朱慧博?李海霞?石魯生

摘 要：目前，數(shù)字邏輯電路課程網(wǎng)絡(luò)資源利用不夠充分，教學(xué)方式單一，缺少過程性考核和綜合能力考核。課題組通過搭建SPOC教學(xué)的軟硬件環(huán)境，打造新的包含課前、課中、課后和課外的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，在教學(xué)實(shí)施階段融合軟件仿真、在線搶答等多種教學(xué)方法，增加綜合實(shí)踐項(xiàng)目模塊，設(shè)計(jì)并采用與之配套的綜合考核方案。實(shí)際教學(xué)效果顯示，新的教學(xué)設(shè)計(jì)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：SPOC;數(shù)字邏輯電路;教學(xué)設(shè)計(jì);網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

中圖分類號：G4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2096-0069（2020）02-0050-04

收稿日期：2019-08-18

作者簡介：朱慧博（1979— ），女，江蘇泗洪人，副教授，碩士，研究方向?yàn)榻虒W(xué)與課程、虛擬儀器測量技術(shù);李海霞（1983— ），女，山東濰坊人，講師，博士研究生，研究方向?yàn)榘雽?dǎo)體器件;石魯生（1978— ），男，江蘇宿遷人，副教授，碩士，研究方向?yàn)榻虒W(xué)與課程、安全數(shù)據(jù)庫。

前言

教育部積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展，教技〔2018〕16號文件《關(guān)于加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)與應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出學(xué)校利用空間創(chuàng)新課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題和創(chuàng)新能力的要求[1]。“數(shù)字邏輯電路”作為計(jì)算機(jī)類和電子信息類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)能力[2]。對于此類理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，如何有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，開展SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程）教學(xué)，課題組在教學(xué)過程中進(jìn)行了改革和嘗試。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程教學(xué)與SPOC教學(xué)環(huán)境時(shí)空分離

SPOC教學(xué)強(qiáng)調(diào)利用網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境進(jìn)行教學(xué)活動，而“數(shù)字邏輯電路”課程的傳統(tǒng)教學(xué)，主要在教室使用板書或PPT講授理論，在實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教學(xué)過程中教師不具備及時(shí)有效進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)評測和統(tǒng)計(jì)反饋的條件，耗時(shí)耗力打造的資源豐富的SPOC教學(xué)環(huán)境僅成為一種提供在線作業(yè)和考試的工具，學(xué)生參與度低，本應(yīng)成為推進(jìn)教師課堂教學(xué)改革和提升教學(xué)質(zhì)量的有效工具與手段，卻變成食之無味、棄之可惜的雞肋。

（二）教學(xué)方式單一，學(xué)生積極性差

傳統(tǒng)理論教學(xué)偏重于芯片原理的講解，加之受到學(xué)時(shí)和設(shè)備的限制，教師少有演示應(yīng)用，學(xué)生難有動手實(shí)踐，常常只是長時(shí)間被動聽課，學(xué)生注意力容易分散;實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到時(shí)間和空間的限制，開設(shè)的大部分都是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動手不動腦[3]，缺少挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果，學(xué)生積極性不高，綜合實(shí)踐能力鮮有提升。

（三）考核方式單調(diào)，缺少過程性考核和綜合能力考核

傳統(tǒng)的課程考核成績由期末考試成績和平時(shí)成績構(gòu)成，期末考試大多強(qiáng)調(diào)重要知識點(diǎn)的記憶，對學(xué)生創(chuàng)新能力的考查不足;平時(shí)成績主要由考勤、作業(yè)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告等三部分來決定，過程性考核不足。為了應(yīng)對考試，大部分學(xué)生只會死記硬背書本上的理論知識，沒有創(chuàng)新意識，偏離了培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生綜合實(shí)踐能力的初衷[4]。

二、SPOC環(huán)境下課程的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）SPOC教學(xué)設(shè)計(jì)方案

SPOC環(huán)境下課程總體教學(xué)設(shè)計(jì)方案中，預(yù)先建立授課班級，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源。課前，教師利用SPOC教學(xué)環(huán)境，布置學(xué)生觀看課程視頻，預(yù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容;課中，突破理論課與實(shí)驗(yàn)課界限，教師在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室利用多種教學(xué)法完成全部理論和教學(xué)工作;課后，教師根據(jù)SPOC教學(xué)平臺對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果，優(yōu)化課前教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)課中教學(xué)過程，進(jìn)行教學(xué)反芻;課外，學(xué)生利用SPOC中PBL（Project-Based Learning，項(xiàng)目式教學(xué)）模塊自行選題分組，在教師指導(dǎo)下，利用開放實(shí)驗(yàn)室完成興趣能力拓展綜合實(shí)踐項(xiàng)目。

（二）SPOC教學(xué)設(shè)計(jì)中的重難點(diǎn)

在SPOC教學(xué)過程中，如何創(chuàng)造適宜的教學(xué)條件是前提，也是重點(diǎn)。首先，網(wǎng)絡(luò)資源創(chuàng)建時(shí)，必須考慮如何應(yīng)對學(xué)生不同方面、不同層次的需求，將網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建成教學(xué)雙方的紐帶，成為雙方用起來都得心應(yīng)手的工具。其次，建立網(wǎng)絡(luò)資源后，如何使其在課堂中得以高效應(yīng)用，提升教學(xué)效果，如何應(yīng)用多種教學(xué)方式開展混合式教學(xué)，保持學(xué)生的課堂參與率，這都需要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，是實(shí)施過程中的難點(diǎn)。最后，如何保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程的生命力，為后續(xù)專業(yè)課程輸送有創(chuàng)新能力的學(xué)生，是對教師教學(xué)能力的持久挑戰(zhàn)。

三、 SPOC環(huán)境下課程教學(xué)的實(shí)施

（一） SPOC教學(xué)軟硬環(huán)境創(chuàng)建

（1）模糊理論課與實(shí)驗(yàn)課空間上的界限，打造SPOC教學(xué)實(shí)施的硬條件。學(xué)校大部分的實(shí)驗(yàn)室都具備電腦等硬件設(shè)備和一定的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境。這些實(shí)驗(yàn)室同時(shí)配備了黑板、投影等傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備，這使得將理論教學(xué)全部搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，打破理論和實(shí)驗(yàn)課界限成為可能。

（2）建設(shè)和遴選網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，打造SPOC教學(xué)實(shí)施的軟條件。在學(xué)校超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上建設(shè)“數(shù)字邏輯電路”網(wǎng)絡(luò)課程，上傳教學(xué)大綱、電子教案、教學(xué)課件、教學(xué)周歷、參考書目，創(chuàng)建章節(jié)過關(guān)練習(xí)和分階段自測題等基本教學(xué)資源。平臺中同時(shí)鏈接了其他高校的優(yōu)質(zhì)MOOC資源，學(xué)生可以根據(jù)不同教師的教學(xué)角度、不同層次高校的教學(xué)深度，結(jié)合自身的需求選擇自學(xué)。平臺中，同時(shí)掛載教師自制微視頻，時(shí)長通常都在5—15分鐘，小而精，內(nèi)容上涉及的都是課程主要知識點(diǎn)的講解和應(yīng)用，也有往屆學(xué)生的實(shí)際項(xiàng)目調(diào)試視頻。這些資料可幫助學(xué)生自學(xué)或者課下溫習(xí)未掌握的知識點(diǎn)，培養(yǎng)對實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)的感官認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，增加課程學(xué)習(xí)的自信心。

（3）創(chuàng)建課程特色資源。為增強(qiáng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)大課堂有效知識容量，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提前預(yù)備了大量的EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）仿真實(shí)例和網(wǎng)絡(luò)平臺上的各類教學(xué)活動。EDA實(shí)例普遍針對性強(qiáng)，有成品實(shí)例也有半成品實(shí)例。成品實(shí)例主要用于演示理論課中比較抽象、晦澀難懂的知識點(diǎn)和一些需要重點(diǎn)掌握的基礎(chǔ)芯片，如三態(tài)門應(yīng)用電路（展示使能和高阻態(tài)效果）和計(jì)數(shù)器應(yīng)用電路（展示其工作原理）等。半成品實(shí)例，指的是放置了基本器件的未完成電路，用以節(jié)省課堂講授時(shí)間，方便學(xué)生快速搭建、調(diào)試。為保證教學(xué)過程的有效開展，方便后續(xù)教學(xué)反饋和考核，網(wǎng)絡(luò)平臺上提供了豐富多彩的課堂活動，如簽到、分組、選人、搶答、測驗(yàn)、討論等。

（4）建立綜合實(shí)踐PBL項(xiàng)目庫，創(chuàng)建興趣拓展模塊。綜合實(shí)踐PBL項(xiàng)目庫中的項(xiàng)目一部分由教師根據(jù)教學(xué)要求精心設(shè)計(jì)，如電子密碼鎖、汽車尾燈控制器和多功能數(shù)字鐘等;另一部分由學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和自身興趣創(chuàng)建，如加減計(jì)算器、模擬電子蠟燭和電子轉(zhuǎn)盤等。實(shí)施同一項(xiàng)目的同學(xué)可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上傳共享資料，相互之間展開課題討論，實(shí)現(xiàn)思維碰撞。教師還鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)建新項(xiàng)目，經(jīng)教師審核后放入項(xiàng)目庫，因此，項(xiàng)目庫在教學(xué)過程中得以不斷更新、擴(kuò)充。在興趣拓展模塊中放置了一些對學(xué)生縱深發(fā)展有幫助的文獻(xiàn)、資料或網(wǎng)絡(luò)資源，如各種仿真軟件安裝包、各類芯片介紹、硬件描述語言學(xué)習(xí)資料、微電子和單片機(jī)等方向的資料等。

（二）SPOC教學(xué)實(shí)施過程

（1）課前，學(xué)生完成在SPOC教學(xué)平臺上教師提前布置的作業(yè)和預(yù)習(xí)視頻，通過預(yù)習(xí)過關(guān)練習(xí)，教師做好信息的整理工作，根據(jù)反饋信息，精心準(zhǔn)備課程的理論教學(xué)PPT、仿真實(shí)例演示和課堂活動。

（2）課中，教師首先利用SPOC教學(xué)平臺進(jìn)行考勤，然后簡單復(fù)習(xí)上次課的主要內(nèi)容并講解、展示作業(yè)和過關(guān)練習(xí)中的典型錯(cuò)誤，最后引入新課。新知識教學(xué)是課堂教學(xué)中的主要環(huán)節(jié)，也是教師需要重點(diǎn)把握和考核的一個(gè)環(huán)節(jié)。一次優(yōu)秀的授課需要具備激發(fā)興趣、傳授知識、引發(fā)思考這三個(gè)特性。譬如在講解“三態(tài)門”工作原理時(shí)，學(xué)生對“使能端”和“高阻態(tài)”常表示很困惑，此時(shí)可以選用低電平有效的74LS125芯片和函數(shù)發(fā)生器以及PROBE小燈搭建一個(gè)簡單EDA仿真電路來幫助學(xué)生理解。通過教師演示、講解和學(xué)生動手操作、觀察74LS125芯片的使能端輸入函數(shù)發(fā)生器輸入與PROBE小燈亮滅的關(guān)系，再延伸到其他芯片如74LS126，使得學(xué)生感受直觀、印象深刻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。

（3）課后，除完成作業(yè)外，學(xué)生還需要根據(jù)教師要求進(jìn)行必要的預(yù)習(xí)。教師通過對學(xué)生完成情況的反饋統(tǒng)計(jì)，了解學(xué)生的掌握情況和教學(xué)效果，從而進(jìn)一步優(yōu)化課前教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)課中教學(xué)過程，進(jìn)行教學(xué)反芻，從而形成整個(gè)教學(xué)過程的閉環(huán)。課程中有些知識點(diǎn)如卡諾圖化簡、時(shí)序邏輯電路分析等，可能不方便在SPOC教學(xué)平臺進(jìn)行展示，可將紙質(zhì)作業(yè)和網(wǎng)絡(luò)作業(yè)混合使用。

（4）課外，學(xué)生可自行選擇加入SPOC教學(xué)平臺的PBL項(xiàng)目庫中已有的項(xiàng)目或創(chuàng)建新項(xiàng)目。項(xiàng)目大多是與本專業(yè)需求相關(guān)，綜合了課程的主要知識點(diǎn)，但更具復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性的綜合實(shí)踐項(xiàng)目。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中通常會用到一些教學(xué)中并未提及的芯片，需要學(xué)生自行查找資料，研究芯片功能，設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行軟件仿真，最后用實(shí)驗(yàn)箱搭建實(shí)際電路加以驗(yàn)證。學(xué)生獨(dú)立完成項(xiàng)目雖然有較大難度，但有學(xué)校硬件條件做保障，只要投入足夠的時(shí)間和精力，絕大部分同學(xué)都可以達(dá)成目標(biāo)。通過設(shè)計(jì)、搭建一個(gè)小型數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)，學(xué)生可以展示自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，電路設(shè)計(jì)、調(diào)試以及錯(cuò)誤排查過程，鍛煉了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識獨(dú)立解決實(shí)際問題的綜合能力。

四、SPOC環(huán)境下課程的考核方案

課程考核方案應(yīng)保持與教學(xué)設(shè)計(jì)的一致性，加大對課堂教學(xué)過程質(zhì)量的監(jiān)控和學(xué)生綜合實(shí)踐能力的考查。期末考試仍然采用傳統(tǒng)的閉卷紙質(zhì)試卷形式，占總評成績的50%，考核內(nèi)容主要是基本原理、方法和重要知識點(diǎn)的掌握與應(yīng)用。平時(shí)成績占總評成績的30%，主要由SPOC教學(xué)平臺任務(wù)點(diǎn)的完成情況、考勤簽到情況、課堂互動以及作業(yè)完成質(zhì)量等來綜合評定，其中課堂互動與作業(yè)完成質(zhì)量占比較高，以此來激勵(lì)學(xué)生，提高課堂活躍度，提升課程教學(xué)效果。興趣能力拓展綜合實(shí)踐項(xiàng)目成績占總評成績的20%，該部分主要根據(jù)學(xué)生完成的PBL項(xiàng)目工作量及設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣、搭建電路的功能演示和項(xiàng)目最終報(bào)告等部分情況進(jìn)行綜合評定。

五、教學(xué)效果

實(shí)踐證明，通過在SPOC教學(xué)環(huán)境下，實(shí)施上述“數(shù)字邏輯電路”課程的教學(xué)改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，一部分學(xué)生從最初抵觸教師布置預(yù)習(xí)作業(yè)，到主動完成SPOC網(wǎng)絡(luò)平臺中的一些任務(wù)，以期可以在課堂搶答等環(huán)節(jié)中獲得更加突出的表現(xiàn)。大部分學(xué)生愿意投入更多時(shí)間和精力去進(jìn)行個(gè)性化的“綜合實(shí)踐項(xiàng)目”設(shè)計(jì)，不但獲得了更高的創(chuàng)新分?jǐn)?shù)，還加深了對相關(guān)知識點(diǎn)的理解。同時(shí)，學(xué)生對新事物、新知識的資料搜索能力、研判能力等個(gè)體能力都有所提升，其自信心得到提升，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā)，對各種相關(guān)專業(yè)技能競賽的關(guān)注度與參與度大大增強(qiáng)。實(shí)踐還表明，改革后班級學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、競爭意識明顯增強(qiáng)，同學(xué)關(guān)系進(jìn)一步融洽，學(xué)生愿意與同組其他同學(xué)以及老師交流設(shè)計(jì)方案，對團(tuán)隊(duì)的成績十分看重。

教師層面，改革后的教學(xué)過程中學(xué)生新主意、新想法不斷涌現(xiàn)，擴(kuò)大了教師的視野，也對教師提出了更高的能力要求，有力地促進(jìn)了教師的發(fā)展。此外，帶反饋的教學(xué)閉環(huán)，促進(jìn)了良好的師生交流，也拉近了教師和學(xué)生的關(guān)系。

六、結(jié)語

為響應(yīng)教育部《關(guān)于加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)與應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，課題組將數(shù)字邏輯電路課程的理論與實(shí)踐教學(xué)全部搬入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，不斷豐富SPOC教學(xué)平臺中的各類資源并充分利用這些資源，采用新的課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案，融合多種教學(xué)方式，形成包括課前、課中、課后、課外在內(nèi)的帶反饋的教學(xué)閉環(huán)。通過加大課堂教學(xué)過程的考核，增添“綜合實(shí)踐項(xiàng)目”考核，設(shè)計(jì)并采用了與課程教學(xué)過程相匹配的課程考核方案。改革后的課程教學(xué)方案實(shí)施效果良好，從實(shí)際教學(xué)反饋來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性、文獻(xiàn)資料獨(dú)立檢索能力、實(shí)踐動手能力等有較大幅度提升，但如何進(jìn)一步充分發(fā)揮配套網(wǎng)絡(luò)資源和PBL項(xiàng)目庫的作用，如何進(jìn)一步細(xì)化過程性考核的評定細(xì)則等，還需在以后的實(shí)施過程中不斷加以優(yōu)化和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯 孫志莉 孫興麗）

Abstract： At present，the utilization of the online resources of digital logic circuit course is not enough，teaching mode is single，and it lacks process assessment and comprehensive competency assessment.Through the establishment of the environment of software and hardware of SPOC teaching，our research group has made a before class，in class，after class，and outside class teaching design plan.In the period of teaching practice，many kinds of teaching methods have been integrated like software simulation，online answer，etc.Comprehensive practice program module has been added，and the matching comprehensive assessment plan has been designed and adopted.The actual teaching effect shows that new teaching design helps to improve studentslearning activity and practice studentscomprehensive practice abilities.

Key words： SPOC;digital logic circuit;teaching design;online teaching