發布時間:2022-03-29 13:37:40
序言:寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁,我們為您精選了8篇的大學電路知識點總結樣本,期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發,請盡情閱讀。
關鍵詞:研究性教學;案例式教學;興趣;積極性
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)15-0233-02
1998年,美國博耶研究型大學本科生教育委員會報告“重建本科教育:美國研究型大學發展藍圖”中提出:教學應與研究相結合,學生的學習應基于研究,建立以研究為基礎的教學模式。2005年,國家教育部《關于進一步加強高等本科教學工作的若干意見》中明確提出:“要積極推動研究性教學,提高大學生的創新能力”。2010年教育部提出實行“卓越工程師教育培養計劃”,其主要目標是培養一大批創新能力強、適應社會經濟發展需要的高質量工程技術人才,促進工程教育改革和創新,全面提高我國工程教育人才培養質量[1]。在此背景下,必須對現有的課堂教學模式進行改革。本文主要探討將研究性教學與案例教學相結合引入到針對獨立課程《電力電子技術》中的初步嘗試。
一、研究性教學和案例教學結合的可行性
所謂研究性教學是指以解決問題的方式組織教學過程。而案例教學是要求教師根據工程實際,加以分析匯總,改編加工成教學案例,通過多媒體等教學手段對生產現場的實際情況進行模擬再現,并組織學生分析和討論相關問題,提出解決方案的一種教學方法。將兩種教學方式結合起來,就是將工程實際轉化為課程的課題、問題。引導學生在自主體驗生產過程通過師生互動,對提出的問題通過提出解決方案、質疑方案、修改方案的方式解決問題,并在這一過程中,將相關的知識點深刻理解和熟練掌握。
二、教學的實施過程
本文主要探討將研究性教學與案例教學相結合引入到《電力電子技術》中的初步嘗試。《電力電子技術》課程是電氣工程及其自動化專業的一門重要的專業的基礎課。課程的教學過程初步探索由確定項目任務、制定方案、課堂討論、教學評價四個環節組成。項目在結合生產實際的基礎上針對某個教學內容而設計的。下面以“單周期控制電機啟動”項目為例。
1.確定項目任務。確定項目任務:設計單周期控制電機啟動控制電路。項目中涉及到的課程知識包括:電力電子器件(IGBT)、調壓電路及IGBT驅動電路。因此在學習本課程相關知識時,結合項目相關知識點提出問題:如在介紹電力電子器件IGBT時,可以提出如何IGBT判斷的極性及好壞的問題,讓學生帶著問題學習,有利于提高學生的學習興趣。并在進行項目之前,掌握相關的知識點。在進行項目過程中,溫習前續課程的知識,如電工電子知識(識別常用元器件并能借助儀器儀表對這些元器件進行好壞判別、性能參數檢測等),電機啟動中串電阻啟動知識。這樣可以在學習電力電子技術的同時,將自動化的一些相關學科知識整合在一起。
2.制定方案。由學生自由組合組成5~6人的學習小組。這些學習小組在教師的引導下,通過網絡、圖書館等資源查找資料,結合所學課本知識提出各自設計方案。設計方案包括電路圖繪制、器件型號及參數的選擇等。
學生設計方案及單周期控制部分電路圖分別如如圖1、圖2所示。
?搖?搖3.課堂討論。各學習小組提出設計方案后,組織課堂討論,主要采用學生討論為主,教師引導為輔的方法。可以討論設計的具體問題,如討論時對于開關器件選擇的問題,有的同學采用晶閘管,有的同學選擇IGBT,在指導的時候,應該讓學生知道兩種器件都可以實現單周期控制,但是晶閘管由于是半控型器件,在其關斷過程中要給它增加輔助關斷電路,因此控制電路較全控型器件IGBT來說更為復雜。也可對各小組的設計方案進行比較,讓學生在討論的過程中取長補短,改善設計方案。在此過程中提高了學生參與的主動性,激發了學生的學習興趣。
4.教學評價。沒有評價的教學活動是沒有生命力的。教學評價分為學生設計方案陳述、教師總結、給出設計分數等三個環節。首先,學生自己講解設計方案;其次,由教師指出設計中存在的問題和改進的方法;最后根據學生的設計方案及陳述給出適當的分數,以此來激勵學生。在進行上述評價過程中,可以使學生總結設計中的經驗和教訓,找到理論學習的不足,促進學生更好地學習理論知識,更好地將理論與實踐相結合;同時教師也可在學生的設計方案中查找教學中不足,在今后的教學中進行適當的調節和改進。
三、總結
通過項目教學法的初步探索,發現可以較好地激發學生的學習興趣,增進對項目設計相關知識點的理解和掌握,而且可以將分散的知識點整合起來,建立對《電力電子技術》課程的總體認識。在以后的教學中,應該探索更多的項目與課程學習相結合,并且根據學生的實際水平,調整項目的難易程度。防止難度過大打擊學生的學習信心,影響學生的學習興趣。教師的指導要適時、有效,但要防止越俎代庖,影響學生自主學習的能力。
參考文獻:
[1]呂宏麗,孫茂松.《電機與電力拖動基礎》研究性課堂教學的初步探索[J].教育教學論壇,2013,(15).
[2]博耶研究型大學本科生教育委員會.重建本科生教育:美國研究型大學發展藍圖[J].教學參考資料,2000,(19).
[3]夏志華,彭詠龍.項目驅動式教學法在《電力電子技術》課程中的應用[J].職業時空,2009,(10).
[4]劉婉華,羅朝猛.聚焦研究性學習:從理論到實踐[M].廣州:中山大學出版社,2002.
關鍵詞:跨校修學分;資源共享;教學管理模式
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)34-0122-02
一、項目實施背景
遼寧省教育廳于2014年5月下發了《遼寧省教育廳關于開展跨校修讀學分試點工作的通知》(遼教函[2014]224號)[1],并于2014-2015學年第一學期正式開始實施,筆者作為沈陽理工大學“電工與電子技術”項目組成員,參與了該項目的整個實施過程,經過一個學期的探索和實施,將項目實施過程中的心得和體會進行總結,為后續的應用推廣奠定了基礎。
遼寧省跨校修讀學分在線課程學習實際上是MOOC的一種體現形式。MOOC的理念是通過信息技術與網絡技術將優質教育送到世界各個角落,它是開放教育資源運動發展了十年的質性蛻變,不僅提供了免費的優質資源,還提供了完整的學習體驗,展示了與現行高等教育體制結合的種種可能[2]。電工與電子技術作為一門通識性的工科院校公共基礎課,該課程廣泛涉及電路理論基礎、模擬電子技術、數字電子技術等諸多內容,內容廣、概念多,理論性和實踐性都很強[3]。由于是非電類專業,并且這門課程具有一定的學習難度,學生對于學習這門課程的熱情不是很高,好多是為了應付考試而學習,導致學習效果一直不是很理想。課程的教學質量不斷下降,學生的考試通過率很低,學生缺乏學習本課程的興趣。東北大學的電工與電子技術課程為遼寧省精品資源共享課程,共享于遼寧省本科教學網上服務于廣大的教師和學生,課程視頻資源豐富,教學內容包括教學錄像、教學課件、課堂測驗、教學內容文檔等各個方面的內容,有利于學生進行線下學習。
二、項目實施方案
電工與電子技術跨校選修學分依托于已經在遼寧省普通高等學校本科教學網上的精品開放課程和遼寧省大學生東北大學在線學習平臺。課程建設方(東北大學)的精品課教師負責教學過程管理,以遼寧省本科教學網的精品資源共享課視頻授課為主,通過在線學習平臺布置學習任務、作業、測驗,課程使用方(沈陽理工大學)的教師負責對學生的翻轉課堂進行管理和輔導答疑。首先,我們在2013級車輛工程中選出一個班做先期的試點,先把電工與電子技術精品課本地化,和建設方教師共同制定出試點班級的教學計劃和教學日歷,安排好在線學習課時、討論學時、講授學時以及輔導答疑學時。選用多媒體教室授課,確保網絡資源可以回放,以解決學生的疑問。開設研討課,學生通過視頻學習后,教師提出一系列的問題,讓學生課下去看。然后在課上分組交流,這樣學生就把知識掌握得更牢固了,學生的表達能力也得到了很好的鍛煉,學生的團隊協作能力提高了,每一個人是隨機上臺的,他的成績就代表整個小組的成績。這樣有助于推動教師角色的轉變,從一個講授者、講解者真正變為學習的激勵者、啟發者,使學習更加有效。
三、項目實施方法
1.學習小組討論。在學期初,為了學生能適應這種學習方式,按照學生的理論學習能力、實踐能力和動手能力將他們分成了12學習小組。在整個的學習過程中,一個學習小組就是一個團隊。成績好的同學要幫助學習成績差一些的同學,平時成績中的小組成績就是學習小組的平均成績,所以每一個人的成績都決定了最后的小組成績,成績差的同學為了不給小組拖后腿,學習更加認真了,學習好的同學為了成績不被落下,也盡力幫助其他同學,每個小組的同學團結一心,把精力盡可能地放到學習上。有了學習小組,大家在一起研究探討問題,學習的熱情也很高。平時有不會的問題時,同小組中的同學就會進行討論,如果按照以前的學習方式,=問題得不到及時解決的話,學生的學習興趣就會下降,最后問題積累到一定程度也會造成其不愛學習甚至放棄學習的現象。這也是以前這門課程成績不高的一個原因。現在通過改革,學生的總體成績得到了提升。
2.翻轉課堂方法。翻轉課堂以學生為主體,學生由單純的聽課轉變為參與講課的整個過程。學生以學習小組為單位,先在線學習,并以教材為根本進行自學。每周由不同的小組同學對相關的學習內容進行串講和交流。進行課堂交流的小組同學要準備好自己的PPT、習題等內容,代替老師與其他同學互動。通過互動,學生的自學能力明顯得到了提升,并能培養學生與他人的溝通交流能力。在準備過程中,小組里的同學都要理解每一章的內容,不懂的地方可以與老師進行在線溝通并討論問題,以培養學生的思考能力。通過串講和交流,學生的學習思路馬上變得清晰明了,便可以用自己所學的知識解決問題。如果沒有自學和在線學習,采用傳統的教學方式,學生還是被動地接受知識,學習興趣不高,沒有激情,效果差。對于串接知識點的同學來說,必須深入理會、掌握知識,才能把知識點串接起來。我們在講解三相電路中三相功率的問題時P=3P■=3U■I■cosφ=■U■I■cosφ,其中問到這個φ角指的是什么時,只有一個同學明白φ角指的是相電壓和相電流的相位差,而這個同學就是串講RLC串聯電路的同學,這說明他在給同學串講之前自己充分學習、理解了這部分的知識。
3.項目驅動方法。為了使學生能夠更好地掌握一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課,我們采取了項目驅動下的教學方法。在學期初就為每個小組的學生擬好了不同的實踐項目,學生以自己的項目為目標,通過學習課程,設計并自己的題目并加以運用,即學到了理論知識,又把知識應用到實際當中。這樣學生在學習的過程中,一方面學習書本及線上的理論知識,同時還要聯系自己的題目。學生通過學習,自己按照要求設計電路,查找資料,畫出原理圖,選定元器件以及參數,按照要求購買元器件,首先在實驗板上進行實驗,實驗成功后可以畫出pcb版,再實現元件的焊接與調試。在設計的過程中,同學對電路理解得不是很透徹,他們就上網查資料,聯系老師進行探討,仔細研究電路的每一個細節,將每一個電路的原理、每一個元件的作用和參數的選取都研究明白,對電路不斷進行改進,理解了電路的設計理念,學會了元件的選擇方法。在學習的過程中,學生能將自己的題目與課程的學習緊密結合起來,深入領會學習的目的和意義,對知識點的掌握更深刻、更透徹。看到通過學習制作出的作品,學生增加了對電工與電子技術這門課程的學習熱情。
4.建立學習交流群。在開學初就建立了學習交流群,大家在學習的過程中,在群里提出來遇到的問題,可以由老師回答,也可以由同學回答。由于問題是在交流群里提出來的,所有的老師和同學都能看到,對于會的同學來說,直接就幫助不會的同學把問題解決了,對于不會的同學來說,有了解決方法,又學到了新知識。而且建立學習交流群還可以幫助解決學習小組不能及時解決的問題。學習小組的同學在一起的時候,有問題可以通過學習小組解決,當大家不在一起的時候,遇到問題了,又想及時解決,在學習交流群里得到幫助是最及時、最有效的方法。
四、項目實施經驗和體會
跨校選修學分使得學生不出校門就能領略到其他高校優秀教師的風采。學生在線學習改變了以往傳統的課堂教學,學生學時時間和方式相對靈活機動,沒有必要用一節課的時間都在教室聽老師講授知識,可以利用零散的時間學習。由于是在線學習,遇到不會的地方可以直接進行同學討論,也可以暫停視頻,去查找資料,還可以反復觀看視頻,將所學的知識進一步消化理解。對于不理解的地方,還可以在學習交流群里直接提問,由同學或者教師直接在線解答,學生在學習過程中遇到的問題不會長期得不到解決,學生由于不斷積累得問題導致的學習興趣下降、進一步厭學的情況得到了緩解。
跨校修學分要建設方教師和使用方教師緊密聯系,相互配合,才能使得這項工作更好的開展下去。對于網上課程資源,我們對建設方教師提出了應有章節主要知識點總結,可配合實踐環節的建議。線上線下學習和傳統的教學方法截然不同,學生在一無所知的情況下進行盲目的學習會浪費時間并加大學習的難度。如果增加知識點總結的話,只要提綱挈領,學生就會一目了然。如果網上資源有實驗環節的話,學生也可以在自己驗證之前,看到演示的效果,對知識點的理解也會進一步加深。
通過跨校修學分教學改革,我們也建議學校加強實驗室建設。目前的實驗室的師資和實驗場地只能滿足課程要求范圍內的驗證性實驗和項目實驗,不能滿足學生隨時隨地對不理解的知識點的驗證。對于有些同學在學習過程中遇到的問題,教師和同學的講解如不能解決的話,可以到實驗室設計電路進行驗證,這些都不是常規的實驗,實驗室和實驗教師以及實驗設備的缺乏暫時還不能得到解決。
五、結論
通過跨校修學分項目,應用方的學生可以不出校門就修到建設方的學校學分,為學生提供了嶄新的學習方法。建設方和應用方教師的不斷溝通和交流,也提高了雙方的教學水平和教學方法,教學經驗也得到了進一步的豐富。我們可以不斷地總結經驗教訓,將這種跨校修學分項目由通識課延伸到專業課,由選修課延伸到必修課,充分實現資源共享,全面提高學生的學習興趣和教學質量。
參考文獻:
[1]遼寧.普通本科高校跨校修讀學分試點工作啟動[J].中國校外教育,2014,(6):172.
關鍵詞 數字電子技術 項目式教學 應用型本科院校
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2015.02.051
Practice of Project-based Teaching in Applied Undergraduate Colleges
――Take Digital Electronic Technology Course as an example
SHI Jingwen
(Zhijiang College of Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 2310024)
Abstract Project-based teaching is flourishing in new teaching methods German vocational education, teaching reform in the ascendant in today's universities. This paper describes the traditional teaching of "Digital Electronic Technology" with respect to application-oriented colleges drawbacks, and teaching projects elaborated in "Digital Electronic Technology" course in the implementation process and assessment methods.
Key words Digital Electronic Technology; project-based teaching; applied undergraduate college
1 數字電子技術課程教學中存在的問題
數字電子技術課程于2002年在之江學院開始授課,歷時十年多。這期間課程的理論和實踐教學雖然進行了一系列的建設,但目前的教學還是拘泥于傳統的教學理念和教學方法,存在較大的弊端。具體來說有以下幾點:
(1)從教學內容的側重點上,偏重理論,在實踐性上非常欠缺。數字電子技術課程的主要目的是要教會學生應用基礎知識,設計出各種功能的數字電路。設計某一具體電路的完整步驟是用戶提出設計任務或要求設計者查閱資料,制定設計方案根據理論知識設計電路圖對電路圖仿真(驗證其正確性)制作實物并完成調試。目前課程教學活動僅到設計電路圖為止,僅是完成了紙上談兵的設計。這樣,一來給學生造成“工程設計僅是理論設計”的假象,使學生對具體實踐不夠重視,二來會使學生在參加課外科技活動、大學生電子設計競賽、畢業設計的實物制作時感到無從下手,從而喪失信心和興趣。
(2)從實驗教學上,對學生的動手能力,特別是解決實際問題的能力的培養不夠重視。實驗課的教學目的,一是檢驗理論知識,在實驗中獲得理論知識的直觀認識,加深理解;二是在實驗中鍛煉提高學生的動手能力和解決實際問題的能力。對于第一個目的,只要學生認真預習,大部分都能達到。對于第二個目的,就目前情況來看不容樂觀。在實驗中,由于芯片損壞或導線斷開而使電路調試不成功時,學生的第一反應就是“我的電路連線是對的,電路調不出來又不是我的責任”。而在具體工程項目制作中,電路設計好后的調試時間一般要占到整個工程的一半時間。
(3)從考核方式上,偏重理論,手段單一。目前,數字電子技術課程的理論和實驗是分開設課、分開考核的。由于實驗課的學分較少(1個學分),學生普遍對實驗課不太重視。理論考核分兩部分,期末考試占80%,平時作業和考勤占20%。所以實際上該課程的考核還是以理論的卷面考試為主,對學生動手能力和創新能力的考核所占的比重非常少。
綜上所述,無論從教學內容上還是考核方式上,無論從理論教學還是實驗教學的角度看,目前數字電子技術課程還是較多地沿襲了普通本科院校偏重理論的精英教育,不太符合之江學院這類應用型本科院校以培養高素質應用型人才為目標的教學要求。
2 項目式教學于數字電子技術課程的意義
為了改變目前教學活動的弊病,本次教學改革采用了項目式教學法。項目式教學法從理論上起源于美國,實踐上盛行于德國。2003年7月,德國聯邦教育部職教所制定了“以行動為導向”的項目教學法,將這種先進的教學方法進行了推廣。①項目式教學是師生通過共同實現一個完整的項目工作而進行的教學活動。其教育理念的核心就是以項目為載體,任務為驅動,訓練為主線,學生為中心,教師為主導。
對于數字電子技術課程,可以通過形象而又有趣的項目任務(如表決器、電子秒表等)的布置,化抽象的理論學習目標為具體可見的實物,極大地激發了學生的學習興趣和積極性。學生可在完成項目的過程中,加深理論知識的理解,鍛煉實踐動手能力,達到“在做中學,在學中做”的目的。因此,項目式教學法能極好地克服目前數字電子技術課程中“重理論輕實踐,重知識輕技能”的弊病,切實提高學生的實踐能力。
3 項目式教學在數字電子技術課程中的實施
3.1 項目的選取
既然是以項目為載體進行的教學活動,選擇合適的項目就是教學的關鍵。這里的項目是指針對課程教學內容而設計的,能由學生獨立完成又可收到良好教學效果的數字電路設計制作任務。
(1)項目的選取原則:①項目要包含大部分的教學內容,包含盡量多的知識點。②項目要有趣味性,能對學生產生較大地吸引力。對于剛剛接觸專業的大二學生,在項目電路中增加發光二極管、數碼管、蜂鳴器這些有聲光反應的器件,還是有很大吸引力的。③多個項目之間要由層次感,②逐漸從易到難,保證項目制作的成功率。對沒有焊接過通用板的大二學生,項目選題不宜過大過難,要有個漸進過程。
(2)具體項目。結合課程內容,根據選取原則,在整個教學活動中擬選擇5個項目進行實施,如表1所示。
表1 項目一覽表
3.2 教學實施過程
在項目實施前,先進行了分組工作:以2~3學生為一個項目小組。每組選擇一位項目組長來負責教學活動的展開。下面就以“倒計時電路”為例,具體闡述該項目的教學實施過程。
(1)布置任務及分析項目。首先由老師向學生布置“倒計時電路”項目的要求,并指導學生對項目進行分析,明確項目所涉及的知識點。在分析項目時,教師可提出一些引導性的問題幫助學生理解項目,如倒計時電路可用在日常生活中的哪些場合,是如何工作的,有哪些功能部分,每個功能部分包含哪些理論知識點,哪些是已學的,哪些是要學的。
(2)講授理論知識。由教師講授理論性較強的教學內容,如觸發器的電路及功能、二進制計數器的電路構成、任意進制計數器的產生等。繼而用兩個基礎實驗(觸發器的的應用、計數器的設計與調試)來鞏固和加深這兩個新學知識點的理解。
(3)項目小組自主設計電路及仿真。根據對項目的分析,倒計時電路可分為三個子項目:脈沖源產生電路、N進制計數器、譯碼及顯示電路。項目小組由此對成員分配具體任務,查閱資料、制定方案、設計電路圖、仿真驗證,這些環節由學生在課外自主完成。
(4)開展項目方案討論課。在學生設計好電路圖后,開展答辯式的課堂討論,對各個小組的電路進行展示。主要方法是抽取各小組中的一人講解電路原理,并回答教師或其他小組的提問。
(5)項目電路制作及調試。實物制作和調試部分均在實驗室由各項目組自主完成,教師從旁指導。這個環節是鍛煉學生動手能力的關鍵所在。學生遇到電路問題時,教師應鼓勵學生拿起萬用表,耐心地進行調試。
(6)檢查及總結。總結是項目教學的重要環節,教師可以對每組在項目設計和制作過程遇到的問題進行歸納總結,其目的是幫助學生對知識、方法在項目中的應用進行反思,從而達到對項目的再認識,做到“實踐理論再實踐再理論”的升華。總結后,各項目組提交項目報告。在項目完成后,教師要對每個小組的項目完成情況進行評價,以作為期末總評的考核依據。
4 數字電子技術課程的考核方法改革
課程考核分為三大部分:平時(作業及考勤)占20%,項目占40%,期末考試占40%。與原有評價方法相比,主要的變化是期末考試從80%降到40%,減少的40%由項目實施過程的評分得到。項目的考核是一個過程考核,即對每個項目實施過程的考核評價。5個項目在項目總分中各占20%,每個項目的考核內容可包括項目設計、課堂闡述、項目制作、項目報告四個方面;考核方式包括教師的評價、小組成員間的互評和自評。期末考試采用傳統的筆試形式,考核學生的理論知識,特別是在項目中沒有涉及而又需要掌握的知識點,也可使學生在期末復習的過程中對課程內容形成系統性的概念。
上述的評價體系,大大增強了實踐內容的考核,不僅有利于學生改變注重理論,輕視實踐的觀念,提高學生的動手能力和創新能力,而且更加契合數字電子技術課程的應用性特點,還課程的本來面目。
5 結語
經過3年的教學改革實踐,摸索出了一套切實可行的教學體系,取得了良好的教學效果。若要將項目式教學在所有班級進行推廣,就必然要考慮相應的教學成本,主要包括元器件的耗材成本和教師的人力成本。前者投入不大,后者若要進行小班化教學,就需增加教師人手。另外,從培養學生能力的角度來看,光有一門課程是遠遠不夠的。因此,建議在制定學生的培養計劃時,能否每個學期都開設一門類似項目式教學的課程,以強化學生的自主學習能力和實踐動手能力。
基金項目:浙江工業大學2011年教學方法改革專項項目,項目編號:JGZ1115
參考文獻
關鍵詞:模擬電子技術;教學效果;提高;方法
作者簡介:任玲(1978-),女,江蘇連云港人,石河子大學機械電氣工程學院,講師;岑紅蕾(1975-),女,浙江東陽人,石河子大學機械電氣工程學院,副教授。(新疆 石河子 832000)
基金項目:本文系石河子大學教育教學改革研究項目(項目編號:JG-2010-045)和石河子大學青年骨干教師項目(項目編號:3152JDXY01008)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)35-0081-02
“模擬電子技術”是高校電專業的一門重要的專業基礎課,其教學效果的好壞直接影響學生相關后續課程的學習,因而提高“模擬電子技術”課程的教學效果成為關鍵問題。在“模擬電子技術”課程的授課中有一個很深的體會是,相對其它電類技術基礎課,學生學起來感覺較吃力。原因有以下幾方面:第一,該課程內容多,涉及面廣,沒有清晰的主線,理論性實踐性都很強。第二,分析方法與其基礎課電路分析有所不同,需要掌握并靈活運用電路分析中的基本理論和分析方法。第三,電子技術迅猛發展,電子設備更新換代的頻率加快,使得學校實驗設備、設施條件往往跟不上需要,使學生實驗機會有限。因此為了讓學生在初次接觸的有限課時里掌握必需的基礎知識,教學方法的改革確實值得大家探討。
一、講好緒論部分,激發學生學習興趣
緒論部分是對“模擬電子技術”課程相關背景的介紹,電子技術發展及其相關領域的應用,以及“模擬電子技術”課程的特點及學習方法的介紹,對于調動學生的學習積極性起著重要的作用。通過豐富的圖片來介紹電子技術發展的過程,應用貼近現實生產生活的實例來介紹電子技術的應用。如介紹收音機接收、放大信號的實例,可以讓學生很快理解放大電路在電子電路中的應用,并由此對模擬電子技術中放大的概念有了感性認識。通過實例的介紹讓學生對該課程與“電路理論”課程的區別與聯系以及學習側重點有了進一步理解,這對于后續理論知識學習奠定了良好的基礎,同時極大地激發了學生的學習興趣。
二、采用靈活的教學方式,對課堂進行高效的教學設計
在教學過程中,教師要進行有效的課堂組織和課堂管理,要盡快將學生的注意力吸引到課堂上來,并對教學內容進行合理的整合,在精講和串講上把握尺度,因而有必要根據教學內容進行有效的教學設計。
1.板書教學奠定理論基礎
傳統的板書教學雖然教學方法單調,教學手段簡單,但卻具有其他教學方式所無法比擬的優點:思路清晰,板書規范美觀表現力強,語言表達與板書同步進行,講課節奏流暢,易于學生理解吸收,師生交流融洽。基于該課程的特點,應以板書教學為主。比如基本共射電路工作分析一節,對電路工作原理的分析方法要深入理解,如靜態工作點的分析、動態參數的分析,以及交直流通路和微變等效電路分析方法,采用板書教學效果較好。通過板書的過程作圖,進行公式推導,教師能夠與學生直接交流,反饋信息更直接,學生也有時間思考和做筆記。而且這部分內容又為整章內容奠定理論基礎,大多教師都有多年的板書教學經驗,更容易從教學內容的組織、教學策略的應用、課堂上的交流與應變等,發揮主體教學的個性,幫助學生理順思路,使前后知識點融會貫通。
2.有效利用多媒體輔助教學
為了發揮現代教學技術和傳統教學技法的各自優勢,主要以學生易于接受的傳統教學方式為主,在適當的章節中加入多媒體教學。例如在模電課程第一章半導體器件講授中嘗試了采用多媒體授課,通過自制動畫的形式來反映PN節形成過程,以及在正向電壓和反向電壓作用下PN節的特性。由于這部分內容學習的側重點并不在于內部載流子的運動,而在于其外部的伏安特性關系,因此采用多媒體動畫的教學方式,不僅易于理解,而且易于抓住學習重點,學生反映較好。又如圖解法動態分析和波形非線性失真分析一節,采用多媒體課件講述形象直觀,學生易于理解,又可以省去大量的作圖時間。
3.有效進行知識點整理和總結,幫助學生建立課程知識體系的思想
在課程的學習中,由于知識點多,很多學生只是被動接受知識點,而沒有形成完整的知識主線,為了將知識點有效地連接起來,在每章結束時安排一次知識點串講。具體做法是將本章知識點以特定的方式串起來,打破教學內容順序一條“線”的組織形式而代之以立體“網”的形式,使得在講解任意一個知識點時都可以隨時調用相關聯的基礎知識。如圖1,各個知識點之間通過鏈接隨時調閱。其中有本節講解的新知識之間的鏈接,也有新知識點與已學過的老知識點之間的鏈接,課與課之間也可以實現相互鏈接。采用這種組織方式對于調動學生積極思維是極為有利的,有助于鞏固和理解,經過幾個班級的實踐,收到良好效果。
三、重視啟發式教學,充分調動學生學習的主動性
在課堂教學中要注重營造活躍的課堂氛圍,在教學設計中要留有學生思考的余地,將重要知識點的理解方法提出來,注重設問和啟發,讓學生主動思考問題,從而解決問題。
例如在二極管一節的講解中,學生很容易理解二極管的單向導電性,但分析二極管電路時卻不會用單向導電性。基于這種情況,及時補充二極管習題的講練內容,通過具體習題的分析,讓學生嘗試二極管電路的具體分析方法,從而舉一反三,會用單向導電性分析各種二極管電路。
啟發式教學要針對具體問題的理解合理設置啟發問題,讓學生親自練習。練的內容最好是課堂知識的鞏固和延伸,通過“練”來鞏固知識和訓練學生的閱讀、思維、表達能力,讓學生都參與到教學活動中來。同時這種啟發式教學起到了充分調動學生學習主動性和發揮他們的創造力的作用。
啟發式教學對教師也提出一定要求。要求教師本身要有較高的專業技術水平和實踐能力;其次,要有高度的責任心,設計學生能理解和接受的啟發方式,不能生搬硬套,根據學生的理解能力和活躍程度合理設計出高水平的教學方案;再次,教師還要有很強的進取心。教師只有不斷學習進取,不斷地自我更新、提高和發展,掌握過硬的專業知識,才能做到少講多啟發,提高教學水平。
四、有效應用現代仿真手段,加強實踐性教學環節
在課堂教學中有效引入仿真軟件的教學,可以在課時有限的條件下提高學生的實踐機會。在每一章的復習串講課程中,引入仿真軟件的應用內容,將章節中的典型電路通過仿真軟件來畫圖,改變測試條件,觀察波形,測量相關參數值。這樣一來,學生在課堂中所學的理論知識通過仿真的形式再次展現,增強了學生對理論知識的理解,同時也將理論知識得以應用,學生容易理解,并有助于形成有效的知識體系,對激發學生的學習興趣,提高學生的課堂參與度也起到了積極的作用。
此外,還將課堂內容延伸到課外,以課外興趣小組為依托,提高學生的實踐動手能力。石河子大學機械電氣工程學院成立了電子興趣小組和家電維修社團,學生利用課余時間維修家用電器等,將所學理論知識應用于實踐,從中得到很好的鍛煉。
五、結束語
課堂教學效果的提升,關系著每一位學生的學習效果。對專業基礎課程的教師來說,有必要在課程教學設計上下功夫,讓每一次課成為學生感興趣愿意去學的課程,并在授課過程中注意對學生的整體把握,把握授課的氛圍和節奏,根據學生的理解能力有效設置教學啟發點,給學生創新的空間做到學以致用。
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關鍵字:模擬電子技術基礎;問題導引式;器件發展史;電路演化
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)21-0204-02
模擬電子技術基礎是電類專業的基礎課程,以物理、數學、信號系統和電路基礎等課程為先導課程,是后續射頻電路、數字電路、微機原理等課程的專業基礎課程。模擬電子技術課程具有內容豐富、知識跨度大、電路模型抽象、電路分析方法靈活多樣等特點。諸多特點導致模擬電子技術基礎是電子類本科教育課程較難以學習的課程。學生在學習過程中更易降低學習興趣。
本文首先由分析該課程的主要特點入手,總結模擬電子技術課程教學中的具體教學困難。隨后,在簡要介紹問題導引式教學方法后,針對模擬電子技術基礎課程,給出了進行問題導引式教學方法探索的具體內容。
一、模擬電子技術基礎課程的特點與教學困難
1.課程內容豐富、知識跨度大。模擬電子技術課程涉及不同層面的知識內容[2-6],從基本的半導體原理、典型的器件特性,到具體應用電路的分析和設計,知識內容豐富且跨度較大。例如:學習PN結的形成和特性時,需要清楚半導體中載流子的運動規律;分析三極管構成的基本放大電路時,必須掌握三極管在不同工作區域的工程近似模型;學習頻率特性時又需要建立電路在高頻、中頻和低頻區的不同的響應模型;學習運算放大器應用電路時候,需要采用運放的“黑盒”模型。從微觀載流子運動到宏觀的電路模型,所面臨的知識跨度較大,因而造成了學生學習的困難。
2.課程的電路模型抽象且電路分析方法靈活多變。模擬電子技術所涉及的器件具有的非線性特性,諸如二極管的伏安特性、三極管的共射輸入和輸出特性、集成運放的傳輸特性等,均呈現出非線性特點。分析此類非線性器件構成的電路時,一般采用分段線性化的工程近似思想,因而器件特性被劃分為不同的區域:如集成運放的線性區和限幅區;二極管的導通、截止和擊穿;三級管的放大、截止和飽和等區域。針對器件不同的工作區域需要建立相應的電路等效模型以方便分析。因而,課程學習中,器件狀態判斷、模型應用和電路計算分析糾纏在一起,增加了學習難度。同時,不同的工程近似精度要求會導致采用的電路等效模型的變化。因此,器件的非線性特性導致同一器件的多個工程近似模型,也導致電路分析方法靈活多樣,因而概念不易掌握。同時,模擬電子技術以構建電子系統、構成電子應用為目標。如何讓學生從系統構建的高度,清楚每個知識點的應用領域也頗為不易。
鑒于上述特點,模擬電子技術基礎課程學習難度較大,在學習過程中更易降低學習興趣。
二、問題導引式教學方法
基于問題式的學習模式起源于20世紀50年代,是一種以問題為導向的學習模式[1],此種教學法可充分調動學生的積極思維,提高學生的批判性思維和創造性思維。問題導引式教學方法既注重教師的教學方式,且關心學生的學習方式。此方法要求教師在授課過程中重現具體問題的提出和解決的過程,促使學生基于自主、研究,合作等方法去解決具體真實的問題,同時學習相關知識內容。
應用基于問題導引的教學方法需要解決“問題設計”和“問題解決”兩個關鍵步驟。“問題設計”中需要明確問題提出,要求面向所需教學的知識內容,明確具體,最好有一定趣味性。“問題解決”步驟中關心解決問題的過程和方法,強調讓學生通過解決問題獲取知識、思維能力和成就感,從而誘發興趣,形成進一步學習的動力。
三、模擬電子技術基礎的問題導引教學方法探索
(一)回顧器件技術問題背景,引入器件,激發學生的學習興趣
模擬電子技術基礎課程的學習目標是為了構建特定功能應用電路,完成特定的信號處理的任務。各種電子器件的產生與應用,均是為了解決當時所面臨的具體技術應用問題。當前應用多種電子器件均是在最初器件原型基礎上升級、改進而得到的。因此,可以從技術歷史材料中取材,讓學生們了解器件的產生歷史,最好能夠在教學過程中重現具體器件所產生、改進的歷史技術問題及其解決過程,激發學習興趣。同時,通過了解器件的應用需求驅動原因、學生更易形成器件的應用觀點。
在教學過程中組織教學材料時可以采用如下方法:各個教學材料包括“引導問題”、“問題相應的知識內容”和“具體實施步驟概要”。下面具體給出兩個例子:
1.晶體管的教學。
引導問題:早期調幅無線電通信要求檢波和信號放大設備,而電子管功耗、體積以及壽命限制其應用,要求新型的單向化和放大器件產生。
問題相應的知識點內容:PN結的特性,二極管、三極管器件特性和應用電路。
實施步驟概要:①簡要回顧從二極管、三極管的產生歷史,包括主要的遭遇的技術問題,而導出二極管、三極管。②指出二極管、三極管其特性的分析實際可以歸結為PN結的特性,介紹PN結和器件的具體特性(伏安特性,輸入輸出特性等)。③從應用器件的角度,導致器件產生的技術問題也正是器件應用所要解決的問題:如二極管的整流、限幅、檢波均為單向化操作,給出相應電路。三極管構成的放大電路目的是完成信號放大,給出三種放大電路并分析比較其特性。
2.集成運算放大器的教學。
引導問題:早期貝爾實驗室所遭遇的電話網絡中語音放大問題:變化的供電電壓和環境因素引發的語音放大器工作增益漂移,導致語音音量時大時小的變化,電話服務質量下降。
問題相應的知識點:運算放大器特性,運放線性應用電路,負反饋原理的提出和理論。[2]
實施步驟:①通過對歷史材料的回顧,讓學生了解運算放大器產生的歷史背景和應用需求驅動問題,導出運算放大器。②給出運算放大器的特性和應用電路;③生成器件的技術問題也正是器件應用所要解決的問題:介紹負反饋原理和運放的線性應用電路。
(二)強調典型電路改進的驅動問題和改進過程
模擬電子技術基礎課程中的典型電路,其提出和應用均有其技術需求驅動。通過從技術需求的演進角度,講述電路的改進的驅動問題和改進方法,強調電路之間的聯系,促使學生從“死記硬背”的電路學習過程轉變為面向解決技術需求問題的增量式、創新設計性學習。通過具體電路的改進與演化,提高學生對電路分析和設計方法的掌握,從而達到鞏固學習知識,提高學生創新性思維能力。具體而言,如下簡要地給出幾個教學例子,應用時候在具體電路導出時候先指出問題,然后導出具體電路。
1.電壓跟隨器。
引導問題:電路分級隔離的需求。
問題相應的知識點:電壓跟隨器。
實施步驟:從同相比例放大器出發,通過將反饋電阻趨于零、接地電阻趨于無窮演化成為電壓跟隨電路,并討論電壓跟隨器的應用。
2.加法器。
引導問題:信號進行加法運算需求。
問題相應的知識點:基于運放的加法器。
實施步驟:從同相、反相比例放大電路出發,通過添加多個輸入信號演化為同相和反相加法器,并分析和比較兩種加法器的電路特性,如輸入電阻等。
3.加法器。
引導問題:信號減法實現問題。
問題相應的知識點:基于運放的減法器電路。
實施步驟:從同反相放大電路改進生成減法運算電路,并分析對比各種系數值的減法電路的構成實現。
4.差動電路。
引導問題:單晶體管共射放大電路溫漂問題,提高射極耦合差動電路抑制共模干擾問題。
問題相應的知識點:差動電路構成、特性分析,應用。
實施步驟:從普通的單晶體管共射放大電路出發,為了克服溫漂、抑制共模干擾演化為差動放大電路,進而改進成為采用恒流源的差動放大電路,最后,分析比較兩種差動電路的特點。
四、結論
本文探索模擬電子技術基礎課程的問題導引式教學方法。采用問題導引式教學框架,通過回顧器件發展技術問題、強調電路改進演化過程的技術問題,導出相應器件和電路知識。旨在以應用問題導向,幫助學生在學習過程中提高學習興趣、培養創新思維能力并形成系統應用的觀點。在實施過程中回顧器件歷史應簡明扼要,以避免聽者因時間過長產生厭煩情緒;在強調電路演化過程時候,需由需求問題或原電路存在缺陷出發,自然引出新的改進的電路。
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高職教育 電子技術 傳統教學 能力培養
數字電子技術是通訊、電子計算機、自動控制和電子測量等專業的一門重要的專業基礎課,是一門實踐性較強的課程。包含數字邏輯基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路等。對高職高專的學生來說,目標既不是大量的理論知識的研究,也不是針對某一領域的實踐操作,而是介于兩者之間。既要掌握一定的理論知識又要有一定的實踐應用能力。傳統的教學方法是以教師為主導,講授每一個理論知識點,其枯燥性和抽象性影響了學生開展綜合性和創造性實踐能力,學完一個知識點不知道有何用處。學生難以掌握知識,學習興趣不高,教學效果不理想。本文探索一種新的教學模式,從與實際生活聯系的小項目的設計制作入手,引入理論知識的學習,從而將理論與實踐無縫銜接。培養學習興趣,提高學習效果。
一、傳統數字電子技術課程教學中存在的問題
傳統的教學方法主要是以教師為中心,采取單調的形式(講解)和簡單的教學媒體(黑板)及多媒體教學設備,圖文并茂的講解某一知識,試圖通過講解,使學生掌握該知識點及其應用。整個過程教師控制和掌握教學過程的各個階段,單方面的信息輸出,缺乏有意識的學習情境設計,足夠的信息反饋,學生參與,學習的積極性易受影響,學習的效果不佳,方法能力和實踐能力難以實現。學生只要按照老師的思維方式去理解、驗證,完成老師布置的練習。老師也只是看重作業的完成質量和課堂上學生的反應來衡量學生的學習狀態。這種教條式的教學模式嚴重的約束了學生的自主行為,限制了學生科學思維能力和動手能力的發展。往往一個學期結束,學生對教學內容和知識點一知半解,模凌兩可,更別說達到了教學要求。由于缺乏足夠的實踐應用支撐,學習興趣不高,學習很茫然,無目標。
二、項目教學新模式的探索
1.由項目設計制作過程學習知識
為了學生創造性實踐能力和綜合能力的全面發展,把以老師為中心的教學方式轉變為以學生為中心。讓學生通過開放式的認識、思維和工作方式,在自我控制的學習環境中,構建解決問題形式和途徑。為此,我們把數字電路的所有知識點進行分類規劃,通過一些與實際生活聯系的實例,設計出能涵蓋各類知識點的小項目。這些小項目一是與生產生活相聯系,我們周邊能看到聽到的,甚至是我們在用的;這樣可以減輕高深和神秘感,能增強學生的好奇心和自信心。二是簡單易做,通俗易懂,可以直觀形象的展示電路的功能和特性。三是項目產品調試簡單,結果明了。
2.科學設計項目,合理安排技能訓練
數字電子技術有很強的實踐性,而制作項目產品是培養理論聯系實際、動手能力、嚴謹的科學態度和科學研究方法的重要手段,因此應精選最基本的也有較高實用價值的項目。搶答器是各類電視選秀節目中常用的一種產品,學生們都知曉。四人搶答器,若A、B、C、D為搶答器的按鈕開關,任何一人先將某一按鈕按下,與其對應的發光管被點亮,表示此人搶答成功,而緊隨其后的其他開關再按下,對應的發光管不亮,表示搶答無效。可由集成雙四輸入與非門74LS20和六非門74LS04及發光管等組成的電路來完成。首先給出該項目的工作任務,包括該項目的原理布線圖、所需元器件、電路功能檢及故障排除等。其次,根據任務的要求完成電路的安裝與功能驗證。要完成該項目,最重要的是讀懂電路的組成、工作原理和工作過程;要不然照葫蘆畫瓢,雖然完成了搶答器的制作,但對其工作過程及原理一知半解,顯然達不到教學的要求。故而由講解搶答器的原理引入門電路基礎知識的學習。以器件、電路的應用為主,加強基礎知識的傳授,避開集成元器件的內部結構;掌握器件的外部特性,極限參數和使用注意事項。為了更好的掌握各集成門路引腳及邏輯功能,可以專門安排技能訓練課,在實訓室完成各邏輯門電路邏輯功能的測試。通過這樣的實訓,可以更好的掌握邏輯門電路的基本知識。這樣帶著既定目標的學習過程,充滿了好奇和求知欲,學習興趣和學習效率大大提高,達到事半工倍的效果。掌握了門電路的基礎知識,很容易讀懂和理解搶答器的原理和工作過程。最后,在實訓室完成搶答器的安裝、調試和功能驗證;寫出實訓報告和總結。
上述教學方法是把教學過程分為三個互相聯系的模塊,將理論教學、實訓與實踐,項目設計制作三大部分進行了一體化的組織設計,各模塊有機銜接,教學過程依次展開;構成一個完成一項目,知識一貫通的現代教學鏈。加強了動手能力和創新能力的培養,從真正意義上實現了理論與實踐互相交融,體現了高職教育的工學結合的特點。
3.注意培養學生的應用能力
傳統實訓模式是老師在實訓前做大量工作,如調試集成芯片、電阻等元器件,然后合理的安插在實訓臺上;教師把一切都準備好,學生只要按部就班的連接電路即可;長此以往,學生缺乏自主性和獨立性,內在潛力得不到發揮和發展。經驗證明,如果實訓前沒有充分的準備,就會不知所措,既不能完成項目的制作,又不能掌握應該掌握的知識和技能。只有充分的理解項目原理,明確任務,才能有條不紊做好項目。
4.引導學生重視項目總結報告
項目結束,學生應用課堂所學理論知識解析整個項目過程,利用列表、圖示等方法對項目結果進行科學處理,分析成功與失敗的原因;并將其寫成總結報告,將感性認識上升為理性認識。總結報告的書寫也是一項重要的基本技能訓練,它不僅是對項目的總結,更重要的是可以培養和訓練學生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達能力,也是論文的基礎。
5.建議設立單獨的項目考核制度
學期結束,學生的學期總成績應由理論考試成績和項目制作成績兩部分構成,并且項目制作的成績應占到總成績的50%。項目考核應以重在過程,不唯結果為指導思想,強調基本操作和基本技能,突出創新思考和創新能力;改變以總結報告為主的考核方式,綜合整個設計制作過程來評定,這樣可以更準確的檢測學生的水平與能力;避免高分低能,有利的調動學生學習積極性和主動性;達到培養具有科學思維方法與創新能力的高素質人才的目的。
三、結束語
項目教學新模式應該說是高職院校培養高技能人才的重要手段,教學理念與工學結合的理念相吻合,現有的教學實訓設備就能滿足。因此,科學合理的設計學習情境,積極開展項目教學顯得非常迫切。通過這些新模式,逐步淡化理論教學與實際應用之間的界限,強化應用技能的訓練,走出一條知識與能力并舉的全新的高職人才培養之路。
參考文獻:
關鍵詞:國際生;培養模式;電路分析;教學方法
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)29-0183-02
在教育國際化的大背景下,我國高校積極開展外國國際生教育,地方高校積極發揮學科特色和優勢專業[1],來我國留學的人數越來越多,據教育部網站公布的數據,2014年共有超過37萬名各類外國留學人員在大陸700多所高等學校和其他教學機構學習。我國高校在擴大國際生規模的同時,如何保證國際生學歷教育的質量,需要制定符合國際生培養要求的課程體系和管理辦法[2],以適應來自發展中國家學生的需求。通過培養高質量的國際生人才,有利于提升中國高校的國際競爭力,縮小與發達國家之間的辦學水平差距[3,4]。筆者在2015年承擔了南京郵電大學首屆國際生電路分析課程的全英文講授,在今年還將繼續為新一屆國際生講授電路分析課程。
一、國際生的特點
南京郵電大學海外教育學院2015年招收電子信息工程專業本科學歷教育的國際生26人,分別來自亞洲孟加拉國、巴基斯坦、柬埔寨和非洲布隆迪、加納、盧旺達、喀麥隆、安哥拉共8個國家,國際生單獨編班,除開設漢語學習課程外,專業課程采用全英語教學。筆者已經講授一個學期國際生電路分析的課程,了解到這些國際生的一些特點:一是在語言方面,盡管申請入學資格國際生要求英語達到一定水平,但有些國家是多民族國家,英語也并不是母語,所以在發音和英語的物理數學等詞匯上存在不足;二是在數學方面,國際生要求完成所在國高中課程并取得高中畢業證書,由于國際生來源國不同,學生的高中數學知識差異明顯,運用有關數學知識分析問題和解決問題的能力欠缺。而中國學生經過國內高考批次選拔,在一個專業內錄取分數比較接近,所以在知識基礎和理解能力等方面比較接近。由于電路的分析方法涉及大量的數學表達和推導,不同元件的電壓電流關系,由電磁學基本原理得出的基爾霍夫電流和電壓定律,電阻電路的代數方程或包含電抗元件的微分方程求解,以及電路頻域分析,除了微積分等高等數學內容,三角函數和行列式等初等數學知識同樣需要掌握。三是上課方式上,國際生在老師講課過程中,常常主動提問,一些學生求知欲很強,多次互動問答,一直到理解為止,導致教學進度滯后。根據國際生的這些特點,結合電子信息專業和電路分析課程培養目標,在國內學生教學計劃的框架下,充實教學內容,改進教學方法。雖然電路實驗是單獨設課,由其他老師講授,但在工程技術和實際生活中,電路幾乎無所不在,把理論教學和實驗教學結合起來,不但能激發學生的學習熱情,而且培養思維能力和知識運用能力,在課堂上結合具體例題講解萬用電表的應用,使分析與測量相結合,實現知識傳授與學習方法并重的教育目標。
二、拓展充實教學內容
電路分析課程主要學習電路基本理論和電路分析方法,是一門電類專業本科生必修的專業基礎課。對于電子信息專業的國際生來說,電路分析為模擬電子線路、通信電子線路等后續課程的學習準備必要的電路理論和分析設計方法。為體現學校的教學水平和辦學特色,參考學校面向國內學生的教學大綱和授課計劃,教材選用了國外電子電氣經典教材,該教材多次修訂,在內容先進性、實用性、整體性上具有優點。聯系電路分析課程先修和后學課程的相關知識,針對國際生在電路分析課程的先導知識特別是高中數學基礎參差不齊等特點,以學生為中心,根據學生的基礎和接受能力,不同的章節,用到的數學知識不同,通過選擇代表性電路入手,結合課程內容補充數學知識,補充中學和大學數學知識,充實多媒體課件,制定好教學方案,使教學內容靈活延伸。把數學表達與電路參數的含義相結合,利用數學方法進行電路變量的定量分析,從電路直觀分析到數學推導,使數學知識圍繞具體電路的分析而展開,得出包含物理含義的數學結論,使問題的分析步驟有序清晰。通過這些舉例和分析,讓學生體會電路的理論和工程應用,都是和數學知識和方法密切相關的。電路分析通過數學表達和推導,可以對電路性能和功能的理解更加清晰明了,但電路分析的計算量常常是很大的,比如,一個電路的節點電壓或網孔電流方程組有可能是三元或更多變量的方程,為了不影響教學進度,在課堂上通過用行列式求解二元一次方程的講解,而不是花很多時間計算,既突出重點又節省課堂時間,也保證教學計劃的實施。因為實際工程中,繁瑣的分析計算可以用電腦軟件或EDA仿真來完成。在課堂教學中,因為是全英文授課,如何將板書與多媒體有效結合,也是值得探討和總結的一個問題。因為教師的母語是中文,英語表達不可能像中文一樣流暢,對內容的介紹也不可能像中文一樣生動地描述,而且課程中重要的定理和方法的描述,是既嚴謹又涉及不少專業詞匯的,所以用多媒體顯示是必要而且高效的,否則要占用大量的板書時間。另一方面,電路圖常常元件較多,連線復雜,也應該發揮多媒體顯示信息量大的作用。但傳統板書教學,在與國際生的全英文溝通中,也有其特殊的價值,學生來自不同的國家,一些學生的有些發音和表達,也常常使其他國家的學生和老師不好理解,所以當課堂上學生提出一些比較復雜的問題時,教師可以讓學生把問題寫在黑板上,這樣便于其他學生理解和師生交流互動,并且不是本堂課程的知識點可以根據思路靈活地聯系和書寫出來,一些關鍵知識點等信息的保留時間也可以是整堂課,這樣加深了學生對以前課程內容的理解,通過這些感性的認識,增強學習興趣,使學生對相關知識的學習,也由被動逐漸變為主動。還有,板書與多媒體的結合使用,也使教師容易掌握課堂節奏,避免單調,達到較好的教學目的。另外,要借鑒國外大學有關電路分析的教學內容和方式,除教材和參考書外,推薦國外著名大學公開的網絡開放課程給學生,讓國際生體會不同國家的教師風格和不同側重的課程內容。在課后習題布置上側重基本概念和基本方法的題目,使學生能熟悉和理解基本概念的含義和掌握分析方法,對基礎較好,學有余力的,額外布置有一定難度的分析題和設計題,有助于學習能力的提升。
三、調整改進教學方法
在認真備課和閱讀國外電路分析課程經典教材和大量參考資料的基礎上,在課堂上既要講授知識點,又要隨時解答學生提問,變傳授為主為教學互動,電路分析課程理論性強、工程特色濃,對例題進行詳解,圖文結合,多用板書,便于學生跟上教師的思路和提問,既培養學生的思考和質疑精神,在講授的同時,不但鼓勵學生提問,還要提問到每一個學生,了解他們的學習困難,給他們及時的幫助。當然,教學效果反饋和互動,也需要掌控好課堂秩序,注重教學方法的嚴謹性,改進互動的方式和效率,以便教學內容和進度按計劃實施,這對教師提出了挑戰。如何培育學生的學習興趣和積極性,通過設立討論小組,把班級學生分成小組,以五個學生為一組,每組推選出組長,老師事先布置題目,包括參考資料和網絡資源,學生課后閱讀討論,也可以自己提出學習中遇到的問題,把電路理論知識與身邊的電路或產品結合起來,讓學生根據這些課題撰寫讀書報告和開展小組討論,兩周后提交書面讀書報告,老師批改后在課堂上集中回答問題。通過這種形式,可以達到多個效果,一是可調動和引導學生學習,節省課堂應回答學生提問而影響的課程進度;二是讀書報告作為學生平時成績的組成部分,一些學生自己尋找和閱讀一些參考資料,使用軟件制作報告,圖文并茂,達到基于問題導向的學習,使知識點有機地聯系起來,做到觸類旁通;三是可營造活潑的學習氛圍,兼顧基礎較差的學生,先易后難,循序漸進,提高學習效果,為后續內容的學習打下較好基礎。根據國際生的學習特點,改進評價方式,課程綜合成績由平時成績與期末考試成績兩部分構成。平時成績占總評分比例為60%,構成如下:課堂出勤10%,課后作業15%,期中單元測試20%,讀書報告15%。期末考試成績占總評分比例為40%。開展兩次閉卷的期中單元測試,可以促進學生學習的自覺性和獨立性,避免學習的弱化或形式化,使教與學趨于優化,達到人才培養的目的。
四、結束語
隨著我國國際影響擴大和文化教育事業的不斷發展,以及各高校對國際生教育的重視和條件改善的投入,我國的國際生規模將會持續擴大,開展高質量的國際生學歷教育,各高校特別是地方高校,應從培養方案的優化、教師隊伍的強化、學生獎學金管理辦法的完善等方面采取相應的措施,從而提高普通高校對國際生的吸引力,促進中外文化交流,為國際生來源國培養適應經濟社會發展需要的人才。
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【關鍵詞】行業院校;數字電子技術;信息安全特色
一、前言
行業院校是以某種特殊行業為背景,面向行業服務的特殊院校[1,2]。但是,隨著我國高等教育快速擴張,原以行業院校為主開設面向行業服務的學科專業也在綜合性大學紛紛開設。而行業院校因不具備綜合性大學的綜合實力在引智和集聚其他優質教學資源方面的優勢,使行業院校面臨巨大挑戰。行業院校要提升核心競爭力,就必須擅于分析、發掘自身所具有的優勢,擅于構筑、強化別人難以模仿的自身特色。保持特色是行業院校的生存之本[3]。在課程體系上,應建立起與行業緊密相關的互相促進、互相補充、互為依托的課程群,形成有別于非行業院校的特有的教學內容。為此,各行業院校紛紛開設獨具特色的專業課,以滿足行業需要。那么,作為基礎課或專業基礎課如何與特色結合,是行業院校需要研究的問題。通過多年的教學實踐,本文以《數字電子技術》為例,談談在專業基礎課色內容的設計。
二、教學內容設計目標
學院是以信息安全為特色的行業院校,在學科發展和教學內容中以信息安全為重要依托。《數字電子技術》是一門理論性、實踐性很強的課程[4],是高等學校電氣信息類專業的主干專業基礎課程,也是學習后續微機原理與接口技術、單片機原理、電子測量與儀器、EDA技術等與硬件密切相關課程的前導和橋梁課程。《數字電子技術》教學內容和知識點都相對成熟,從基本的門電路到組合邏輯電路,再到時序邏輯電路。要從更改教學內容和知識點方面體現學院辦學特色相對困難。因此,只能從知識點的應用著手,引入特色教學實例。
三、特色教學實例設計
(一)移位寄存器特色教學實例設計
移位寄存器是時序邏輯電路的一種重要器件。在傳統教學方式中,講解主要從普通寄存器開始,進一步講解移位寄存器基本功能,再以74194為例介紹雙向移位寄存器,最后以《數字電子技術基礎》(閻石主編)教材中的例6.3.1為例介紹移位寄存器在數據運算方面的應用。例題中(如圖1)由4個移位寄存器和2個加法器,根據輸入波形求最終的輸出Y。這個題目中主要考核雙向移位寄存器控制端的功能,還考核右移一位相當于數據乘2,最后考核加法器的概念。從考核各知識點的角度,這個例題是一個非常經典的例題,在很多高校講解數字電子技術中都采用這個例題。
但是,這個例題中并不能突出移位寄存器在學院特色中的應用。因此,從密碼學的角度設計了圖2中的例題,例題中由5個D觸發器構成移位寄存器,將Q1與Q4的輸出通過異或門反饋到串行進位輸入端,構成了基于線性移位寄存器的m序列,特征多項式為。通過這個例題將密碼學中m序列的概念引入到基礎課中,并且與移位寄存器相結合。讓學生將來學習密碼學課程時對這個設計有更深的理解。
(二)存儲器特色教學實例設計
在數字電子技術課程中半導體存儲器章主要講解只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)的各種類型、工作原理和特點。此外,還講述存儲器擴展存儲容量的連接方法和用存儲器設計組合邏輯電路。教材中用存儲器實現組合邏輯函數的例題為設計一個八段字符顯示的譯碼器,這個例題與學院特色也沒有聯系。通過研究專業課程體系,發現后續課程中涉及到DES(Data Encryption Standard)和AES(Advanced Encryption Standard)算法中的S盒與存儲器可以結合。
DES和AES算法屬于分組密碼算法,其中S盒是非線性結構,是整個算法的安全性所在[5]。S盒的功能就是一種簡單的“代替”操作。一個n輸入、m輸出的S盒所實現的功能是從二元域GF(2)上的n維向量空間到二元域GF(2)上的m維向量空間的映射:GF(2)n—> GF(2)m,該映射被稱為S盒代替函數。S盒在實際硬件實現時也往往使用存儲器或查找表的方式實現。因此,可以將S盒的設計引入到課堂教學中,利用存儲器實現組合邏輯函數的功能,采用點陣圖的方式實現S盒,將數字電子技術中傳統的知識點與信息安全特色相結合。當然,實用的S盒都是多位輸入多位輸出的,用點陣圖的方式描述會比較復雜。因此,在課堂上利用比較簡單的serpent加密算法的其中一個S盒舉例[6](如表1)。
serpent加密算法采用的是4×4的S盒,根據S盒的替換功能,可以采用地址線為4、字線為16、位線為4、存儲量為64的存儲器實現該S盒,用點陣圖表示為圖3。
當然也可以用硬件描述語言來描述這個S盒,以Verilog HDL語言的case語句可描述為:
module sbox(addr,dout);
Input[3:0]addr;
output [3:0]dout;
reg[3:0]dout;
always @ (addr)
begin
case (addr)
0: dout = 4’h3; 1: dout = 4’h8 ;2: dout = 4’hF ;3: dout = 4’h1;
4: dout = 4’hA; 5: dout = 4’h6 ;6: dout = 4’h5 ;7: dout = 4’hB;
8: dout = 4’hE; 9: dout = 4’hD ;10: dout = 4’h4 ;11: dout = 4’h2;
12: dout = 4’h7; 13: dout = 4’h0 ;14: dout = 4’h9 ;15: dout = 4’hC;
endcase
end
endmodule
四、總結
以數字電子技術課程中寄存器和存儲器兩個傳統知識點為例,介紹了特色教學實例的設計。整個設計具有以下特點:1)將傳統的教學知識點與學院特色相結合,有利于激發學生學習興趣,理解基礎課中的教學知識點;2)加強了專業基礎課與專業課知識點之間的貫通,幫助學生了解后續專業課程中的教學內容。當然,在其他專業基礎課色教學實例設計的方法也有很多可以借鑒的地方,需要教師去做大量探討和研究。
參考文獻
[1]李文冰.行業特色院校科學發展的路徑選擇[N].光明日報:理論版,2010-04-09.
[2]李文冰.行業特色院校立地服務能力研究[J].中國高教研究,2011(11):75-77.
[3]高樹仁.行業院校特色化發展態勢與戰略選擇[J].現代教育管理,2010(11):26-28.
[4]劉燁,鄭學恩.應用型本科專業《數字電子技術》課程的教學改革與實踐[J].赤峰學院學報,2011,3(7):194-195.
[5]李聲濤.分組密碼中S盒的設計與分析[D].長沙:國防科技大學,2004.
[6]劉亞.分組密碼Serpent的差分分析[D].山東:山東大學,2010.