基于翻转课堂的计算机辅助电路设计教学成效分析与评价

尤文坚 黄荣喜

[摘           要]  翻转课堂是一种新型的课程教学模式，对基于翻转课堂的计算机辅助电路设计教学成效作了分析与评价。结果表明，经过改革后学生提高了课程学习的兴趣，降低了学习的难度，提高了学习的效果。并对翻转课堂教学实践中出现的一些问题进行了分析与探讨。

[关    键   词]  翻转课堂;电路设计;成效分析

[中图分类号]  TN702                  [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603（2021）41-0078-02

一、前言

计算机辅助电路设计是高职院校电子类专业的核心课程，其内容融合了电路设计、计算机软件、电子制造工艺等相关知识。高职院校学生的接受能力、自学意愿、学习毅力参差不齐，以讲授为核心的单向传递知识教学模式存在一些弊端，如师生之间缺少互动性、教师的讲授内容无法适应学生的差异性等，在教学实践中普遍存在学生学不会、不愿学、无兴趣等情况。

当前是一个网络时代，4G方兴未艾，5G又来临，各种新媒体、自媒体充斥各个网络空间，网络时代成长起来的学生与传统的课堂授课方式之间有一条巨大的鸿沟，学生对知识更愿意查询而不是课堂灌输，他们要的是交互式教育，而不是广播式教育。翻转课堂的出现对解决上述问题提供了一条思路，其特点是学生自主规划学习内容、学习节奏和接受知识的方式，课后通过看视频、微课、阅读指定的电子书等学习相关的知识点，教师在课堂上主要和学生交流、引导、答疑，这种模式引发了教师角色、课程模式、管理模式等一系列的变革[1-2]。

二、课程改革的具体实施

计算机辅助电路设计课程不同的模块具有不同的特征，比如原理图绘制模块只需要学生掌握相关的操作步骤及技巧，对理论方面的要求比较少;PCB板设计模块不仅要求学生掌握相关的操作步骤及技巧，还要求学生掌握电路工作原理、电磁兼容理论、电路制版工艺等。在课程内容的选择上，根据实际电子产品电路的设计过程，分解出典型工作任务和课程的核心内容，根据不同模块的特点设计教学流程、师生交流内容、知识传递的模式、师生在线交互的技术准备等，开发课程知识点短视频、微课、在线交互知识材料。

以印制电路板设计模块为例，我们按照知识体系把模块拆分成PCB设计界面认识、电路板物理结构及环境参数设置、在PCB文件中导入网络表、元件布局、电路板布线、覆铜及补泪滴6个知识单元，每个知识单元又细分为若干个知识点，每个知识点开发不同的信息化资源供学生课前学习，这些信息化资源都力求简单、清晰、明了，不涉及比较深入的理论讲解，符合高职高专学生的认知与学习习惯。

根据设定的翻转课堂教学模式，已连续3年在电子信息工程专业的计算机辅助电路设计课程教学中实施。任课教师布置学生课前通过信息化资源学习相关的内容，在课堂中与学生进行交流、答疑与引导，指导学生进行实际操作与实际进行电路设计，学生可灵活规划学习内容和学习节奏。

三、课程教学成效

我们以电子信息工程专业的学生作为统计与分析的样本，该专业的计算机辅助电路设计课程从2007级至2015级一直采用传统的授课方式，在教学过程中出现的问题越来越多，学习效果不理想，课堂气氛沉闷，在课程的后期有些班近四分之一的学生无法跟上学习的进度，对学习感到厌倦。

从2016级至2018级开始采用翻转课堂教学方法，课程结束后在2个班级采用李克特量表五级积分方式制作调查问卷，了解学生对该教学模式的看法和态度[3]。

在根据李克特量表五级积分方式设计的调查问卷中，重点调查了学生对翻转课堂教学法的接受程度，对课程学习的兴趣度以及各个内容模块的掌握程度。发放调查问卷60份，收回有效问卷 51 份。用统计软件分析了歷年来学生该门课程的期考成绩，各个模块单元得失分的情况，调查了学生历年来参加广西职业技能竞赛电子产品设计及制作项目在PCB板绘制模块的获分情况。结果表明，基于翻转课堂的计算机辅助电路设计课堂教学产生了以下三方面的实施效果。

（一）提高了课程学习的兴趣

在传统的Altium Designer 10课程教学模式中，一般是教师通过PPT按照知识体系课程内容陈述一遍，讲解相关知识点，再布置学生做相应的练习。由于利用Altium Designer 10进行电路设计的知识点繁多，内容专业、艰深，特别是系统设置的内容满版都是英文单词和专业术语，高职学生专注力又比较差，很难长时间集中注意力听讲，走神、看视频、玩手机、逃课等现象屡见不鲜。

翻转课堂的模式一定程度上改善了这种状况，由于学生对网络产品的天然磁性，绝大部分学生对老师要求课前观看的微课、短视频等都能按时完成，在课堂师生互动中，学生都能踊跃参与，课堂气氛活跃。

（二）降低了课程学习的难度

Altium Designer 10电路设计的部分内容比较难，如网络表导入PCB文件中同步比较规则的设置、元器件自动布局和自动布线中约束参数的设定、信号完整性分析规则设置等，翻转课堂教学模式能把难点分解成一个个离散的个体，学生能在课前反复观看相关的短视频或微课，在课堂上跟同学、老师交流谈论，在一定程度上降低了学习的难度。

在进行电路板综合设计的练习中可以看出，以往学生进行电路原理图绘制、导入网络表、元件封装的布局、布线都能完成，但都是采用手工布局、手工布线比较多，自动布线比较少，并且很多设计规则设置得不合理，不符合电磁兼容性，电路板工艺性不好，这些问题的出现说明学生对相关的知识点没有掌握，只是单纯完成电路的布线任务。应用翻转课堂教学后，在课程的后期学生都能比较准确地应用自动布局和自动布线，信号的完整性分析也比较熟练，这说明翻转课堂的教学模式在一定程度上消除了学生对应用大量英文单词的恐惧，对课程内容学得更深、更透。

（三）提高了学习的效果

一门课程的学习效果体現在学生的知识目标、能力目标、素质目标的达成上，我们在设计考核题目时，对试题的题量、区分度、难易度、知识点的覆盖面等都作了比较合理的安排，基本覆盖了原理图设计、原理图的后续处理、印制电路板设计、电路板的后期处理、创建元件库及元件封装、信号完整性分析的各个知识点。

我们随机选取了3个班的技能考核试卷进行跟踪研究，结果表明，应用翻转课堂教学模式之后，教学效果有明显的上升。以近两年为例，2017年电信专业计算机辅助电路设计课程的优秀率（86～100）、良好率（76～85）、及格率（60～75）、平均分分别为65.2%、21.7%、13%，85.7，2018年分别为36.8%、55.3%、7.9%，84.2，在课程教学质量测评中，学生对课程教学质量的评分均达到95%以上。

以广西职业院校技能大赛电子产品设计及制作赛项为例，该赛项有一个线路板绘制模块，要求按照竞赛设计任务书，利用给定的电路原理图、约束条件和Altium Designer软件，设计出PCB板图，在设计过程中要考虑电路的信号完整性以及高速电路的电磁兼容性。近三年来，在比赛中该模块是我们感觉最放心的模块，学生发挥得都很好，得分几乎都接近满分，在一定程度上说明了翻转课堂教学模式的有效性。

当然，计算机辅助电路设计作为一门操作性很强的课程，教学效果不能仅看考试成绩，还要综合考查该课程在人才培养中的各个要素，如学生学习的兴趣、团队合作精神、项目设计的速度等，这些要素评价的主观性比较强，无法量化，但通过各个任课老师的座谈、分析都可以得出结论，翻转课堂教学模式的应用对学生学习效果的促进作用是明确的。

四、讨论与总结

翻转课堂教学模式的效果无疑是正面和确切的，但是评价一种教学模式的总体效应，应该从更高的层面、更多的维度去研究，比如不同课程的适应性、教学成本、教学效果提升的显著性与持续性等，不能只追求工具的标新立异，而造成内容上的缺失。我们感觉适合计算机辅助电路设计课程翻转课堂的还是短视频及微课，盲目地追求信息化工具的新颖性，甚至要求学生完全自行学习课程内容，要求学生制作并上传视频作品，这事实上超出了高职学生的能力，也偏离了高等职业教育的初衷。另外，还需要师生从学习理念、行为习惯上真正改变，而不是仅仅把翻转课堂当作传统课堂的延续和补充，需要对课程内容从整体上进行梳理与重构，把课程内容分解成碎片化的知识点并以信息化的形式呈现，否则容易造成课程内容的缺失。这需要教师对最新的信息化技术很熟悉，对课程体系梳理得很清晰，深刻理解翻转课堂的基本理论，并根据具体的课堂、具体的学生对象做出调整，才能取得好的效果。

参考文献：

[1]张颖，冯从经.基于翻转课堂的双语教学模式探讨[J].黑龙江教育，2018（6）.

[2]施慧英.基于学习共同体的高职英语写作翻转课堂教学设计及成效[J].宁波教育学院学报，2018（6）.

[3]高玉垒.基于BYOD的高职英语混合式对分课堂实践与效果研究[J].中国职业技术教育，2019（14）.

◎编辑 鲁翠红