵盤編碼中的應(yīng)用”等內(nèi)容進(jìn)行合作討論式學(xué)習(xí)；學(xué)生即時(shí)討論學(xué)習(xí)之后馬上進(jìn)入presentation階段，這樣做一方面促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，另一方面訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)語言組織和表達(dá)能力；之后教師會(huì)結(jié)合學(xué)生的講解，適當(dāng)點(diǎn)評(píng)并引導(dǎo)學(xué)生如何抓住這部分的理解關(guān)鍵點(diǎn)，教學(xué)實(shí)踐證明：學(xué)生非常需要這方面的指導(dǎo)和專業(yè)訓(xùn)練。

課下循序漸進(jìn)的project設(shè)計(jì)作業(yè)訓(xùn)練：“數(shù)字電子技術(shù)”是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，配套的仿真軟件multisim能夠很好地提供一個(gè)設(shè)計(jì)運(yùn)行平臺(tái)； project作業(yè)先期布置3個(gè)獨(dú)立模塊化的仿真作業(yè)，之后是小型數(shù)字系統(tǒng)project設(shè)計(jì)作業(yè)；小型數(shù)字系統(tǒng)作業(yè)的內(nèi)容有汽車尾燈的控制、打地鼠、電子拔河游戲機(jī)、乒乓球、出租車自動(dòng)計(jì)費(fèi)器等饒有趣味的內(nèi)容，每個(gè)小組自愿分工并選擇完成感興趣的一個(gè)題目。這樣從前期鋪墊到最后的大project作業(yè)，一是讓學(xué)生有個(gè)熟悉軟件的過程，循序漸進(jìn)地掌握設(shè)計(jì)方法，二是讓學(xué)生不斷磨合真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)；3次模塊化仿真作業(yè)教師都會(huì)對(duì)每個(gè)小組進(jìn)行口試，最后一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)作業(yè)，教師和助教會(huì)同班級(jí)所有小組利用課余時(shí)間進(jìn)行答辯，遴選出每個(gè)班級(jí)的前2名，最后集中進(jìn)行答辯。學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力需要有平臺(tái)展現(xiàn)，這個(gè)環(huán)節(jié)促使學(xué)生能夠結(jié)合各自的興趣點(diǎn)有出其不意的表現(xiàn)。

1.2 知識(shí)點(diǎn)推進(jìn)與整合

“數(shù)字電子技術(shù)”的核心內(nèi)容主要有兩部分：組合邏輯電路的設(shè)計(jì)和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)。課程中關(guān)于布爾代數(shù)、邏輯化簡(jiǎn)、與非和或非門電路等內(nèi)容都是為邏輯電路設(shè)計(jì)做鋪墊，因此對(duì)于這些部分的知識(shí)點(diǎn)，我們是根據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模式來進(jìn)行推進(jìn)和整合的：首先給出組合邏輯電路的設(shè)計(jì)任務(wù)(Design Challenge)——軍民聯(lián)歡晚會(huì)自動(dòng)檢票系統(tǒng)邏輯電路的設(shè)計(jì)，軍人持紅票入場(chǎng)，需要查驗(yàn)軍人證件；群眾則持黃票入場(chǎng)，而持綠票者則不論軍人還是群眾都可以入場(chǎng)，要求用任意門電路和只用與非門兩種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)步驟的展開與推進(jìn)，將邏輯化簡(jiǎn)、與非門通用性等知識(shí)點(diǎn)的講解進(jìn)行整合，學(xué)生正確有效地使用這些電路的時(shí)候，就會(huì)清晰地明白知識(shí)點(diǎn)是如何被應(yīng)用在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合，這樣做有助于學(xué)生從整體角度把握各章節(jié)知識(shí)的銜接關(guān)系[3]。另外對(duì)于中規(guī)模集成芯片(譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器)實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的設(shè)計(jì)任務(wù)也采用這種整合方式，例如給出另外一個(gè)組合邏輯電路設(shè)計(jì)任務(wù)：輸血受血類型是否匹配的邏輯檢測(cè)電路，要求用譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)最后的設(shè)計(jì)電路。將譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器能夠?qū)崿F(xiàn)組合邏輯函數(shù)的原理整合在此處進(jìn)行講解，一方面讓學(xué)生了解了中規(guī)模功能芯片不僅可以實(shí)現(xiàn)各自的功能，而且還可以被用來設(shè)計(jì)完成任意組合邏輯函數(shù)，通過這種方式可以大大提高電路的穩(wěn)定可靠性。

1.3 思維導(dǎo)圖的引入

大腦正常的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律是：它在思考問題的時(shí)候，總是先從一個(gè)或者幾個(gè)點(diǎn)出發(fā)，展開聯(lián)想，想到很多相關(guān)的點(diǎn)，再把這些點(diǎn)連接起來，組成一幅完整的圖畫，從而構(gòu)成了一個(gè)完整的思考過程；事實(shí)上大腦的這種運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律完全符合其工作載體——神經(jīng)元細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即從“中心——四周”的模式。思維導(dǎo)圖就是在尊重腦細(xì)胞生理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將零散知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系用圖的方式呈現(xiàn)出來，這種學(xué)習(xí)方法尤其適用于對(duì)專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)[4]。

在教學(xué)實(shí)踐過程中，教師可以對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理采用這種方式，但更重要的關(guān)鍵在于進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)有效利用大腦“中心——四周”的思考模式去解決實(shí)際問題。下面以集成芯片(N進(jìn)制)實(shí)現(xiàn)任意M進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容為例，用思維導(dǎo)圖首先梳理各種可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，見圖1所示。然后以具體的計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)講解如何尋找問題的關(guān)鍵點(diǎn)，從而完成解決任務(wù)的整個(gè)思考過程。這里思維導(dǎo)圖的繪制沒有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的答案，但是需要盡可能滿足：每一層級(jí)的關(guān)鍵詞是按照一定邏輯關(guān)系有序展開的，而且要符合相互獨(dú)立、全部包含的原則。

圖1 集成芯片設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器思維導(dǎo)圖

例如：用74LS163芯片設(shè)計(jì)一個(gè)可控的計(jì)數(shù)器，當(dāng)A=1時(shí)為13進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)A=0時(shí)為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)題目，首先應(yīng)該知道它屬于M

在教學(xué)實(shí)踐中，要求學(xué)生按照小組合作學(xué)習(xí)的方式完成思維導(dǎo)圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)他們主要的困難在于，邏輯關(guān)系不清晰，一會(huì)兒采用芯片的類型原則，一會(huì)兒采用是否級(jí)聯(lián)的原則展開思維導(dǎo)圖，相互獨(dú)立，全部包含的原則使用起來并不那么順暢。但是一旦用思維導(dǎo)圖梳理集成芯片設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)方案和構(gòu)成思路之后，學(xué)生普遍反映似乎找到了知識(shí)的地圖，只要從問題的關(guān)鍵詞出發(fā)，很快就可以定位在地圖的分支上，并且準(zhǔn)確找到解決問題的辦法。

圖2 可控計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

1.4 有效過程控制考核方法

課程考核是課程教學(xué)水平的集中體現(xiàn)。它是評(píng)價(jià)課程教學(xué)質(zhì)量的重要手段，對(duì)課程建設(shè)具有引導(dǎo)和約束的作用[5]。通常國(guó)外的高等教學(xué)管理體系實(shí)行的是過程控制，而非簡(jiǎn)單的目標(biāo)控制，這種管理理念在課程考核方式上體現(xiàn)得特別明顯，每門課程要求學(xué)生在平時(shí)有一定的學(xué)習(xí)積累，最終的考核成績(jī)并不是只由一次結(jié)業(yè)考試來決定，平時(shí)的測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、期中考試、project還有高年級(jí)的presentation、期末考試都是最終成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的一部分，這樣的考核體系設(shè)置支持和督促了學(xué)生從頭至尾的踏實(shí)認(rèn)真、無僥幸心理的學(xué)習(xí)態(tài)度，也持續(xù)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。目前國(guó)內(nèi)的課程教學(xué)管理思想大都為目標(biāo)控制，基本上依據(jù)最后一次的結(jié)業(yè)考試來決定考核成績(jī)，即使有平時(shí)成績(jī)，一般占總成績(jī)的比重也不會(huì)超過30%，期末考試占的比重還是很大，造成學(xué)生平時(shí)不用心學(xué)，單靠最后突擊應(yīng)付的壞習(xí)慣。借鑒國(guó)外合理的評(píng)價(jià)方式，我們將過程控制的思想引入“數(shù)字電子技術(shù)”全英文課程的教學(xué)體系，而且對(duì)于小組合作學(xué)習(xí)也摸索出了一套比較合理的考核評(píng)價(jià)方式：平時(shí)作業(yè)占10%、3次小Project占15%、1次大project占15%、期末考試占60%，應(yīng)該說絕大多數(shù)認(rèn)真學(xué)習(xí)的學(xué)生都是支持這種考核方式的。對(duì)于3次project，教師均安排有對(duì)每個(gè)小組的口試，事先要求每個(gè)小組保證每位成員都對(duì)project熟悉，最后參加口試的成員是口試前隨機(jī)指定的，他的口試情況決定了整個(gè)小組的得分，通過這樣的方式可以督促學(xué)生進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的小組學(xué)習(xí)，而不是流于形式。 對(duì)于最后1次大project，每個(gè)班級(jí)組織答辯，以小組為單位進(jìn)行客觀公正地評(píng)分，教師和助教會(huì)參與其中；這個(gè)環(huán)節(jié)要求每個(gè)成員誠(chéng)實(shí)地簽字確認(rèn)自己在小組中的貢獻(xiàn)比例，根據(jù)付出多少計(jì)算大project的得分情況。經(jīng)過幾屆學(xué)生的反饋，大家還是普遍認(rèn)可這種有效的考核評(píng)價(jià)方式。

1.5 課程體系的執(zhí)行效果

我校融合國(guó)外教學(xué)元素的“數(shù)字電子技術(shù)”全英文課程教學(xué)體系的建設(shè)是有一個(gè)過程的：小組合作學(xué)習(xí)只完成大project是從2011年開始；之后2014年加入3次獨(dú)立模塊仿真作業(yè)并進(jìn)行每組口試；任務(wù)驅(qū)動(dòng)整合知識(shí)點(diǎn)2015年進(jìn)入教學(xué)環(huán)節(jié)；小組合作學(xué)習(xí)即時(shí)討論和思維導(dǎo)圖環(huán)節(jié)2016年執(zhí)行。

經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，相比傳統(tǒng)的教學(xué)模式，新的課程體系首先激活了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)課程的積極性，特別是即時(shí)討論環(huán)節(jié)，每次學(xué)生都會(huì)問：需要按小組形式上課嗎？學(xué)生有了積極主動(dòng)的能力，學(xué)好這門課程就是水到渠成的自然結(jié)果。課程體系建設(shè)經(jīng)過幾年的積累，涌現(xiàn)出了一大批學(xué)生自發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品：定時(shí)炸彈、坦克大戰(zhàn)、節(jié)奏大師、游樂園、汽車航道賽車等，從每年學(xué)生作品質(zhì)量不斷提升可以了解到，這些教學(xué)元素深受學(xué)生認(rèn)可，學(xué)生對(duì)“數(shù)字電子技術(shù)”課程體系有很高的滿意度。相比過去，學(xué)生成績(jī)最大的變化是不及格的比例越來越少，平均分和最高分因?yàn)槊繉脤W(xué)生試卷難易度不同，這里不作為可比數(shù)據(jù)。

2 結(jié)語

將國(guó)外先進(jìn)的課堂元素——合作學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、思維導(dǎo)圖融入“數(shù)字電子技術(shù)”全英文課程的實(shí)踐中，不僅改變了傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，訓(xùn)練了科學(xué)的思維方式，也讓學(xué)生較為系統(tǒng)地體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)。我們經(jīng)過幾年的教學(xué)探索發(fā)現(xiàn)，新的課程體系也存在著一些困難和問題：比如學(xué)生的規(guī)模問題；即時(shí)討論的小組合作學(xué)習(xí)模式還需要嘗試更有挑戰(zhàn)性的方式，而不僅僅局限在固定知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)；每一次仿真作業(yè)都要安排口試，教師的工作量非常大等等。但是，開展系統(tǒng)有效合作學(xué)習(xí)模式、堅(jiān)持任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)理念、實(shí)施過程控制考核、應(yīng)該要堅(jiān)持下去，因?yàn)閷W(xué)生在其中的受益將會(huì)對(duì)他們今后的職業(yè)生涯起到重要的積淀作用。