基于实践的“电子电路”翻转课堂建设

王 蓉，王 欢，黎 飞，李连鸣，张 雷

(东南大学 信息科学与工程学院，江苏 南京 210096)

0 引言

翻转课堂是指教学中重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生。在这种教学模式下，教师不再占用课堂时间来讲授，学生在课前通过在线视频等资源完成自主学习，课堂内时间，师生互动共同研究探索问题，从而达到更好的教育效果[1-3]。

目前，各高校的翻转课堂建设工作处于起步阶段，主要形式是以布置作业，安排自学，课堂答疑讲解等为主，翻转的主要内容围绕课程知识，较为单一。虽然培养了学生的自学能力，但仍以知识传授灌输为主的翻转导致课堂师生研讨话题很难深入，学生也很难有针对性地提出问题。

“电子电路基础”是电类专业一门重要的专业基础课程，也是一门工程性、应用性较强的课程，为学生提供半导体物理基础、电子器件、电子线路的分析和设计方法等，是一门理论与实践结合的课程，相关的实验教学在加深学生对理论知识的理解，培养学生独立解决问题的能力、工程设计能力和正确的科学探究方法等方面非常重要。学生实验中遇到的问题，是最好的教学资源和翻转课堂研讨内容[4-5]。

针对目前的翻转课堂普遍缺乏围绕实践的互动研讨这一问题，本文基于东南大学“电子电路基础”课程的校级重点改革项目，探究在翻转课程的建设过程中，如何把理论和实践课完全融合，在在线课程资源充足的基础上，把理论的重、难点知识以实验实践内容展现，并将其作为翻转课程研讨的主要内容[6]。

1 翻转课堂目前存在的主要问题

翻转课堂模式要求学生在上课之前通过在线课堂等方式学习相关知识。如果在翻转课堂上仅仅是通过答疑方式或教师再次以重难点讲解方式进行二次学习，那么实际上，学生花费了几乎成倍的时间成本，不一定获得成倍的学习收益；如果翻转课堂以学生提问教师答疑，或教师设置问题，学生根据自学回答，此时师生研讨的内容很难深入具体。学生作为知识初学者，也很难发现或提出高质量问题。翻转课堂上师生研讨的范围依然局限在书本理论知识，虽可培养学生的自学能力，但主要还是知识灌输，缺乏实战和应用，缺乏深入互动的研讨内容。

2 实践发现问题是最好的研讨内容

翻转课堂与传统课堂相比较，获取知识的方式发生了变化。如果只是简单地实行课堂翻转，即以传递知识、灌输知识为核心，那么翻转课堂与传统课堂一样，仅强化巩固了知识记忆。反之，如果翻转课堂中的内容设置和问题引导可以使学生进行探究式学习，养成发现问题、分析问题、应用知识去解释和解决问题的思维方式，那么翻转课堂才能真正激发学生自主学习和运用知识的能力。

理论实践兼备的课程，实践中的问题就是最好的引导学生自主学习的素材和契机。教师把课程中理论的重、难点以实践项目的形式布置给学生，引导学生在实践中发现问题；充分利用丰富的线上学习资源，引导学生课前思考这些问题，并尝试用已学知识和在线知识去分析问题和解决问题；师生在翻转课堂上对该问题的讨论可以从基本概念开始，共同分析实践中发现的问题，引导学生思考问题产生的原因和解决方案，使学生在解决问题的同时吸收知识，并提出新的问题。这种基于实践发现问题的翻转课堂，可以激发学生好奇心与学习兴趣，并学会学以致用。具体实施时，①可根据问题大小，动态分组实行合作学习、讨论，提高协作学习能力；②以能力、素质培养为主线，训练自学能力、解决问题能力和创新能力，使学生能够真正掌握知识、运用知识，获得自主学习并解决问题的快乐。

3 基于“实践问题”的翻转设计案例

以东南大学“电子电路基础”课程中的“频响单元”来说明如何利用实践来进行翻转课程教学内容的设计。

3.1 理论和实践教学目标

教师确定翻转课堂要实现的理论和实践的教学目标如表1所示。

表1 理论和实践教学目标

3.2 问题引导和自学指导

设置实验项目，作为翻转课堂前的问题引导和自学指导。要求在Multisim中输入三种不同频率(0.1 kHz、1 kHz和10 kHz)、相同峰峰值幅度(2 mVpp)的正弦波信号到已完成设计的放大器(前序课程已完成)，如图1所示。观察瞬态波形输出，并从示波器上显示的波形峰峰值获得增益值，填入表2。

图1 放大器电路图

表2 不同频率输入信号时放大器增益值

问题引导：引导学生对比思考表2中的数据后回答：不同频率信号输入时，放大器的增益相同吗？如果不相同，那么原因是什么呢？

自学指导：指导学生学习课本和在线课程的“频率响应”章节，分析原因。

3.3 翻转课堂

1)问题回顾和引导

翻转课堂开始时，请学生发表对放大器不同频率信号、不同增益的问题研究，包括该问题的研究过程、问题发现、合理解释、学习了哪些知识、有无能解释该问题、有何启发、有无进一步的分析验证等。

2)重点讲解和课堂实践

在师生充分交流的基础上，教师总结该问题产生的原因和分析方法，总结本次课程的重点理论内容——传递函数、频率响应及电路参数选择与频响关系。引导学生复习电路中学过的电容、电感特性，给出RC低通和高通电路，让学生用自学的传递函数、极零点知识去推导电路的幅度和相位传递函数A(ω)、φA(ω)，理解极零点、带宽与R，C的取值关系。采用仿真软件和口袋实验室测试电路上、下限频率。用理论推导和实验验证双重学习，让学生理解电路中带宽的决定因素，掌握如何改变带宽。

3)分组实践研讨失真问题

翻转课堂中继续引入实践环节，将全班同学分为A，B两个大方向开展分组实践研究失真问题。

A组学生给晶体管放大器电路加入峰峰值=10 mV，频率=2 kHz的正弦波和峰峰值=10 mV，频率=4 kHz的正弦波串联作为信号源输入，其示意图如图2(a)所示。观察输入输出瞬态波形情况，并采用频谱分析仪观察输入、输出信号频谱。再改为加入峰峰值=10 mV，频率=2 kHz的正弦波和峰峰值=10 mV，频率=40 kHz的正弦波串联作为信号源，观察输入输出波形和频谱，其示意图如图2(b)(c)所示。

(a)信号源

B组学生给晶体管放大器电路分别加入峰峰值=1 mV，频率=2 kHz的正弦波和峰峰值=100 mV，频率=2 kHz的正弦波作为信号源输入。采用示波器和频谱分析仪，查看输出信号波形和频谱。

A组学生实验观察会发现，2/4 kHz输入的频谱输出仍为2/4 kHz，且频谱强度上，2 kHz与4 kHz差别不大；2/40 kHz输入的频谱输出仍为2/40 kHz，但频谱强度上，40 kHz比2 kHz小很多，这说明40 kHz信号的放大倍数远低于2 kHz，这与前面的频响问题互相印证，加深认知。同时，也带出了线性失真的概念。

B组学生实验观察会发现，1 mV输入时，输出信号频谱主要是2 kHz；100 mV输入时，输出信号频谱主要是除了2 kHz，还含有大量的谐波分量。这里面就引导学生研讨非线性失真概念。

失真问题对学生而言有一定难度，如果仅仅讲解理论，学生很难理解透彻。用“实践+研讨”的方式学习，使学生先有了直观认知。而后再引导学生去理解线性失真和非线性失真的异同，学生普遍感觉容易理解和接受。

4)学以致用的进阶研究

频率响应的一个广泛应用就是滤波器。鼓励学生通过在线课程资源，进一步扩展学习相关内容，灵活应用频率响应单元的知识，了解低通、高通、带通、带阻等不同的滤波器类型，学习无源、有源滤波器的构成和分析设计方法。

4 实践翻转教学效果

翻转课堂是把学习求知的主动权交给学生，学生需要在正确的引导下，通过资料查找、视频学习等完成自主学习，因此肯定会促进学生的自学能力提升。同时，课堂研讨会增强师生互动，提高学生的表达能力。翻转课堂实施以来，学生的学习兴趣被充分激发，学生学习变被动为主动，翻转课堂中学生的参与积极性高，学生的知识应用能力和解决问题的能力得到了极大的提高。

1)激发学习兴趣，理论联系实践

翻转课堂中教师的预设的问题不再是单纯的理论知识或者完成作业题，而是从一个个实验项目中，让学生自己动手操作从实验现象中去发现问题，驱动了学生的学习热情和好奇心。通过思考问题产生的原因，在教师提示下再去自学某个理论知识来试图解决问题，会让学生激发求知兴趣，学会学以致用，增加成就感。

2)培养学生发现问题、分析和解决问题的能力

实践中引导学生进行实验结果的分析、对比和思考。授人以鱼不如授人以渔。翻转课堂中的教师不仅仅是知识的传授者，更应该是学习方法的引导者。让学生在探究中打开思维，善于发现和分析。而如何解决问题，就是一个最好的综合能力的训练。学生需要调动自己的知识储备，当所学知识不够时，能学会如何外求资源，内化吸收，从而解决问题。一些探究性问题，往往还会伴随着创新过程。

5 结语

翻转课堂对促进我国的课程教学改革向纵深的方向发展有非常积极的作用，而各种线上线下学习资源的极大丰富也为翻转课堂的实施提供了极大的方便。翻转课堂的有效实施必然会提升学生的学习深度和广度，对学生的学习热情和学习能力培养也有正向作用。但同时翻转课堂也对教师和学生提出了更高的要求，教师需要更高的课程把控能力和更深的专业造诣及课堂组织能力，学生需要更积极的投入，更主动的学习，付出课后更多的时间精力。本文以“电子电路基础”课程为例，展示了理论和实践结合类课程的翻转课堂的设计思路和教学案例，为翻转课堂的内容建设提供了一种思路。实施效果表明，基于实践内容研讨的翻转课堂激发了学生的学习兴趣，提高了翻转课堂中学生的参与积极性，提升了学生发现、分析和解决问题的能力，起到了良好的教学效果。