数字电路课程的翻转课堂教学及调研

宋彩霞　陈龙猛　张克宏　马德新

摘要：以数字电路课程为例，介绍一个模板的翻转课堂实施过程和实施翻转课堂的经验，并提出几项挑战。

关键词：数字电路；翻转课堂；学生参与；主动学习

1.背景

最近很多文献提出：高等教育如何通过授课满足学生毕业后对知识与技能的持续需求。一种方法是鼓励教师从“台上的智者”转变为“学生的向导”。“台上的智者”指教师是课堂的主导者，通过授课这一方式传授知识。“学生的向导”是指学生是学习的主体，教师充当指导者与资源提供者。

“台上的智者”这一理念是一种被动的学习方法。教育工作者发现，学生在课堂开始的10分钟后，注意力开始下降，严重影响学生对知识的吸收和消化。“学生的向导”这一理念扎根于学习的构建主义理论。这个理论暗示知识是不能被直接传授给学生的，学生拥有的是信息而不是知识，知识必须被个人进行构建或者重构建，即运用早已获知的知识使信息变得有意义。学生参与知识的构建与重构建是通过运用主动学习策略（比如基于问题的学习、基于项目的学习、思想共享等）来实现的。新的教学方法——翻转课堂（Fliped Classroom）则结合了前面描述的两种理念，促使教师更加细致地设计教学策略，让学生获得布卢姆分类（Blooms Taxonomy）嘲中的所有层次。

传统教学中，知识传授由教师在课堂上讲授来实现，知识内化则通过学生的课后作业来完成。翻转课堂颠覆了这种形式：知识传授通过学生在上课前阅读材料、观看视频讲解来完成，知识内化则通过在课堂参与各种主动学习策略，如辩论、组内协作、基于问题/项目的学习等来完成。这种教学方法可使学生达到布卢姆分类中应用、分析和综合等方面的高层次水平。

工程教育者运用翻转课堂的方法授课，构建课堂时间为主动学习策略，重新设计主动学习策略，如结对共享活动、学生发言与讨论、小组协作、基于案例的方法等，提高学生的参与性。笔者运用本校校级精品课程数字电路与数字逻辑探索翻转课堂的实施，并描述学生对此方法的看法，力求促进学生的课程参与度，提高其学习效果。

2.翻转课堂的实施

2.1教师准备

有3位教师参与数字电路课程的授课，主要运用翻转课堂教学方法，重新设计后将传统授课方式转变为混合授课方式（网上在线视频+课堂面对面讨论）。学期开课前给出模板大纲，列出翻转课堂的3个组成部分：课前准备、课堂活动、课后巩固。针对模板中每个组成部分，教师根据授课内容设计出明确的活动。另外，模板鼓励教师彰显布卢姆分类法的各个层次：课前准备部分主要关注低层次的布卢姆分类法，比如记忆、理解；课堂活动的面对面讨论部分考虑的是高层次的学习，比如应用、分析、综合、评价；课后巩固则通过形成性评估方法与总结性评估方法建立高层次的学习。教师每月开一次交流会，探讨出现的问题及其解决办法，并提供教学资源，确保翻转课堂的实施效果。

2.2翻转课堂设计

以数字电路中计数器的原理及应用为主题，设计翻转课堂模板，如表1所示。

1）课前准备。

课前准备的主要目的是鼓励学生自主学习。使其了解基本概念和数字电路知识的实际应用情况。

在每一章开始之前，由本校工程专业创新小组成员给学生作报告。这些成员均为高年级学生，大都参加过全国、省级或校级的各类电子产品设计比赛，有较为丰富的参赛与完成设计项目的经验。他们通过介绍参赛心得及如何运用所学知识解决实际问题，并联系设计过程中用到的数字电路知识，使学生对数字电路产生浓厚的学习兴趣。每周末将下周要讲解的内容上传网络，学生可按照自己的时间独立学习，对不理解的内容可自主搜索或记录，为课堂讨论做准备。学生网上预习后，会进行一个简短的课前测试，成绩会反馈给教师，帮助教师了解学生对基本概念的理解程度，为教师有效分配课堂时间、组织学生的主动讨论和对概念进行更深层次讲解提供参考。

2）课堂活动。

教师应紧贴学习目标，根据课前测试的反馈情况来设计课堂面对面的主动学习策略，提高学生的主动参与性。有许多主动学习策略供教师在课堂上使用，但在设计面对面的课堂活动时，注意不要采用过多的主动学习策略。其目的是使学生熟悉主动学习策略，避免学生过于关注主动学习策略的方法而忽视相关知识的学习。

在计数器的原理及应用的课堂活动中，学生通过独立或小组协作的方式解决问题。对于一些比较容易混淆的概念，如计数器的同步置零和异步置零方式、同步预置数和异步预置数方式，学生通过列表的方式进行特点总结，不同场景中不同方式的选择则采用批判性思维方法进行选择。教师监督整个过程，帮助学生理清概念，通过各种演示及实践活动促进学生对知识的内化。

3）课后巩固。

课后巩固包含2种形式：课后习题+实验实践。课后习题来自课本后的习题和教师网上收集的一些题目，主要形式是分析设计，让学生通过运用本次课的知识分析、解决问题，以达到巩固的目的；实验实践主要运用现实生活中的实例，如在各种比赛场合使用的多路智力抢答器的设计、交通信号灯的设计等，、让学生用数字电路的知识来解决实际问题，提高学生的学习兴趣，加强其分析问题、解决问题的能力。

评估是翻转课堂课后巩固的一个重要组成部分。评估标准应与网上提供的材料及课堂活动内容相一致，分为形成性评估（在每次课堂作业之后）与总结性评估（期中与期末考试），采用多样化的评估形式：论文、期中考试、期末考试、案例研究、课堂展示、课后作业、实验情况等。评估方式的多元化构成有效避免了考试之前的突击式学习，大大减少了学生之间抄袭作业的恶习，突出了自主协作学习的重要性。

2.3学生态度调查

学生态度调查是从学生的主观角度对数字电路翻转课堂的教学效果进行反馈。针对5个问题展开问卷调查，结果分为5个等级（1代表强烈反对，5代表非常同意），如表2所示。

由表2可以看出，学生喜欢课前准备阶段的观看视频、资料查询、创新小组作报告等形式，这有助于学生提前了解授课内容，理解概念，了解数字电路的应用，提高学习数字电路的兴趣与主动性。学生比较欢迎在课堂中进行面对面讨论的教学模式，该模式有利于其加深对知识的理解与运用，并使学生的批判性思维能力得到显著加强，与教师的沟通联系也更加密切。

有一些问题需要引起关注，包括在课前准备部分的执行中，没有教师可以为学生解答问题，也有可能有的学生没有为课堂的面对面主动学习做准备，相似的问题在文献【10，11]中也提到过。解决方法可以是教师利用QQ群或微信的方式及时解答学生的问题，问题在第一时间被教师解答，学生感到他们的学习是有价值的，从而更愿意服从教师的教学安排。

3.学到的经验

通过青岛农业大学数字电路翻转课堂的实施，借鉴其他相关课程的翻转课堂教学经验，我们提出5个关键元素来支持学生参与翻转课堂的学习。

（1）教师需要学生理解翻转课堂是什么？为什么要用翻转课堂的教学模式？如何运用这种模式？

（2）为支持翻转课堂，翻转学习的环境必须是灵活的。环境需要提供各种学习模式，学生应该能选择在何处、何时学习。

（3）教师需要仔细选择与评估教学内容：哪些是直接讲授的内容，哪些是需要学生自学的内容。

（4）在课堂中应采取以学生为中心的教学方式，课堂时间应被用来探索主题以拓宽学生的知识面，创造丰富的学习机会。.

（5）课堂中应该实现从授课（Lecture）到活动（Activity）的转变，强调哪些活动是在课堂完成的，活动以何种形式完成。

4.挑战与未来方向

在实施翻转课堂提高学生主动学习的过程中，存在以下几项挑战。

（1）网上授课视频的质量问题、视频声音与画面的清晰度、教师授课是否与画面一致等。

（2）每集视频讲座的时间太长，学生注意力容易分散。

（3）学生观看视频时，遇到问题不能及时求助教师。

针对以上问题，翻转课堂未来的发展方向应该依据以下几个方面。

（1）视频应按照用户友好方式制作，保证语音与画质的清晰与一致。

（2）视频应该按照专题制作成15-25分钟的短片，以保证学生集中精力观看。

（3）开通网上论坛、微信、QQ等交流形式，便于教师与学生之间的互动，及时解决学生遇到的问题。

5.结语

通过对数字电路翻转课堂的探索，我们深刻认识到翻转课堂作为一种新的教学模式，帮助教师实现了从“台上的智者”到“学生的向导”的转变，为培养学生批判性思维、促进学生协作学习、提高学习主动性提供了机会。同时，教师可更加灵活地拓宽知识的广度与深度，并通过基于问题/项目的学习活动给学生提供应用知识的平台。运用翻转课堂，学生不仅能获得布卢姆分类中的所有层次，对其他相似课程运用翻转课堂来提高学生的参与性也具有很好的借鉴作用。