彭丹,尹浩,朱善林
(1.海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院,湖北 武漢; 2.海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院,湖北 武漢)
“互聯(lián)網(wǎng)+”是指依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度融合,以優(yōu)化行業(yè)要素、更新行業(yè)體系、重構(gòu)行業(yè)模式等途徑來完成行業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)[1],它不僅對(duì)我們的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了重大影響,同時(shí)也引發(fā)了高等教育領(lǐng)域的重大變革與創(chuàng)新。教育部多次提出要積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展,促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合,加快推進(jìn)人才培養(yǎng)模式變革,重構(gòu)教育教學(xué)生態(tài)。海軍工程大學(xué)作為海軍重要的高等教育學(xué)府,一直以培養(yǎng)海軍未來的建設(shè)者和領(lǐng)導(dǎo)者作為首要目標(biāo),如何在信息化浪潮中利用信息技術(shù)來培養(yǎng)高質(zhì)量的信息化綜合素質(zhì)人才已成為軍隊(duì)院校當(dāng)下所面對(duì)的重大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
電子技術(shù)類課程作為銜接科學(xué)文化課與首次任職課的重要專業(yè)背景課,在整個(gè)人才培養(yǎng)體系中起著 “承上啟下”的重要作用,是學(xué)員從理論思維模式轉(zhuǎn)向工程實(shí)踐思維模式的重要節(jié)點(diǎn)。課程具有基礎(chǔ)性較強(qiáng)、深度融合EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)、與工程實(shí)踐結(jié)合緊密等特點(diǎn),而傳統(tǒng)課堂教學(xué)主要存在以下幾方面問題:
(1)教學(xué)互動(dòng)淺層化形式化。課堂教學(xué)多注重基本概念、基本原理、基本功能等理論知識(shí)的單向傳遞,教員與學(xué)員以及學(xué)員與學(xué)員之間主要是以問答形式為主的淺層互動(dòng),缺乏高質(zhì)量的多向信息交互,導(dǎo)致學(xué)員容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)倦怠感,課堂參與度不高。
(2)學(xué)員對(duì)電路參數(shù)與功能理解不深,缺乏電路的設(shè)計(jì)與制作能力。電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、軍事等各個(gè)領(lǐng)域,電路的應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng),而在傳統(tǒng)教學(xué)中,學(xué)習(xí)活動(dòng)是以教師為主體的理論知識(shí)的講授,學(xué)習(xí)環(huán)境缺少創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái),容易導(dǎo)致學(xué)員并不了解所學(xué)電路參數(shù)的實(shí)際意義,對(duì)電路功能理解不深,更缺乏電路的設(shè)計(jì)與制作能力。
(3)聚焦學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的方法手段不夠。電子技術(shù)類課程的學(xué)習(xí)是學(xué)員在未來任職崗位中管理、維修、運(yùn)用電子信息裝備的重要基礎(chǔ)保障,聚焦學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)“為戰(zhàn)育人”新時(shí)代軍事教育方針的重要著力點(diǎn) ,在傳統(tǒng)教學(xué)中,學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)缺乏具體手段,學(xué)員創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)主要靠線下實(shí)驗(yàn)實(shí)踐來完成,而軍校學(xué)員由于學(xué)習(xí)訓(xùn)練的特殊性,在時(shí)間和場(chǎng)地上存在一定的限制,因此需要更多的方法手段來保障學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
(4)考核評(píng)價(jià)機(jī)制單一且缺乏科學(xué)性和高效性。電子技術(shù)類課程面向全校所有工程類專業(yè),多為大班教學(xué),面向全體學(xué)員的過程性考核難以做到形式多樣,多以測(cè)試、作業(yè)為主,考核評(píng)價(jià)要素單一、機(jī)制不全,且在實(shí)施過程中缺乏科學(xué)性和高效性。
“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得知識(shí)的傳遞和獲取更加靈活、便捷和多樣化,在線學(xué)習(xí)資源、智慧化教學(xué)工具與線下課堂有機(jī)融合所形成的“互聯(lián)網(wǎng)+”混合式教學(xué)模式改變了原有的知識(shí)呈現(xiàn)方式、教學(xué)組織形式、教學(xué)評(píng)價(jià)管理以及教學(xué)臨場(chǎng)感[2-3],為傳統(tǒng)教學(xué)所存在的問題提供了解決方案:
(1)基礎(chǔ)類課程的線上學(xué)習(xí)資源豐富,部分理論知識(shí)的學(xué)習(xí)可以安排學(xué)員線上自學(xué)完成,在培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的同時(shí)使學(xué)員在進(jìn)入課堂前能產(chǎn)生一定的知識(shí)困惑,學(xué)員的課堂學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)興趣就加強(qiáng)了,課堂教學(xué)以任務(wù)+ 問題驅(qū)動(dòng)為主,可以設(shè)計(jì)限時(shí)練習(xí)、小組任務(wù)、問題研討、匯報(bào)展示等不同形式的學(xué)習(xí)活動(dòng),為師生交互和生生交互提供情境和渠道;課堂環(huán)境融入移動(dòng)智能終端,豐富課堂互動(dòng)形式、增加有效互動(dòng),例如在課堂學(xué)習(xí)中利用雨課堂的彈幕、投稿、限時(shí)練習(xí)等功能使師生交互方便、快捷、有效,教員可以獲得學(xué)員學(xué)習(xí)效果的及時(shí)反饋 、學(xué)員可以獲得同伴學(xué)習(xí)效果的實(shí)時(shí)反饋,課堂激發(fā)出更多活力,使學(xué)員具有更高的課堂參與度。
(2)以真實(shí)的生活和軍事應(yīng)用實(shí)例作為引入,以電子電路的設(shè)計(jì)制作為任務(wù)驅(qū)動(dòng),按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思路進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)、原理、參數(shù)、功能的遞進(jìn)式學(xué)習(xí),并在各個(gè)部分強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn),基于工程實(shí)際進(jìn)行理論學(xué)習(xí),確保學(xué)員對(duì)電子電路的理解不浮于表面,深入理解電路特性和參數(shù);同時(shí)以思維開發(fā)為經(jīng)、以動(dòng)手實(shí)踐為緯,設(shè)計(jì)問題研討、方案匯報(bào)、電路仿真、DIY實(shí)踐等不同維度的學(xué)習(xí)活動(dòng),從知識(shí)、能力、思維、素質(zhì)不同層面對(duì)學(xué)員進(jìn)行全方位鍛煉,提高學(xué)員的高階素養(yǎng)。通過引入口袋實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)等形式多樣的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái),豐富學(xué)員的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境,為學(xué)員課前、課中、課后全周期的動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)創(chuàng)設(shè)條件,以平臺(tái)為基礎(chǔ)、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng),通過系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐設(shè)計(jì),加強(qiáng)學(xué)員的電路設(shè)計(jì)與制作能力。
(3)混合式教學(xué)中的線上學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),以學(xué)習(xí)目標(biāo)為牽引,通過學(xué)習(xí)視頻、自測(cè)題以及考核評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì),可以為學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)創(chuàng)設(shè)環(huán)境和方式,另外,通過布置一些拓展性和實(shí)踐性學(xué)習(xí)任務(wù),可以有效鍛煉學(xué)員搜集和查閱資料的能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力;信息技術(shù)所衍生出的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等多樣化的線上實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方式可以解決時(shí)間和空間限制對(duì)軍校學(xué)員帶來的影響,豐富學(xué)員的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng),為創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供更多方法和手段,線上實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過程同時(shí)還可以提高學(xué)員的信息化素養(yǎng)。
(4)智慧教學(xué)工具可以提供諸如限時(shí)練習(xí)、小組任務(wù)、投稿展示等形式多樣的過程性考核,且自動(dòng)收集考核數(shù)據(jù),為學(xué)員課前、課中、課后全流程的學(xué)習(xí)提供精細(xì)化、可視化、便捷化的考核評(píng)價(jià),使考核評(píng)價(jià)更加科學(xué)、客觀、高效[4]。
電子技術(shù)類課程混合式教學(xué),以核心目標(biāo)為導(dǎo)向,從學(xué)習(xí)活動(dòng)、教學(xué)交互、考核評(píng)價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),在線上與線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境中為學(xué)員創(chuàng)建真正高度參與性的、個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。下面以電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的555 構(gòu)成的多諧振蕩器為例進(jìn)行介紹。
555 構(gòu)成的多諧振蕩器是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程第九章中規(guī)模信號(hào)產(chǎn)生與變換電路中的內(nèi)容,此時(shí)學(xué)員已經(jīng)掌握了基本的模擬電子電路和數(shù)字電子電路。555 構(gòu)成的多諧振蕩器教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)員在知識(shí)層面了解555 定時(shí)器的功能以及555 構(gòu)成多諧振蕩器的工作原理,并學(xué)會(huì)分析多諧振蕩器的應(yīng)用電路,在能力層面具備多諧振蕩器應(yīng)用電路的仿真、設(shè)計(jì)、制作能力,在思維層面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的批判性思維以及運(yùn)用已有知識(shí)分析和解決問題的思維能力,在素質(zhì)層面培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持不懈、不斷探索的精神素養(yǎng)?;谝陨辖虒W(xué)目標(biāo),設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)和教學(xué)交互,再采取適當(dāng)?shù)目己嗽u(píng)價(jià)方式,開展混合式教學(xué),混合式教學(xué)總體架構(gòu)如圖1 所示。
圖1 555 構(gòu)成的多諧振蕩器混合式教學(xué)架構(gòu)
線上學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是混合式教學(xué)的重要組成部分,它可以使學(xué)員具有更多的學(xué)習(xí)選擇,承擔(dān)更多的學(xué)習(xí)職責(zé),鍛煉學(xué)員的學(xué)習(xí)決策能力、實(shí)施計(jì)劃的能力、反思及評(píng)估學(xué)習(xí)過程的能力。要使線上學(xué)習(xí)過程達(dá)到預(yù)期的效果,必須進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的線上學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)內(nèi)容上,按照布魯姆認(rèn)知模型,記憶理解型內(nèi)容難度相對(duì)較小,適合學(xué)員線上自學(xué)完成;以本課例為例,555 定時(shí)器的內(nèi)部電路是由前面所學(xué)習(xí)過的基本單元電路構(gòu)成,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在了解工作原理后,555 定時(shí)器的功能可通過口訣記憶,故這兩部分內(nèi)容安排學(xué)員線上自學(xué)完成。在學(xué)習(xí)模式上,以任務(wù)驅(qū)動(dòng)和問題引導(dǎo)為主,通過雨課堂發(fā)布課前學(xué)習(xí)課件,其中包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、問題引入、學(xué)習(xí)視頻、線上測(cè)試和拓展性學(xué)習(xí)材料,首先通過學(xué)習(xí)目標(biāo)明確學(xué)習(xí)要求、量化學(xué)習(xí)行為,然后以設(shè)問形式(555定時(shí)器是從1971 年被研發(fā)出來后一直沿用到現(xiàn)在產(chǎn)量還極高的芯片,它到底具有什么功能能應(yīng)用如此廣泛?)引發(fā)學(xué)員思考,學(xué)習(xí)視頻介紹具體學(xué)習(xí)內(nèi)容,再通過自測(cè)題使學(xué)員能及時(shí)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題并形成反饋,自主測(cè)評(píng)可以有效促進(jìn)學(xué)員的自我監(jiān)控和自我評(píng)估,最后加入拓展性學(xué)習(xí)材料,通常為科技前沿相關(guān)視頻,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性,拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度。在課前學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生和教師可以通過雨課堂留言、討論區(qū)、微信等進(jìn)行互動(dòng),雨課堂會(huì)記錄學(xué)生的課前學(xué)習(xí)行為和答題情況,形成詳細(xì)的預(yù)習(xí)數(shù)據(jù),方便教師掌握學(xué)生的課前自學(xué)情況,教師可以根據(jù)雨課堂提供的數(shù)據(jù)對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)而科學(xué)地調(diào)整。
課堂學(xué)習(xí)是提升學(xué)生高階能力素養(yǎng)的核心地帶,通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、開展交互式學(xué)習(xí)活動(dòng)、實(shí)施增強(qiáng)型教學(xué)遞進(jìn),可以有效地增強(qiáng)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),提高學(xué)生的主動(dòng)參與意識(shí),促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層次理解和意義建構(gòu),給予學(xué)生積極的學(xué)習(xí)情感體驗(yàn)[5-6]。
(1)課前回顧,案例引入
首先以師問生答的形式對(duì)555 定時(shí)器的功能進(jìn)行回顧,可以設(shè)計(jì)知識(shí)搶答或者是雨課堂的隨機(jī)選人活動(dòng),在進(jìn)行知識(shí)溫習(xí)的同時(shí)還可以快速將學(xué)生帶入學(xué)習(xí)情境,活潑課堂氛圍。然后以軍事中常見的火炮自動(dòng)跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)作為案例,火炮隨動(dòng)系統(tǒng)是通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制火炮的轉(zhuǎn)動(dòng),而電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)主要是由加載在電機(jī)上的電壓決定的,在一定條件下,電壓越高,電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快,占空比不同的矩形波輸出電壓的平均值是不一樣的,而如果要實(shí)現(xiàn)火炮在不同方向的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)就要有占空比連續(xù)可調(diào)的矩形波來控制,由此提出本節(jié)課的關(guān)鍵性問題,如何產(chǎn)生占空比連續(xù)可調(diào)的矩形波?
(2)由淺入深,多元交互
多諧振蕩器就是產(chǎn)生矩形波的電路,根據(jù)案例的需求,首先要引導(dǎo)學(xué)生用555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器。在電子電路的學(xué)習(xí)過程中,帶著學(xué)生從熟悉的器件出發(fā),一步一步去構(gòu)成完整的電路比直接把電路呈現(xiàn)出來更能使學(xué)生理解電路的結(jié)構(gòu)和工作原理,同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)去解決實(shí)際問題的思維能力。在電路構(gòu)成過程中,由555 定時(shí)器的功能和輸出為矩形波兩個(gè)已知條件,可以分析得到555 定時(shí)器的2 腳和6 腳的電壓一直處于變化狀態(tài),而且這種變化不是外加輸入信號(hào)帶來的,而是電路自動(dòng)產(chǎn)生的,于是設(shè)置問題1:如何才能實(shí)現(xiàn)這種電壓自動(dòng)變化的過程?
在課堂學(xué)習(xí)初期,創(chuàng)設(shè)交互式學(xué)習(xí)環(huán)境,有利于學(xué)生快速投入到課堂學(xué)習(xí)中,提高學(xué)習(xí)吸引力和學(xué)習(xí)專注度,就問題1 設(shè)計(jì)思考并進(jìn)行小組討論的學(xué)習(xí)活動(dòng),小組成員相互交換意見,然后教師進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié):在熟悉的電路元件中,電容的充放電過程可以實(shí)現(xiàn)電壓的自動(dòng)變化。得出了關(guān)鍵性的電容后,很快就可以搭建出完成的多諧振蕩器電路。得出電路后,利用口袋實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路演示,使學(xué)生對(duì)電路的理解不局限于理論層面而是切身感受電路的實(shí)際功能,達(dá)到所學(xué)即所見的效果。通過口袋實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這樣一個(gè)電路可以自行振蕩產(chǎn)生矩形波,接下來就分析它能夠產(chǎn)生振蕩的工作原理。在分析過程中,輸出矩形波周期和占空比的計(jì)算是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容1,可以設(shè)置雨課堂限時(shí)練習(xí),教員可以得到學(xué)生學(xué)習(xí)效果的及時(shí)反饋,學(xué)生在檢驗(yàn)自己學(xué)習(xí)成效的同時(shí)還能了解其他同學(xué)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)性學(xué)習(xí)。在分析計(jì)算過程結(jié)束后,將學(xué)生引回到本節(jié)課一開始提出的問題,火炮的隨動(dòng)控制需要占空比連續(xù)可調(diào)的矩形波作為電機(jī)的控制信號(hào),這個(gè)電路所產(chǎn)生的矩形波符合要求么?由計(jì)算結(jié)果很明顯得到此電路的輸出不符合要求,于是自然引出問題2:如何產(chǎn)生占空比連續(xù)可調(diào)的矩形波呢?
由于此問題的答案為本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容2,所以可以設(shè)置小組討論并發(fā)言匯報(bào)的學(xué)習(xí)活動(dòng),增強(qiáng)學(xué)習(xí)者之間思維火花的碰撞,提高課堂活力。由占空比表達(dá)式,學(xué)生會(huì)想到要使占空比可調(diào),可將電阻換成電位器,在學(xué)生匯報(bào)完畢后,教師可以提出問題3:與之前相比占空比可調(diào)了,但它只能在大于50% 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),有沒有辦法能夠使占空比的調(diào)節(jié)范圍更大呢?
基于此問題繼續(xù)進(jìn)行小組討論,促進(jìn)學(xué)生發(fā)散性思維的生成,最后得出關(guān)鍵性器件二極管,在電路中加入二極管可改變電容的充放電路徑,從而得到占空比連續(xù)可調(diào)的多諧振蕩器,為本節(jié)課最開始提出的問題提供了解決方案。對(duì)于理論推導(dǎo)得出的電路同樣再進(jìn)行口袋實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,以實(shí)踐來檢驗(yàn)理論的正確性。
在學(xué)習(xí)完多諧振蕩器的基礎(chǔ)知識(shí)后,給出具體的軍事應(yīng)用電路,使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路分析,也使學(xué)生了解到所學(xué)內(nèi)容在軍事領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用,完成知識(shí)的意義建構(gòu)。
(3)總結(jié)展望,思政融合
最后對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)與回顧,多諧振蕩器的學(xué)習(xí)一直是按照發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路在進(jìn)行,除了多諧振蕩器之外,在整個(gè)電子電路學(xué)習(xí)的過程中,經(jīng)常會(huì)為了解決某個(gè)問題對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn),但是又會(huì)引發(fā)新的問題,從而激勵(lì)學(xué)生要保持有對(duì)電路進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的探索精神以及科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷。
課后學(xué)習(xí)是學(xué)生進(jìn)行自我調(diào)節(jié)及更進(jìn)的重要學(xué)習(xí)過程,也是促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提升的重要環(huán)節(jié),設(shè)置合理的課后學(xué)習(xí)任務(wù)可以協(xié)助學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化和能力的養(yǎng)成。在知識(shí)層面,可以設(shè)置課后作業(yè)、思維導(dǎo)圖等學(xué)習(xí)任務(wù)使學(xué)生鞏固和深化所學(xué)內(nèi)容,進(jìn)行知識(shí)的整理內(nèi)化;在能力素質(zhì)層面,可以設(shè)置綜合實(shí)踐類學(xué)習(xí)任務(wù),例如本節(jié)課以生活中常見的紅外光控報(bào)警器作為實(shí)踐任務(wù),鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。
在軍校電子技術(shù)類課程中,應(yīng)用混合式教學(xué)模式,結(jié)合信息技術(shù)和智慧教學(xué)工具,可以很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題,為學(xué)員創(chuàng)造高質(zhì)量和高度參與性的學(xué)習(xí)體驗(yàn),有效提高教學(xué)質(zhì)量,推動(dòng)教育模式的變革和教學(xué)生態(tài)的重構(gòu)。