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1 課堂教學改革與創新的思路
要改變課堂無趣的現狀,作為課堂教學的實施者――教師必須轉變教學理念,從傳統的灌輸式的課堂教學模式中解脫出來,以“教育+互聯網”為載體,合理運用現代化的教育技術,著眼于如何激發學生的學習主動性和積極性,發揮學生的主體性作用,實現課堂的四個轉變:教學組織形式由“教師為中心”向“以學生為中心”[1]轉變;學生學習形式由“個體”學習向“團隊”學習轉變;教學模式由“灌輸式學習”向“探究式學習”轉變;教學目標由“專業成才”向“精神成人、專業成才”轉變。
2 課堂教學改革與創新的舉措
2.1 上好“開學第一課”,激發學生興趣――課堂教學改革與創新成敗的基礎
良好的開端是成功的一半,每一門課程“開學第一課”都是至關重要的,它將決定教師今后上課的格局。那么“開學第一課”應該怎么上呢?首先,“開學第一課”的基調應該是輕松快樂有新意的。其次,“開學第一課”的內容應該包含以下四個方面:
一是師生的相互介紹,作為師生的第一次見面課,教師要把自己的基本情況介紹給學生,這個介紹盡可能幽默風趣些,倘若做不到幽默風趣做到真誠也是可以的。此外,教師要對班級做一個基本的了解,在課前基本了解學情的情況下,摸摸實際情況。二是介紹課程的主要內容以及課程對職業發展的作用,要結合社會實際。《電子線路CAD設計》這門課程學習之后,有些畢業的學生就可能從事PCB設計工程師的工作,其工作前三年的薪資待遇情況及工作幾年后的升職空間怎樣做一個分析,給學生美好的憧憬和努力的方向。這部分主要是激發學生對課程學習的動力。三是要把課程的教學組織模式說明清楚,準備到位。這門課程采取分組教學,那么分組原則、組長的職責、組內分工、財務清算方法以及SPOC學習的要求等要交代清楚。此外,還應花10~15分鐘用于小組的熱身。四是要把課程的考核方案介紹給學生,并鼓勵學生通過自己的努力都是可以通過考核的。最后,教師要分析“開學第一課”的實際效果,并在課后召集各小組長查找原因,商量應對措施,轉換各小組長的身份,從課程學習的參與者轉變為課程學習的組織者,發揮其主體性作用。
2.2 開展“每周一品”,促學生“精神成人”――課堂教學改革與創新不斷前行的動力
“精神成人”的內涵是,旨在讓一個大學生在大學期間初具“獨立精神、自由思想”之潛質,認真且持續地向自己追問“如何做人”這一終極命題。教師需要讓課堂教學的對象――學生,主動思考人生的近期目標和長遠目標:自己為什么上大學?大學的目標是什么?畢業之后的理想職業是什么?從事理想職業需要哪些準備?等等問題,以努力幫助其“精神成人”。在《電子線路CAD設計》課程教學中,教師以十大最重要的品質為主題,開展“每周一品”活動。即每周分享一個品質,以“名人小故事”“新聞評說”“名言名句”為載體,安排課堂的前5~8分鐘時間按組交流,提升學生的思想層次。十大品質有“誠信、寬容、豁達、善良、協作、忍耐、自律、責任、反思、知足”。每周一次的分享,不斷給予學生以頭腦沖擊,學生感受到學習的壓力和緊迫性,學生學習的主動性和積極性自然而然出來了,而且教室“6S管理”不再難以推行,學生主動規范自己的課堂行為,養成良好的習慣。
2.3 落實課程教學“三環節”,保障課堂質量――課堂教學改革與創新的重要內容
2.3.1 教學內容選擇上,學生可自由選擇電路圖,充分發揮學生主體性作用
本課程主要對Protel軟件的學習,教學中用到多個電路圖,以往電路圖都是教師選取,很多學生常常是依樣畫葫蘆,不一定清楚電路的工作原理和功能,常常是原理圖畫好后檢查不出電源漏畫了,或是沒有其他驅動源等。而且,學生設計好PCB板之后沒有去進行加工,缺少實踐認知。課程原來的設計上,知識系統性欠缺,對學生知識的鞏固和深化沒有起到很好的作用。因此,課程允許由學生自主選取難易程度不一的電路圖,要求是學生要掌握電路圖的功能和工作原理;另外,課程增加了一周實訓,要求學生設計好PCB板之后,制作出印刷電路板,并進行元器件的焊接,并完成電路調試,也就是制作出實際電路作品來。這樣做的優勢在于:一是學生有明確的任務――制作屬于自己的個性化的實際作品,不能寄希望于拷貝;二是學生有充分的自主選擇權,可以選擇自己喜歡的電路進行設計,比如有些同學選擇了放大電路,有些同學選擇了彩燈控制器,有些同學選擇了計時器,還有同學選擇了漢字顯示,等等。學生作品豐富多樣,有利于互相學習,互相討論,共同提高。
2.3.2 教學組織形式上,采用混合式學習,提高課堂的效率
軟件學習類課程的一大特點是,課程可以被分成很多個學習任務,每個任務完成某一個或某幾個知識點的學習。教師在課堂上一般是先講授演示任務操作過程,然后是學生動手實踐完成任務。這個過程中會存在幾個問題:一是學生基礎的差異導致教師講授的速度不能適應全部的學生,教師往往選擇的是中等偏下學生的學習進度,故一小部分學生是跟不上的,久而久之會放棄學習;二是教師講授演示時,學生聽得頭頭是道,但一旦要自己動手實踐時,常常是忘記操作步驟;三是現在的學生在課堂上玩手機是家常便飯,對手機是欲罷不能,教師的講授往往不能入他法耳。這樣的現狀,需要教師進行課堂創新,采取混合學習是比較好的一種方法。做法是:①建立一個課程學習微信群,申請一個微信公眾號;②將課程每一個學習任務的操作過程攝制成1分鐘到5分鐘不等的微視頻;③教師課前在公眾號上公布學習視頻;④課堂上針對重難點加以解釋,引導小組討論加深對知識的鞏固,然后布置課堂實踐任務和要求;⑤小組展示任務成果,教師評判點評并進行課堂總結。在教學中實施“三混合”[2]:課內課外混合、線上線下混合、理論實驗混合,有效提高了課堂教學的質量。
2.3.3 在學習組織形式上,采取小組游戲化學習方式,培養學生團隊協作精神
現在的時代,已不再是大魚吃小魚的時代,而是群魚吃大魚的年代。一個人無論多強,強不過一個團隊。培養學生具有協作精神很重要。除了在“每周一品”中對協作展開探討與交流,在課堂中采取建立小組開展團隊學習,培養品質的同時促進教學效果的提高。筆者的做法是:①小組建立――自由與集體:教師限定條件,說明規則,學生自由組團,推選組長,確定小組目標,凝聚集體戰斗力;②課堂學習――競爭與激勵:教師設定課堂任務目標,目標設定采取游戲化的進階形式――等級遞進。等級可以是按學習者完成同一任務的情況設定,可以是學習內容的難易設定,也可以按完成任務數量的多少設定。小組內互幫互助,團結協作,共同完成。小組間你追我趕,硝煙彌漫。教師根據各小組完成的質量與速度進行評價并給予積分獎勵;③學習成果――積累與展示:微信公眾號開辟學習成果展示專欄,以小組為單位對每一次課的“每周一品”“課堂作品”“小組合作溫馨瞬間”等以圖片或視頻形式進行記錄,作為課程改革與創新的重要資料,告訴學生“你們是開創者”以激發學生學習熱情!這樣的課堂改革,關鍵的一個因素是團隊一定要有核心人物,同時教師要定時對團隊核心人員加以指導,給予激勵,這個非常重要。
3 課堂教學改革的成效
本課程以創新為主題,以學生為主體,以教師為主導,培養學生“專業成才”的同時“精神成人”,課內課外聯動,線上線下混合,借助教育信息新技術改革課堂教學,尊重并理解學生的真實訴求,注重學生主動性作用的充分發揮和團隊協作的培養鍛煉,極大地促進了學生的成長,有效地改善了課堂面貌,玩手機現象不見了,用手機現象出現了,有力地提高了教學的效果。以應用電子技術專業來說,2013級采取課堂教學創新后,學生的期末成績大大提高,沒有出現不及格的學生,而以往期末考試還有交白卷的學生呢!
2013級學生期末成績情況
電子技術課程是一門實踐性很強的專業基礎課,與之配套的電子技術實驗課程具有以下一些特點:
(1)電子器件品種繁多,特性各異。在進行實驗時,首先就面臨如何正確、合理地選擇電子器件的問題。如果選用不當,則將難以獲得滿意的實驗結果,甚至造成電子器件的損壞因此,必須對所用電子器件的性能有所了解。
(2)電子器件的特性參數分散性大,電子元件的元件值也有較大的偏差。這就使得實際電路性能與設計要求有一定的差異,實驗時就需要進行調試。
(3)電子電路中的寄生參數和外界的電磁干擾,在一定條件下可能對電路的特性有重大影響,甚至會產生自激而使電路不能工作。這種情況在工作頻率高時尤易發生。因此,元件的合理布局和合理連接方式、接地點的合理選擇和地線的合理安排、必要的去禍和屏蔽等措施在模擬電子電路實驗中是相當重要的。
(4)電子電路各單元電路相互連接時,經常會遇到一個匹配問題。盡管各單元電路都能正常工作,若未能做到很好地匹配,則相互連接后的總體電路也可能不能正常工作。為了做到匹配,除了在設計時就要考慮到這一問題,選擇合適的元件參數或采取某些特殊的措施外,在實驗時也要注意到這一問題。
(5)模擬電子電路的輸人輸出關系具有連續性、多樣性與復雜性這就決定了模擬電子電路測試手段的多樣性與復雜性。針對不同的問題采用不同的測試方法,是模擬電子電路實驗的特點之一。而數字電子電路的輸出輸人關系比較簡單,但應搞清楚各測試點電平之間的邏輯關系或時序關系。
2.電子技術實驗存在的主要問題
2.1實驗的教學方式相對單一
電子技術實驗設備采用的是集成化、模塊化的綜合實驗箱,學生在實驗過程中只須按照實驗的要求選擇實驗電路板,選擇測試儀器,不需要具體選擇電路元器件,搭建電路,這樣學生只是從形式上完成了實驗,但掌握不了實驗中元器件的參數識別、性能測試和選用、掌握不了基本單元電路的安裝方法、調試技能,不利于培養學生的動手和創新能力。所開設的實驗內容較為陳舊,大多為驗證性實驗,實驗指導書詳細,學生按照事先既定的程序“按部就班”地操作,只會模仿,從而限制了學生求知的激情和創造性思維。
電子技術實驗教學仍然停留在手工作坊式的傳統教學模式上,學生以固定的班級為單位,在同一時間里用同一種教材,做著同一個多以驗證性實驗為主的必做實驗。學生做實驗完全按照指導書或教師規定的實驗操作步驟亦步亦趨地進行,學生不知道為什么這樣做甚至也不知道操作結果說明了什么。實驗考核的依據主要是做沒做實驗、交沒交實驗報告和教師對學生的印象好不好等因素。這樣的實驗教學效率低下、學生處于被動學習和機械操作的狀態,導致教師和學生都覺得枯燥,遏止了學生的邏輯思維和創造性思維,不利于培養學生的實驗能力和科研能力,不適應教育現代化的需要。以灌輸式、填鴨式、封閉式的教學方法占大部分,過分強調以教師為中心的教學方式,從教材編排、實驗內容、步驟到實驗結果和實驗報告的書寫均由教師預先確定、安排,以統一的模式去要求和塑造學生,致使學生學習興趣不高,處于被動學習狀態。
2.2實驗與理論課的結合不夠
在科學發展史上,實驗和理論互為依存,理論是實驗事實的總結,實驗是科學理論的基礎,同時還是判斷、修正錯誤的依據,也是發展理論的起點。從實驗在科學發展中的作用看,實驗教學理應受到教學管理著、施教者、受教者的重視。但是,當前的實驗教學和理論教學不能同步。主要表現在:理論教學中的元器件知識和基本電路理論沒有得到實驗的及時驗證,而實驗的方法、步驟和實驗中出現的各種實驗現象沒有得到理論的指導和合理解釋,理論教學不能很好地指導實驗教學,實驗教學也不能很好地服務于理論教學。教學觀念陳舊過時,長期以來只重視理論教學,輕視實驗教學和實驗能力的培養,實驗教學僅僅依附、服務于理論教學,培養出來的學生缺乏觀察、分析和解決問題的能力,造成高分低能。
2.3實驗內容設置不合理
目前的電子技術實驗內容多是按理論課要求設置的,實驗內容陳舊,形式單一,對課本知識的驗證性實驗偏多,綜合性、設計性、應用性實驗很少,而且新技術不能及時充實到實驗內容中來。由于學生缺乏獨立設計與創新的實驗思維,這種實驗教學已不能適應高職對人才培養的現實需求。因此,教學雙方呼喚改革實驗內容的聲音非常強烈。
2.4實驗儀器設備太陳舊
由于電子技術的飛速發展,新設備、新工藝、新技術不斷涌現,現有實驗設施已不能適應時代的發展,并且由于經費有限,多數正在使用的儀器設備破損嚴重,更新較難,已無法滿足實驗教學的要求。如何通過改造與創新實驗教學來解決這些問題,已成為教學中必須面對并巫需解決的問題。
3.電子技術實驗的發展前景
3.1電子技術實驗發展的基本思路
創新人才的培養必須貫穿于實驗教學的全過程,體現在實驗教學的各個環節。因此,必須以培養與提高科學實驗素質和創新能力為目標,重組實驗教學體系,優化課程結構,更新實驗內容,按照多層次、模塊化、開放性的實驗教學新體系組織實驗教學。電子技術實驗課程改革的基本思路是:
(1)體現以學生為主體的教學思想改變傳統教學中由教師“主宰”課堂的方式,引人以學生討論提高和自我發揮為主的課堂機制。在“教”與“學”中找到溶合點,教師只作必要的指導和啟發,留出時間,讓學生獨立思考,自己動手設計實驗,在實驗過程中激發學習的興趣與熱情開拓思維的深度與廣度,從而有效地培養學生的主動性和創造性。
(2)強化實踐能力和創新意識隨著教育體制改革的深人進行,高等學校的競爭力不僅體現在教學和科研實力上,學生的綜合素質、創新能力也成為高校生存和發展的重要因素。為此,應樹立一種新型的、開放的人才培養觀。電子技術實驗教學改革應在廣泛接觸和獲取前沿學科的基礎上,以電子技術發展的新趨勢來構架教學課程體系,重視培養學生的實踐能力、創新能力和創業精神,普遍提高學生的人文素養和科學素質,才能順應時展潮流,為社會培養高素質人才。
(3)優化實驗課程的知識結構鑒于學科發展的趨勢是交*與綜合,各學科間的交*與滲透日益頻繁。因此,要根據學科發展的特點,突破原有學科與課程界限,加強相關學科之間的橫向聯系、相關課程之間的縱向聯系,使開設的實驗內容相互聯系、相互滲透,形成較完整的知識體系。
3.2電子技術實驗發展方向
當前電子技術的發展突飛猛進,知識更新的速度不斷加快,對電子技術實驗教學提出了新要求。電子技術實驗課程改革是社會發展和市場機制對實驗教學提出的必然要求。
(1)改變教學模式,完善實驗教學手段在實驗教學中,必須改變傳統的教學模式,不斷探索新的實驗方法,捕捉最新科技成果,引入高、精、尖的實驗設備和實驗手段。按照素質教育的要求,以培養創新能力為主線,可以采用多層次實驗教學體系結構。在多層次實驗教學體系結構模型中,它將電子技術實驗分為四個層次。實驗理論和實驗技術知識以課堂教學為主,要求學生掌握電子電路設計的基本理論和基本方法及常用EDA軟件的使用,了解常用電子儀表的原理等。基礎訓練型實驗主要安排電子電路各基本單元電路的設計與調測。通過實驗使學生掌握各基本單元電路的功能及設計方法,掌握運用常用儀器儀表測試電路和電路參數的方法,掌握實驗數據的處理方法。綜合設計型實驗屬于應用性實驗,實驗內容側重于某些理論知識的綜合應用。系統設計實驗既有綜合性又有探索性,主要側重于對學生創新能力的開發,主要安排一些特定功能電子電路的設計、安裝和調試。
(2)以學生為主體,培養學生獨立設計的能力實驗課程改革的指導思想在于注重綜合應用能力的培養。學習電子技術不僅要求學生掌握基本原理和計算公式,而且要求在掌握基本原理的基礎上,著重培養對電路的分析、設計和應用開發的能力。在實驗教學中,應提倡以學生為主體,引導和共同探討為主的自主式教學模式。在實驗前,教師應教會學生學會預習相關理論,啟發學生按實驗目的要求自己設計實驗方案,知道要做什么及實驗結果。學生必須認真預習,查閱資料,設計電路,擬訂實驗方案,設計數據表格等。在學生設計能力提高到一定程度后,教師可以布置綜合實驗題目,該任務功能明確,實現的原理、器件和方法由學生自定,也可根據實驗室的條件,部分限制使用的元器件和實現的方法,但選擇余地應足夠大;還可開設實驗專題,鼓勵學生根據實驗專題查閱資料、確定方案,制定電路設計和元器件選定,選用測量儀器,在此基礎上進行電路裝配、調試、數據測量和數據處理,最后寫出有分析的實驗報告,在實驗中培養學生探索、分析、研究的能力。
(3)重視綜合設計型實驗的開設驗證性實驗與設計性實驗的有機結合可以培養學生動手能力和分析問題的能力,提高學生綜合運用每門課程進行創造性的學習,使學生的實驗能力、設計能力、創新能力和科學素質在不斷的解決問題和積極主動的實驗過程中得到培養。因此,在原有傳統性實驗的基礎上,應以培養學生實踐能力為目標,開設設計型實驗課程。學生完成了基本實驗和設計性實驗后,掌握了實驗的基本技能,同時又具備了一定的創新能力,這時再開設綜合設計性實驗和實訓,就可以進一步開拓學生的創新思維和創新能力,培養學生的系統設計、制作和測試能力,以及綜合研發能力和基礎理論運用能力。在綜合設計性實驗和實訓,首先由教師提出實驗的目的和具體電路性能要求;然后由學生自行查閱資料、設計實驗電路、選擇元器件;再把設計好的電路用計算機輔助軟件-仿真模擬。
科技的發展日新月異,新思想、新觀念、新技術、新裝備、新應用層出不窮。實驗教學體系是一項復雜的系統工程,涉及到教育、教學及其管理的方方面面、各個層次和各個環節,它們既相互促進,又相互制約。因此,實驗教學的改革,沒有固定的模式,要跟上時代的步伐。
參考文獻:
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目前,全國面向高職高專院校開展的電子類的競賽,主要有全國大學生電子設計競賽和全國職業院校技能大賽。
1.1競賽的主要技術體系
縱觀浙江省和教育部舉辦的大學生電子設計競賽與制作競賽,競賽的技術體系主要包含理論知識測試、電路識圖、元件選型與參數計算、原理圖繪制、PCB設計、PCB板制作、電子工藝焊接、單片機軟件程序編寫、電路調試、軟件調試、電子產品的結構與安裝工藝、電子產品的工藝文件編寫、電子產品的技術文件編寫、技術答辯等技術考核內容。整個競賽過程貼近生產、工藝、注重質量,以企業實際要求出發。
1.2原課程體系與競賽的融合情況
通過參加各類電子競賽,我們清楚的認識到高職教育的培養目標和電子競賽的宗旨是一致的,競賽促進了電子信息專業課程體系,以電子競賽的實踐來促進教學改革,形成以“素質教育為基礎,能力培養為主線”的創新型應用性人才培養模式。對于傳統的電子類基礎課程,如模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子技術等,整合為《電子技術基本技能實訓》、《單元電子電路分析與測試》和《電子電路調試與應用》。按照競賽的要求,通過《電子技術基本技能實訓》專門訓練學生的技能,并在后續的課程里不斷反復應用,以促進學生掌握。新的應用電子技術專業人才培養方案中對于創新型應用性人才的培養,主要通過《簡易智能產品編程》、《微控制器應用》、《電子產品制圖與制板》、《電子產品生產工藝與管理》、《智能電子產品設計與制作》、《電子創新設計與制作》和《嵌入式系統應用》等課程的相輔相成,實現對學生的全面素質、技能的培養。
2競賽引領下應用電子技術專業課程的改革
根據前面對競賽的深度剖析,我們對原來應用電子技術專業人才培養方案中實踐教學環節課程的教學組織做了相應調整。將競賽中對學生提出的要求融入日常課程的教學,并重新梳理了各個課程的教學內容及上下承接的關聯部分的內容。參照企業中的技術開發部與生產部管理模式,課程中實訓項目來自于競賽題目、教師科研項目、企業實際產品等方面。教學開展的具體步驟:(1)在《簡易智能產品編程》課程中,以競賽項目為例,培養學生的C語言編程技巧,要求學生能夠消化吸收。(2)在《電子產品制圖與制板》課程中,以《微控制器應用》課程教學案例為例,培養學生根據任務要求利用Protel軟件,遵循國際和行業規范,依據國家標準,完成原理圖的設計與繪制,在符合PCB布局和布線要求的基礎上完成PCB設計,并制作出相應PCB板。(3)在《電子產品生產工藝與管理》課程中,以后續課程所選教學案例為例,培養學生常用電子元器件、基本材料和工具的使用知識、電子產品的裝配準備工藝、線路基板焊接工藝、電子產品總裝和調試工藝、電子產品檢驗和包裝工藝、電子產品生產工藝文件編制等專業知識和相關技能;同時,培養學生理論聯系實際、根據企業實際條件決定生產工藝方案的管理意識,樹立質量第一的觀點和分工協作的團隊意識和嚴肅認真一絲不茍的嚴謹作風。(4)在《微控制器應用》課程中,以競賽項目為例,培養學生能設計一個完整的、簡單的單片機應用系統,從單片機選型、接口電路搭建、內部資源分配、程序編寫以及下載調試等環節對學生進行全面綜合的訓練,使學生具備單片機應用的基礎能力。(5)《智能電子產品設計與制作》、《電子創新設計與制作》和《嵌入式系統應用》的課程教學中,以競賽項目及企業項目為例,培養學生根據實際需求,選擇不同的控制器,從設計方案、成本核算、電路設計、工藝設計、程序設計及系統聯調、產品裝配、工藝文件編寫及使用說明書撰寫到項目總結與創新,完整的體驗項目開發的全過程。促使學生在學習的過程中不斷的總結、不斷的提升。(6)在《生產實習》和《頂崗實習》等實踐環節中,讓學生親臨企業一線,切身感受工作中的壓力、努力和興奮等感受,促進其快速成長。
3結論
關鍵字:工學結合;職業技能;項目;一體化
中圖分類號:G712 文獻標識碼:B 文章編號:1671-9255(2012)04-0060-03
“以工學結合的教學模式為切入點,以能力為本位,融教、學、做為一體”是當前高職教育教學改革的重點,也是切實提高教學質量、培養學生職業崗位技能的有效手段。
《模擬電子技術》是電子技術、通信技術及計算機技術等專業在電子技術方面入門性的專業基礎課,是一門理論性和實踐性都很強的課程。傳統的以“教師為主體,理論講授為主”的教學模式在學生動手能力、創新能力的培養上存在著很大的弊端。對《模擬電子技術》課程實施“教、學、做”一體化的項目式教學體系改革,是實現工學結合模式的《模擬電子技術》課程教學的一種有益嘗試。實施“教、學、做”一體化教學體系改革的必要性隨著社會發展,社會對技能型人才動手能力的要求越來越高。而模擬電子技術的基本知識與技能是電子行業各種相關工作崗位的職業技能基礎。如:電子產品開發、設計與維修,電路板的設計、印制及測試、插件、拾焊等工作崗位都離不開模擬電子技術的基本知識與技能。[1]在傳統的《模擬電子技術》課程教學中,往往
是老師重點進行理論知識的講解,再加以一些驗證性的實驗。而這些驗證性的實驗往往僅針對一個孤立的電路,與實際應用沒有太大聯系,與職業崗位基本技能需求相脫節,學生的動手能力得不到很好的鍛煉。
因此,《模擬電子技術》的教學內容如果不打破傳統的教學方法,進行理論和實踐相結合的課程體系改革,學生將很難適應社會對人才的需求。
“教、學、做”一體化的教學模式,是一種將理論教學與實踐教學有機融合在一起,以“做”為載體和目標的教學方法,學生在“做中學”,教師在“做中教”。在該教學模式中,以“項目”為主線,將理論教學內容與實踐教學內容整合在一起,進行項目化教學。要求授課教師都是既能進行理論教學又能指導學生實踐的“雙師型”教師,同時授課地點也不再有理論課教室與實驗、實訓室之分,實現了教學環境的“一體化”。這樣的教學模式,可最大程度激發學生的學習積極性,同時可有效提高教學時間和教學設備的利用率,使教學內容更具有針對性,從而提高學生的職業崗位技能。[2]
因此,通過“教、學、做”一體化的教學模式對《模擬電子技術》課程體系進行重組和優化,從而提高課程的教學效果是十分必要的。
二、以“教、學、做”一體化教學模式
重組及優化課程體系
(一)合理劃分教學模塊,確定合適的項目載體
根據課程的性質和特點,按照職業崗位所要求的知識與技能,我們將課程的全部教學內容劃分為以下幾個教學模塊:半導體二極管及其基本應用、直流穩壓電源、三極管及基本放大電路、集成運放電路、負反饋放大電路、功率放大電路、振蕩電路、晶閘管應用電路。我們圍繞這些教學模塊,確定了五個小型電子產品項目:直流穩壓電源的制作與測試、音頻功率放大器的制作與調試、函數信號發生器的制作與調試、調光臺燈的制作與調試、無線話筒的制作與調試以及一個綜合性的制作項目——收音機的制作與調試。表1中給出了各個項目的完成步驟及所包括的教學模塊內容。
通過完成這些項目的制作任務,可使學生較為直觀地學習課程相關的理論知識,訓練相應的技能,以取得本課程所要求達到的能力,如:常用電子元器件的識別和檢測能力;常用電子儀器儀表的使用能力;電子電路圖的識圖能力;簡單電子電路的設計能力;電子電路印制板設計、焊接、測量、調試能力;典型電子電路的故障分析和檢修能力等。
(二)以工作過程為導向,重新設計教學過程
在教學中,我們摒棄以往“教師滿堂灌”的做法,將課程的重點轉向學生的“做”,并以工作過程為導向,將每個“項目”的教學設計為一個個典型的“工作任務”:項目分析、查找資料、設計產品電路、產品電路性能仿真、產品PCB(或萬能板)的制作、產品調試、產品設計報告及相關工藝報告整理等。在“項目”的實施過程中,我們將學生分成若干個“工作小組”,并要求每個“工作小組”成員進行分工,合作完成從信息的收集、工作計劃的制定到工作任務的實施等系列工作,教師作為教學的咨詢者和課堂教學主持者完成任務的布置、項目分析、相關知識理論分析以及答疑的工作。在這樣的教學過程中,教師要充分發揮學生的主觀能動性,鼓勵學生大膽創新。
(三)以項目為載體,重新整合教學內容
在每個項目的實施過程中,涉及到的知識除了包含本課程相應教學模塊的內容以外,還會綜合運用電子專業其他相關課程的知識,如:在進行電路性能仿真時,學生必須熟練掌握Multisim仿真軟件的使用方法;在進行電子產品PCB板(或萬能板)的制作過程中,學生應當能夠綜合地運用電子電路印制板設計和制作的相關知識。在以往的教學中,這些知識是分散在其他各門課程中的,彼此之間相對獨立,教學效果很不理想。
在“教、學、做”一體化的教學模式下,項目的制作過程中需要什么知識就學什么知識,因此我們將以往在其他課程中開設的“Multisim仿真軟件的使用”這一章節的知識融入到了本課程中,同時將原來安排在后續學期開設的《電子設計自動化》課程調整到本學期與《模擬電子技術》課程同時開設,這樣大大提高了本專業相關知識的互相滲透、綜合運用。
(四)“教、學、做”一體化教學模式課程考核評價方法
在“教、學、做”一體化教學模式的成績評價體系中,強調的是過程考核。因此,我們在每個項目中都安排了相應的考核內容。在考核過程中,應綜合評價學生的設計方案、數據分析、電路制作工藝、電路調試技能及問題解決能力等方面的內容,使學生真正將課程內容學活。每個項目結束后,由教師對本項目進行總結,對學生的設計方案、制作過程、調試方法等內容進行點評,進一步加深學生對本項目所涉及知識的理解。
在“項目化”教學體系中,摒棄了傳統的成績評價方法,采用過程評價,目標評價,項目評價,隨堂考試方式相結合的方法進行。在評價過程中,應加強過程評價,每個項目都應安排針對該項目的考核內容。在評價過程中,實施評價主體的多元化,采用教師評價、學生自我評價相結合的評價方法。具體的評價手段可以采用觀察、現場操作、系統設計報告、閉卷或開卷測試等。評價重點為學生動手能力和實踐中分析問題、解決問題能力及創新能力,對在學習和應用上有創新的學生應給予特別鼓勵。
三、實踐效果及存在的問題
(一)實踐效果
教學過程中,我們發現學生對制作電子電路有很高的熱情和興趣,學生積極參與項目制作,在做中學,在學中做,學生感到學有所得,學有所用。該教學模式實現了“以能力為本位”的課程教學,學生的動手能力提高了。從2008年起,我院電子專業選拔出的學生在每年全國及省高職院校職業技能大賽、全國及省電子設計大賽中,都獲得了較好的成績。同時,在“一體化”的教學模式中,要求教師在整個教學過程中既能講授專業理論,又能指導學生實踐,因而進一步鍛煉和培養了“雙師型”專業教師隊伍。
(二)存在的問題
1.實訓條件不能滿足教學需求
實現“教、學、做”一體化教學,實訓條件是保證“項目”按質按量完成的關鍵因素。但目前大部分學校的實訓場所基本上仍然是傳統的實驗、實訓室,與真實的生產場所有較大的差距,而實驗設備中部分實驗箱、實驗臺仍是按傳統教學模式開發和設計的,其提供的實驗、實訓內容固定,不能根據教學“項目”的內容靈活變動,因而不能完全滿足教學的需要。根據“工學結合”的需求,按照生產現場布局,建立仿真的實訓場所,并根據教學“項目”開發合適的實訓設備,這樣才能使“一體化”教學能夠真正落實到位。
2.“雙師型”教師的實踐能力有待提高
“一體化”教學要求教師知識面廣,能根據教學進程及時調整教學活動,能及時解決學生實踐過程中出現的各種問題,具有較強的動手能力。然而,高職院校的很多教師缺乏實踐經驗,沒有真正參加過電子產品的研發與生產過程,對崗位職業技能的理解與掌握還存在一定的差距,因而使“一體化”教學法達不到預期的效果。為此,應加強“雙師型”教師的培養,通過選派教師到企業實踐及鼓勵教師參加橫向課題的研究等方式,提高教師的實踐能力。
3.缺乏真正符合“工學結合”標準的教材
傳統教材不適應現在教學的需要。當前,缺乏以實踐能力為主線,以工作任務為中心,以真實產品為載體,引入行業職業標準,真正符合“工學結合”標準的教材。這是因為目前大部分高職教材的編寫往往是學校單方行為,沒有企業的參與,因此教材很難真正體現企業技術標準與要求。
4.師資配備影響教學效果
在傳統教學模式下,教師一人說,全班學生聽;而在“一體化”的教學模式下,全班學生“做”,教師一人指導,因此老師的教學工作量大大增加,常會出現輔導不能到位的情況。在“一體化”的教學方式下,如何進行教師配備也是一個需要解決的問題。
參考文獻:
【關鍵詞】數字電子技術;教學效果;教學方法
《數字電子技術》是高職電子類專業的一門理論性和實踐性都較強的專業基礎課程,是《單片機技術》、《電子電路設計》、《傳感器》等后續課程的基礎。電子技術的發展日新月異,新概念、新技術和新設計方法不斷涌現,電子技術基礎課程的教學面臨更高的挑戰。傳統的教學方法與現代教學的要求不相適應,就降低了基礎課程的教學效果,阻礙了學生實踐能力、創新能力的發展。因此,必須探求新的教學方法,提高課程教學效果,讓學生的專業技能、綜合能力得到提高。
1 根據專業人才培養目標,確定課程教學目標
職業教育教學要強調針對性,電子類專業畢業生的主要從事崗位為電子產品的生產裝配、安裝調試與維修、電子產品的局部設計等,針對這些崗位的要求,明確了電子類專業的人才培養目標,《數字電子技術》作為專業基礎課程,應該根據專業人才培養目標,來確定該課程教學目標。專業基礎課程教學目標應緊扣專業人才培養目標,為人才培養目標服務,這樣才能達到培養具備較快適應生產、建設、管理、服務第一線崗位需要的技術應用型專門人才的職業教育目標。
2 從課程的教學目標出發,精選教學內容
《數字電子技術》的教學目標是通過本課程的學習,學生掌握數字電子技術的基礎知識和設計方法,培養學生電子應用電路制作與調試的基本技能;為后續課程的理論基礎知識學習和實踐技能培養做鋪墊,為今后可能更快適應崗位工作打好基礎。因此,我們在對教學內容的進行篩選時,以“實用”、“夠用”為原則,突出基本原理,基本分析方法和知識的應用,著重集成電路外部邏輯功能的描述、分析和應用,強調外特性和主要參數,回避了繁鎖的內部分析和數學公式的推導。
3 根據課程教學內容,精心設計教學方法
教學方法是教學改革的核心,貫穿課堂教學的全過程。教師對《數字電子技術》的教學內容要整體把握,在講授時,將內容大致分為兩大模塊:一個模塊是基本概念,數學工具,器件工作原理及性能指標等內容;另一模塊是這些器件組合成的各種電路及實際應用。
3.1 問題式教學方法的內容及實施
結合高職學生基礎差、學習水平參差不齊的實際情況,在第一模塊內容的教學方法上,我們要避免單純的注入式,改用啟發式、問題式教學方法。問題式教學方法是一種以解決學生的“問題”為目的教學方法,在教學過程中,教師以基礎知識為內容去“設計問題”、引導學生自己“發現問題”“思考問題”然后“假設結論”、“求證結論”,充分調動學生的聽覺、視覺、觸覺等各種感官共同作用,以問題為中心,引導學生去觀察、思考、比較、判斷、推理、歸納。在整個教學過程中主體是學生,教師主要起引導作用。
例如,在介紹“與”、“或”、“非”這三種邏輯門電路時,讓學生動手用單個“與”、“或”、“非”門電路控制發光二極管,讓學生看到發光二極管的變化,激發學生的興趣,學生發現“兩輸入端同是輸入高電平,但連接不同的門電路,二極管的發光情況不同”的現象,簡單介紹門電路的邏輯關系,再讓學生用門電路控制單個數碼管,分別輸出0―9這十個數字,學生興致勃勃,然后拋出問題“可不可以用多個門電路組合控制多個數碼管,同時輸出0―9這十個數字呢?”學生躍躍欲試。在學生連接電路過程中,不斷設計問題,師生共同解決問題,創設教學情境,逐步引入卡諾圖、組合邏輯電路、時序邏輯電路等新內容的學習。這樣教學內容環環扣,教學做一體,調動學生學習主動性,激發學生創造性,提高了課堂效果。
在《數字電子技術》課程教學中,教師實行問題式教學,改變了知識的傳統講授方式,把課堂從“灌滿堂”變為全體學生積極主動參與的“樂滿堂”,課堂中學生的個性得到了重視,每一個學生都有體驗成功、嘗試創新的機會,促進了學生認知、情感、技能的全面發展。
3.2 項目式教學方法的內容及實施
“項目教學法”是一種典型的以學生為中心的教學方法。在整個教學活動中,教師將教學內容設計成一個或多個項目并交給學生,由學生以單個或小組的形式,負責完成分析項目,收集資料、設計方案、實施方案及考核評價,教師在這一過程中只是起到指導、答疑的作用。隨著每一個階段任務的逐步完成,學生循序漸進地掌握了數字電子技術的相關知識,更大的激發出學生的學習興趣。在完成項目的過程中,學生的分析問題和解決問題的能力不斷提升、良好的團隊合作精神及良好的職業道德和職業素養逐漸養成。
項目教學法的具體實施貫穿在教學的過程中,如在講到時序邏輯電路時,可以讓學生以小組的形式,設計制作一個數字鐘電路。這就要求學生理解秒脈沖發生器及顯示譯碼器的基本原理、了解各種器件的性能及指標、電路的連接方式;思考高、低電平有效與顯示譯碼器相互匹配、各個電源電路信號相互連通等問題,還涉及到畫電路圖,電路仿真,實物制作等實踐環節。在列真值表用卡諾圖化簡寫出最簡表達式畫出邏輯電路圖選擇元器件連接電路,到調試完成設計的過程中,學生是主體,遇到問題,自己查找資料解決。學生看到自己的設計漸漸能實現功能,就激發了學習的興趣和熱情,帶著興趣,理性地深入學習,對教學內容有了更深刻理解,學習興趣就更濃,進而步入良性循環的學習過程。任務完成后,小組之間進行自評、互評,互相交流學習,并選出優秀的作品進行展示,然后請學生分析總結自己的作品存在哪些問題,與好的作品存在哪些差距,總結成功的經驗和失敗的原因,提出改進的方法,分享自己學會的知識和技能,最后由小組長和老師對小組成員的參與作用、合作能力、創新精神和團隊精神等方面進行綜合評價,最大程度的發揮學生的主觀能動性,挖掘其潛能,從而達到提高教學質量的目的,這在高等職業教學中有著重要的意義。
“項目教學法”改變了“教師講,學生聽”的被動教學模式,建立了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學氛圍,提高了課堂的效率。
4 與現代技術相結合,更新教學手段
在教學手段上,應打破以往只注重公式的推導和定理應用教學模式。利用多媒體技術,進一步豐富和優化實驗教學手段。在日常的,教學中恰當使用仿真軟件中提供的虛擬元件、虛擬儀器進行仿真實驗,能更為直觀的將結果展現出來,且教學形式比較靈活,并可以提高學生的學習積極性。
在數子電子技術實驗教學中,目前使用的EDA工作軟件有EWB(Eleetronic Wok Bench),它虛擬了一個可以對數字電子電路進行模擬仿真的工作臺,具有較完善的各種器件模型庫和常用分析儀器,能進行電子電路的設計,并能對電子電路進行較詳細的分析,它可以完成在實驗室進行的很多數字電路實驗。例如,在制作數字鐘電路時,學生會發現用脈沖發生器與二十四進制電路連接制作的電子鐘不實用,芯片和導線太多,與日常使用的數字鐘相差甚遠,這時使用EDA技術設計電路,就可以自由發揮去設計一個完美的數字鐘了。仿真軟件的正確使用,可以培養學生運用軟件解決分析問題的能力,建立正確的設計及分析理念。
虛擬實驗不受工作場地、儀器設備和元器件品種、數量的限制,便于開設設計性、綜合性實驗,既打破了實驗設備缺乏帶來的局限,又解決了課堂上未能解決的問題,這對傳統的實驗教學起到了很好的互補作用。
5 與時俱進,及時將新知識、新技術融入課程教學
現代電子技術正迅猛發展,若《數字電子技術》課程的授課內容,還是以中、小規模數字集成電路為主,那就與目前電子信息產業大規模集成電路器件高速發展和應用的趨勢嚴重脫節。講課效果較差,學生普遍感覺“實踐中用不上所學的知識,實踐中需要的知識沒學過”。因此,要提高課堂教學效果,就要求深入了解相關電子產業的發展,加強與企業的合作,與企業技術人員結合實際生產技術和生產的典型產品,編寫相關課程教材,及時將新知識、新技術融入到課堂教學中,讓學生體會到所學知識很實用的,也就提高了學習的積極性。
對《數字電子技術》課程的教學方法進行改革,在教學過程中運用問題式、項目式等新的教學方法,激發學生學習的積極性。結合現代技術,更新教學手段,使學生由被動的接受變為主動的學習,提高了課程教學效果。通過一些小型實用電路的設計、仿真和制作,把理論知識應用到實際中,又將實際生產中的新技術融入教學內容中,使學生既掌握了技能,又培養了他們分析問題、解決實際問題的能力,開拓了學生的思路,培養了他們的創新能力,從而真正實現了高職教育的目的。
【參考文獻】
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1對電子設計競賽高職組試題的探討
大學生電子設計競賽命題一般是以電子電路(含模擬和數字電路)應用設計為主要內容,可以涉及模-數混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件工具和PC機(主要用于開發)的應用。題目包括“理論設計”和“實際制作與調試”兩部分,著重考核學生綜合運用基礎知識進行理論設計的能力,考核學生的創新精神和獨立工作能力,考核學生的實驗技能(制作、調試)。具體的競賽試題一般具有特定工程背景,其涉及的專業知識面廣,綜合應用性強。在給定功能和性能參數要求的情況下,由一個參賽隊在四天內共同設計、制作完成。起初在競賽的選題上,高職院校的參賽選手與本科生沒有什么區別,都是從同一組試題中進行選題,其競賽的成績與本科生差距明顯,多數參賽隊伍都難以按要求完成其中的理論設計部分。從2007年開始,組委會采用了本科生組(甲組)和高職高專學生組(乙組)分開的兩組競賽題目,高職組的題目相對本科組除難度小些,要求降低外,其他方面并沒有多大區別,仍然是以電路的綜合設計與制作為主,評分標準也大體相同。從今年9月份舉辦的競賽來看,仍是這種情況,給人的感覺只是本科生試題要求的縮水。競賽對高職生在理論設計上的要求分量顯得過重,與當前高職教學改革的方向似乎有些偏離。高職教育在我國經歷了十多年的發展,全國各類高職院校成立之初,課程的設置與本科院校同類專業差別不大,許多課程只是本科課程的壓縮。隨著高職教學改革的深入開展,其培養目標和職業崗位定位越來越清晰。教育部對高職生的培養目標是要求學生具有較強的動手能力與實踐能力,要求學生畢業后從事生產第一線的設備維護、維修、安裝、調試等工作,這與就業市場對高職生的需求是相符的。高職的課程改革也逐漸走上了以就業為導向,校企合作、工學結合的道路。在這種趨勢下,大學生電子競賽對高職生在電路綜合設計方面的要求則難以發揮導向作用,以至于一些院校為了應付競賽而另外為參賽選手開設培訓課程的情況。既然競賽專門開設了高職高專組,在題目的設計和要求上是否能多考慮高職教育的特點和職業崗位的要求,不僅在難度上與本科組有所區別,在競賽的側重點和評分標準也應有所不同。例如本科組可側重綜合設計,高職組側重制作和測試,這樣更符合不同層次的高等院校對人才培養的定位要求。
2綜合設計型人才難以成為高職教育的培養目標
雖然高職生也是從每年的高考中錄取的,但是在入學分數上畢竟比本科生差了一個等次,這個差距反映出他們的中學知識基礎和學習能力與本科生的差距。許多學生讀高職是想學一門專業技術,希望在動手能力上強于本科生,在今后的就業市場上找到屬于自己的位子。基礎、能力和心理上的定位預期決定了他們中的大多數人難以在電子電路的綜合設計上有所作為。電子信息技術是現代科學技術中的高新技術,其理論抽象、高深,初學者不容易理解和掌握。高職生由于中學的物理和數學基礎較差,教學中他們普遍反映專業理論課程的學習難度大,感到內容抽象、難以掌握,理論考試不及格的情況在各高職院校都較為普遍。另外,高職生在校學習時間短,也制約了他們深入、全面地學習電子信息技術和相關知識。許多高職生實際在校學習時間為2年或2年半,最后一年或半年學校安排到企業實習。所以每屆參賽的高職生,多以二年級的學生為主,以他們的課程安排來說,還只是學了一些基礎理論,加上近年來的高職教學改革更側重于培養學生的動手實操能力,許多理論課程被壓縮,或降低要求,有設計要求的課程很少。在這種情況下,培養的高職生大多數不具備綜合全面的設計能力。因此,課程難度與學習時間的限制決定了難以將高職生培養成為電子電路方面的設計型人才。就業市場對高職生的需求和定位也越來越清晰,多數電子企業并不要求高職生具備設計開發電子產品的能力。以我校應用電子技術專業多年來畢業生的就業情況來看,在電子行業工作的大多數畢業生都是從事電子產品的生產制造與維修工作,只有極個別的學生有機會從事電子產品的設計開發。因此,就業的導向也決定了高職電子信息類專業教學不能以培養設計開發型的人才為目標。
3以專業職業崗位技能要求為導向設計高職競賽題目
高職院校的辦學目標定位就是要培養出符合區域經濟發展需求的高素質技能型人才,其核心任務就是要提高學生的職業技能與綜合職業素質。在電子產品的設計、制造和服務領域,職業崗位對高職生技能的要求是能夠從事更高級、更復雜、更精細的工作。如果考慮到目前高職教育的特點,以電子專業職業崗位技能要求為導向設計高職電子競賽試題,可以從兩方面考慮出題,一是以電子電路的制作與測試為主;二是以電子產品故障的分析與維修為主。這兩方面是電子信息專業的高職生要掌握的主要職業技能,把這兩方面的職業技能要求引入到競賽中,通過賽項的設計將引導高職泛信息類相關專業課程設置和教學改革、人才培養模式改革與創新方向。大學生電子設計競賽高職高專組的命題設計,可以側重考核參賽者的電路制作與測試能力,降低對電路綜合與程序設計要求,甚至不做要求,直接給出電路原理圖和控制程序,變設計制作為分析、制作和測試為主。讓高職生在識讀電路原理功能、弄清信號流程、讀懂程序設計的基礎上,進行PCB電路板的設計制作;元器件的選擇安裝;程序的輸入調試;電路功能的實現;整機性能參數的測量。以充分反映參賽的高職生對電路的理解和將圖紙變為實物的技能水平。全國職業院校技能大賽高職電子信息類的選題,可以以電子產品故障的分析與維修為主。今年全國職業院校技能大賽高職組的“芯片級檢測維修與信息服務”試題,就是按照完整的芯片級維修工作過程設計競賽題目,競賽內容體現實際工作過程的真實性。今后的競賽若能以電子產品整機的維修作為競賽項目(如數字電視、手機、電腦、數碼產品等),在一個產品上設置多種故障,能涉及更多更全面的維修知識和技能。對高職生的維修技能要求應與經驗型維修有所區別,應重點要求能從硬件和軟件原理分析,儀器檢測等分析復雜故障,寫出故障分析報告。對于一般的維修技能也應有所要求,如根據電路板繪出局部電路圖、軟件的擦寫、芯片的拆焊、元器件的代換、維修工具的使用等。
4高職電子信息專業培養的能力目標定位
關鍵詞:工程認證;復雜工程問題;過程控制;考核方式
一電子類課程設計相關概述
2016年6月我國成為《華盛頓協議》正式成員,標志著我國高等工程教育進入了新階段。五邑大學順應大趨勢,加入了高等教育工程認證的行業。作為電子信息工程系的骨干教師,本人參加了五邑大學前期工程認證培養方案形成、大綱編制、專家答辯等各項工作,深知實施工程認證困難重重。根據2018年培養方案,電子信息工程系整合現有實踐教學,將原來的《模擬電子課程設計》和《數字電路課程設計》進行了課程整合,形成了《電子電路綜合設計》實踐課程[1,2]。工程認證,要求以學生為本,目標導向,持續改進,更側重于對學生能力的培養。根據《電子電路綜合設計》課程所涉及的畢業要求指標點,學生完成課程學習后需獲得以下方面的能力:(1)通過對具體功能電路的分析、設計和制作,使學生掌握電子電路系統設計的基本方法、基本手段、基本工具和基本技能,來培養學生分析和解決電子電路復雜工程問題的能力;(2)通過團隊合作,實物展示,匯報過程,撰寫報告的形式,來培養學生良好的團隊合作能力、口頭表達能力和書面表達能力。為了體現團隊合作能力和口頭表達能力,在課程形式的設置上又增加了分組和答辯等相應環節,這使得我們不得不重新設計課程設計教學模式、教學方法和考核形式。
二電子類課程設計教學現狀
以《數字電路課程設計》為例,近年來,課程設計的任務是設計彩燈控制器,在功能上可以通過控制電路實現彩燈電路不同花型的變換,指導教師給出任務要求及主要元器件清單,學生們根據要求自行設計電路并制作、調試,最后根據作品的實際效果和設計報告,指導教師給出相應的成績等級。客觀地說,本課程的實際開展效果還是不錯的,但結合工程認證的要求,當前的課程設計還存在一定程度的問題,主要體現在以下幾個方面。(1)學生的學習狀態不佳。雖然在學習綜合課程設計時,學生已經學習過《電子工藝實習》《模擬電子技術》《數字電路與邏輯設計》等相關課程,但學生掌握的僅是一些最基本的電子知識,不了解如何應用所學的理論知識;與之相關的理論可也配備有相應的實驗,但實驗多以驗證性實驗為主,沒有真正意義上設計過電子電路,缺少系統設計的概念。課程設計涉及的知識面廣且難度大,使一部分學生產生一定的厭學情緒。學生缺少學習興趣,動手實踐的意愿不強,學習狀態不佳。(2)元器件功能拓展性不足,方案設計創新性不夠。在課程設計過程中,一般老師會推薦一些元器件型號,因此大部分學生在進行元器件選型時,思路僅局限于這些指定的型號,而忽略了教師同時提出的可用類似功能器件進行設計的要求。如指導教師給出NPN三極管以驅動LED,很少有同學會想到對驅動電路進行簡單改動,用PNP三極管來驅動。另外,學生在進行實物演示時,可以看到方案設計的版本偏少,有些學生比較盲從,沒有去比較方案為何要這樣設計,不同的方案有何優劣,方案設計創新度不夠[3,4]。(3)考核形式單一。傳統的電子類課程設計類課程考核形式較為單一,只對學生的出勤、設計結果和實驗報告進行考核。這種考核方式存在的問題歸納起來有三點,一是缺少過程考核,忽視了對學生在實驗過程中的態度、積極性與創新性的考核;二是缺少差別性評價,學生在設計過程中的設計難度、溝通能力、書面表達能力、口頭表達能力等不易量化的因素也沒有納入考核范圍,同時教師無法準確評估同一小組內不同成員的貢獻率。三是評價標準不明確,教師的主觀性較大,評定的標準不能具體量化。
三電子類課程設計改革策略
電子類課程設計以學生獲得知識能力為目標,采用課堂講授、啟發式,討論式多種教學模式,將案例教學、任務驅動教學、學生實驗、答疑指導等授課方式貫穿教學的全過程。根據課程實施過程,可以將教學內容分為以下5部分,分別為:案例講解和任務布置、方案設計和評估、實物制作和性能測試、實物驗收和撰寫報告、答辯和設計報告評分。在電子類課程設計的教學實施過程中,即要體現以解決復雜工程問題為目的的各項能力的培養,又要將《工程教育專業認證標準》中給出的12條畢業要求具體對應到具體的教學環節中。基于工程認證,電子類課程設計從如下四個方面進行了改革。
(1)在課程組織形式上,采用了分組進行的方式。常用的分組方法是教師隨機分組和學生自愿分組。教師隨機分組不利于發揮每位同學的潛力,形成學習合力;學生自愿分組容易出現“學霸”受歡迎、“學渣”沒人理的情況,不利于對團結合作能力的培養。為了克服教師隨機分組和學生自愿分組所帶來的弊端,電子類課程設計采用基于課前調查的綜合型分組策略,兼顧學生意愿,教師指導的分組方法。[5]具體來說,《數字電路課程設計》直接相關的前導課程是《數字電路與邏輯設計》,通過對《數字電路與邏輯設計》課程學習成績的調查,可以判斷學生進入課程前的學習基礎;通過對《數字電路與邏輯設計實驗》成績的調查,可以從一個側面了解學生的實踐動手能力。通過調查學生的歷史學習能力,結合其自我評價及分組意愿,教師可以指導分組,通過優勢互補來提升小組的整體能力。對個人能力突出的學生,可以充當項目負責人,在課程設計過程中考察整個團隊分工是否合理,能否妥善解決沖突等;而基礎相對薄弱的學生,可以充當項目參與人,在課程設計過程中考察對項目及自己承擔任務的理解,與團隊成員有無有效溝通等。學生只有明確了各自的任務和目標,才能激發學生的學習興趣并提升教學參與程度,充分發揮教學過程中學生的主體地位[6]。
全國大學生電子設計競賽由教育部高等教育司和信息產業部人事司主辦。競賽要求參賽者在規定的4天時間里,在競賽組委會派出的專家全程監控下,3人一組完成題目選擇、方案論證、電路設計、電路安裝、軟件設計、系統調試和論文寫作等一系列工作。全國大學生電子設計競賽試題實用性強、綜合性強、技術水平發揮余地大。所涉及的電子信息類專業的課程包括電路分析、高頻電路、數字電路、模擬電路、單片機原理、EDA、電子測量等;實踐性教學環節包括電子線路實驗課、單片機原理實驗課、課程設計和生產實習等;可選用的器件包括分立元件、集成電路、可編程邏輯器件和單片機等;設計手段可以采用傳統的,也可以采用現代電子設計工具,如Pspice輔助分析和CPLD在系統可編程。電子設計競賽試題既反映了電子技術發展的先進水平,又引導高校在教學改革中應注重培養學生的工程實踐能力和創新設計能力。
一、課程體系改革
課堂教學和實驗教學是相輔相成的,是學生學習與掌握知識的重要手段。學生在大學期間的學習,是一個認識、實踐、再認識、再實踐的過程。就認識而言,可以在課堂上認識,也可以在實驗室里認識;而就實踐而言,也同樣可以在課堂上實踐。主課程設置上可作如下安排:(1)一年級下學期開設《電路分析》課程并安排實驗課,讓學生掌握基本的分析電路和設計電路的知識;(2)二年級上學期開設《電子技術基礎》課程并安排實驗課,在學期末進行兩周的電子技術基礎課程設計,讓學生掌握模擬電路和數字電路的分析和設計知識,鍛煉工程實踐能力,使學生對電子專業產生濃厚的興趣;(3)二年級下學期開設《高頻電路》《EDA》和《電子電路設計(Protel)》課程并安排實驗,培養學生利用計算機設計電路的能力;(4)三年級上學期開設《單片機原理與接口技術》和《傳感器原理與應用》兩門課程并安排實驗,在學期末進行兩周的單片機課程設計,讓學生制作一個簡單實用的電子產品,充分調動學生的積極性,在設計過程中初步掌握程序編制及單片機電路的設計方法,了解電子產品的開發過程;(5)三年級下學期開設《電子測量》和《單片機應用設計》選修課,以單片機為控制核心并結合數字電路和模擬電路設計多個電子產品,使學生熟練掌握程序編制及單片機電路設計方法,熟練掌握各種儀器的使用方法,初步具備獨立開發電子產品的能力,為電子設計競賽培養后備人才。
大學生電子設計競賽分為全國性比賽和省級比賽,都是每兩年舉辦一次,單數年份為全國性比賽,雙數年份為省級比賽,通常在九月初舉行。參加競賽的同學主要為大三的學生,參賽前已系統地完成電子線路理論課和實驗課的學習,并掌握了一部分單片機和大規模可編程邏輯器件應用的知識,具有一定的理論基礎和動手能力。但是,由于所學各門課程比較獨立,同學們普遍缺乏解決實際工程問題和設計制作較大規模應用電路的工作經驗。因此,在電子設計競賽前的暑假,需要對參賽隊員進行培訓。由于學生已經在《單片機應用設計》選修課中得到鍛煉,培訓可以在此基礎上進行。重點提高學生分析和解決問題的能力、設計制作較大規模應用電路的工作經驗和多學科知識的綜合應用能力。在培訓過程中仿照競賽要求將同學分組,從較簡單的應用電路開始,要求每組學生完成數個難度遞增的實驗電路設計、制作與調試,并寫出詳細總結報告。在制作每個電路的訓練過程中,鼓勵學生用不同的方案實現,培養學生的創新能力。
二、師資隊伍建設
現行教育體制目前還存在一些問題,重知識傳授而輕素質與能力的培養,重理論研究而輕實踐環節的訓練,重對傳統的繼承而輕對現狀的突破和創新。認為實驗課只是一個輔助環節,實驗課的老師可以隨意配備,任課老師只要會示波器、信號源和穩壓電源等簡單儀表的使用就可勝任實驗課的教學任務,這種觀點是片面的。實驗課不單純是讓學生學會儀表的使用,學會測量幾個實驗數據,更重要的是要幫助他們樹立一種系統觀念、培養他們系統分析問題、解決問題的能力,提高工程實踐能力和培養創新精神。這些不僅要求任課老師有深厚的理論基礎,而且還要有較高的業務能力。為此,實驗課應該配備一支綜合素質高、業務能力強的實驗教師隊伍。我國現行高等院校大部分實驗教師是青年教師,他們理論基礎較好,但實踐經驗缺乏。為了提高教學效果,一方面他們可以向有經驗的老教師學習;另一方面,可以到電子企業考察學習,從實際的工作中獲取實踐經驗。
三、培養學生創新能力
關鍵詞電子學建構主義教學研究中圖分類號:G424文獻標識碼:A
電子學是機械類專業的一門重要專業基礎課,直接影響到傳感器及測試技術、單片機及其應用等專業課課程的學習。電子學課程內容較多,對于初次接觸的學生來說,理論與概念抽象,難以理解,是學生一直認為比較難學的課程。為了提高學生學習的興趣,培養其團隊意識與創新意識,本文在分析我校目前電子學教學過程中存在問題的基礎上后,從建構主義學習理論的情境與協作兩方面著手,初步探討了電子學教學方法的改革,通過有益的嘗試,取得了較好的教學效果。
1 電子學課程教學現狀
電子學是我校非電理工類專業的一門重要專業基礎課,如機械設計及其自動化、農業機械化及其自動化、汽車服務工程等專業都開設了該門課程。該門課程內容包括模擬電路與數字電路兩部分,課程的主要任務是研究電子理論、電子器件及電子電路的應用,具有內容涉及面廣、概念抽象、理論性與實踐性強等特點。①②一直以來,我校電子學課程主要以理論教學和實驗教學相結合的方式進行,課堂上進行了理論講述后,實驗課進行實驗驗證。從學生學習情況與畢業設計反饋的信息分析,電子學課程教學存在以下幾個方面的問題:
1.1 教學方式單一
受傳統教學模式影響,電子學課堂教學方法仍以被動式居多,即教師主動教,學生被動學,師生之間界限分明,課堂上師生之間互動性不夠,缺少交流和溝通,學生學習時缺乏積極主動的思考,氣氛呆板、沉悶,學生學習的積極性難以調動起來。
1.2 教學手段單調
受傳統教學手段的制約,教師多采用粉筆板書教學,對電子學知識的一些精髓內容往往難以準確、完整地加以表達,如學生對初次接觸的半導體等基本概念與電子理論的理解表面化,對電子學知識中的三極管等元器件與設備的學習抽象化,對放大電路等電子電路與電子技能的應用格式化,導致學生分析問題與解決問題的能力難以得到提高。
1.3 驗證性實驗偏多
為保證學生在規定時間內完成實驗教學任務,該門課程所開設的實驗主要是一些依附于電子理論教學需要的驗證性實驗, 不僅缺少理論聯系實際的綜合性實驗,更缺少能培養學生獨立思考與實踐動手能力的設計性實驗。學生缺乏自主設計與制作電路的能力,不利于學生創新思維和實踐能力的培養。
2 電子學教學方法的改進
為提高電子學教學效果,培養學生的創新意識與實踐能力,近幾年來,筆者對電子學教學方法進行了不斷地探索。建構主義學習理論認為“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素,③④筆者從情境與協作兩方面著手,對電子學課程的理論與實驗教學方法進行了研究。
2.1 以多媒體課件為平臺,創設多樣化情景,實現情景教學
建構主義認為,學習活動是在一定的情境即社會文化背景下進行的,在教學過程中應把學習與具體的情境聯系起來,使學生形成背景性經驗,從而掌握知識的相關性,在情境中對所學知識形成多方面意義建構。⑤在電子學課程理論教學中,創設多樣化情境有利于調動學生的多種感官去探索問題并解決問題,從而培養創新意識。因此,可以以多媒體課件為平臺,創設多樣化情景,并在課件上以聲、圖、動畫的形式體現,實現情景教學,提高學生學習興趣。此外,還能有效地增加課堂信息量, 提高教學效率。
情景一:二極管教學時,可以電視機、手機上的充電器上的指示燈為教學情境,提升學生的感官認識。
情景二:特殊二極管教學時,可以家用電器所需的穩壓裝置為教學情境幫助學生理解穩壓二極管,以機器人自動巡線為教學情境幫助學生理解光電二極管。
情景三:放大電路教學時,可以上課所用麥克風、收音機等為教學情景,分析放大電路的作用是對一個微弱的信號進行放大從而推動負載進行工作,強度其用途廣泛,提高學生學習的主動性。
情景四:放大電路失真教學時,以電話通話、KTV唱歌顯原音為情景教學,分析失真的概念,加強學生對概念的直觀理解。
情景五:直流穩壓電路教學時,以手機充電器,筆記本電腦工作以及電工電子實驗臺所需供電電源為教學情景,提高學生的學習興趣。
2.2 設計教學任務,營造自主學習、協作學習的環境,培養合作精神
建構主義認為,學生與周圍環境的相互作用對知識的意義建構起著關鍵作用。即學生之間通過協作交流,對知識的理解將更加豐富和全面,教師則應盡量引導學生進行探究,提高學生學習的自主性,使其主動搜集、分析并利用有關的信息和資料。⑥根據建構主義思想,在電子學課程的實驗教學中,改變傳統的實驗模塊化教學方式,并減少驗證性實驗數量,增加設計性、綜合性實驗比例,即在實驗教學過程中,教師布置實驗教學任務,由學生自主設計實驗電路并協作完成實驗。由此,培養學生創新能力、實踐能力及合作精神。
任務一:低頻電壓放大電路設計。
給定三極管、電阻元件若干、電容元件若干與導線等,要求實現單管電壓放大電路、射極跟隨器等放大電路,并通過實驗臺上的函數信號發生器、示波器等進行調試與驗證后總結對應的放大電路特性。
任務二:集成運算放大電路設計。
給定集成運算放大電路芯片LM741,電阻若干,要求實現加法運算放大電路、減法運算放大電路及比例運算放大電路等,并通過實驗臺上的函數信號發生器、示波器等進行調試與驗證。
任務三:直流穩壓電源設計。
給定四個二極管IN4007、變壓器、穩壓管、電阻若干、電容若干與導線等,要求分別實現二極管橋式整流電路、電容濾波電路與穩壓管穩壓電路,調試與驗證后對試驗結果進行分析,總結電路的特點。
任務四:組合邏輯電路設計。
給定門芯片如74LS00、74LS08、74LS20等,要求學生自主設計表決電路、比較電路及加法器等組合邏輯電路,并通過相互間的協作完成實驗內容。
任務五:計數器設計。
給定觸發器芯片74LS74、74LS112和LED指示等,由學生自主設計加法計數與減法計數電路,通過相互間的協作完成實驗內容。
3 教學效果
將建構主義學習理論應用于電子學課程教學中,通過兩年的教學實踐,教學效果得到明顯提高。
3.1 學生學習興趣與學習熱情得到提高
以多媒體課件為平臺,創設多樣化情景,實現情景教學,使學生在營造的教學情境中,明白了所學理論的實際用途,在學習過程中做到理論與實踐相結合,從而激發了學生的求知欲,調動了學生學習的自主性和積極性,學習興趣與熱情也因此得到提高。
3.2 學生合作精神與協作能力得到培養
實驗教學中由教師布置實驗教學任務,學生自主設計實驗電路并協作完成實驗,是以教師為主導,學生為主體的教學方式,培養了學生的合作精神,在近幾年的各類創新比賽如全國大學生電子設計競賽、機器人電視大賽中,學生之間的協作能力可見明顯提高。
3.3 學生創新思維與實踐能力得到提升
情景與協作相結合的教學方式,培養了學生獨立思考問題與解決實際問題的能力,因此創新思維能力得到提高,在近幾年的教學中,學生積極提出自己的創新想法,并付諸實踐,同時,積極參加各類創新設計大賽,取得良好的成績。
注釋
①郭秀梅,姜灤生,李曉霞等.基于建構主義學習理論的電工電子學教學實踐[J].河北科技師范學院學報,2005.19(4):63-66.
②羅亞輝,李旭,康江等.論電子學實驗教學與創新能力的培養[J].今日科苑,2008(2):261-262.
③王沛,康廷虎.建構主義學習理論述評[J].教師教育研究,2004.16(5):17-21.
④張慧惠,朱樂紅.建構主義教學理論與大學生英語自主學習能力的培養[J].湖南農業大學學報(社會科學版),2007.8 (1):90 -92.