蔡春晓 孟德明 周巍 李燕龙
【摘 要】针对目前的电子类实践教学模式下,分析了目前数字逻辑实验存在的问题,提出基于口袋实验机的自主学习模式的数字逻辑实验改革方案,包括口袋实验机设计,强调学生自主设计,建立团队机制,训练工程交流能力等,同时加强实验预习环节管理,优化课程网络资源。实践结果表明,改革方案对提高学生学习的积极性和主动性是有效的。
【关键词】口袋实验机;数字逻辑实验;自主式学习;实践教学
The Experimental Reform and Practice of Self Regulated Learning in Digital Logic Experiment based on Pocket Experiment Machine
CAI Chun-Xiao MENG De-Ming ZHOU Wei LI Yan-Long
(National Demonstration Center for Experimental electronic circuit Education (Guilin University of Electronic Technology)Guangxi Guilin,541004,China)
【Abstract】In view of the electronic practice teaching mode at present, analyzes the current problems existing in the experiment of digital logic, the autonomous learning mode of pocket experimental machine digital logic experiment reform scheme based on, including the design of pocket experiment machine, we emphasize the students design, build team system, training the engineering ability to communicate at the same time, strengthen the management of experiment preparation link the optimization of course, cyber source. The practice results show that the reform program is effective to improve the enthusiasm and initiative of the students.
【Key words】Pocket Experiment Machine; Digital Logic Experiment;Autonomous Learning;Practice Teaching
目前的電子类实践教学模式下,学生的实践方式主要是在实验室实验箱上进行,按固定的实验步骤完成实验,从很多方面显露出不足。实验教学过程中,发现学生学习不主动,自主学习能力差,解决问题能力差等问题。目前国外很多高校已经开始实施口袋实验室的探索,如英国德蒙福特大学为学生准备了一套基于微控制器或FPGA的最小系统开发板作为口袋实验室平台,学生在课内实验以及毕业设计阶段,均可以此平台展开实验。另一方面,国际知名公司也纷纷注意到“口袋实验机”在高校中的流行趋势,并积极推出相关产品支持这一实践教学模式。该实践教学模式可以充分培养学生的自学能力和创新能力,扩展实验空间、解决实验学时有限的问题。本文主要介绍如何利用“口袋实验机”开展自主学习模式的数字逻辑实验改革。
1 自主式学习教学模式设计
针对数字逻辑电路实验课程的特点,设计口袋实验机是(5V保护电源+通用芯片座+若干逻辑开关+若干LED电平指示+若干数码管显示+脉冲源+调试逻辑笔+自定义器件),可以完成大实验箱的所有的功能。学生携带数电实验口袋机出实验室,基本在课外或课内完成数字逻辑实验的所有实验,既可以改善实验室资源不足的问题,又可以充分调动学生学习积极性。
自主式学习教学模式设计是个系统工程,不仅要进行软硬件的设计和更新采购,还有相关实验内容的设计、实验方法改进、实验课程改革、实验室管理制度改革等工作。根据口袋实验机的特点,提出了以下培养方案。
1.1 强调学生自主设计
改革实验方式,即摒弃传统的给定课题、给定实现方法的实验模式,改为给出课题要求,由学生构思设计目标,确定设计方案。最后根据设计方案实施直至最后调试运行,使学生从构思、设计、实现到运行各个环节都能得到训练。
由于整个过程均以学生为主体,由学生自己决定具体的预期功能、设计方案及最终实施,极大刺激了学生的探索心理与设计欲望,显著提高工程实践课程的训练效果。
1.2 建立团队机制
团队合作精神是现代工程师应具备的重要素质之一。作为工程实践类课程,从构思选题、方案选择再到元件准备再到最后实施,工作量大。因此,基于口袋实验机实施数字电路实验课程的教学时,要求首先确定团队。一般以2-3人一组,设置小组长一名,负责全组的设计开展工作。
1.3 训练工程交流能力
传统工科教育侧重于技术本身,然而超技术范围的个人素质,对产品设计的质量起着关键性作用。其中,交流表达能力是重要因素之一。因此,我们在设计教学过程时,采取了以下措施,分别从口头表达与书面表达两方面来训练学生的表达能力。
1.3.1 增加课程讨论环节
要求团队内部成员进行讨论,给出综合设计方案。然后再以团队之间进行设计方案的比较,即要求学生不但能看到其他团队的设计优点,也要能指出对方方案的缺点,并充分阐述设计方案的理由等。endprint
1.3.2 增加方案陈述环节
专门设置方案陈述环节,要求各团队制作演示文档并对方案作说明。听取方案说明的对象主要为工程经验丰富的老师与校外工程师。方案说明会后对各团队给出评价,作为课程总评的一部分。
1.3.3 重视设计文档
书面表达能力显然是表达能力的重要组成部分。要求学生以团队为单位,撰写设计报告。报告中除了要求详细说明设计目标、参数指标、结果展示等,还要求阐明团队成员承担的主要任务,对课题任务完成作出的贡献等。
2 具体实施方案
在第二次实验(组合逻辑电路设计与测试)开课后,学生对数字逻辑实验有了一定概念后,将数电实验口袋机发放给学生,配备若干导线和芯片,说明使用实验小板要求和布置每节课实验预习及验收评分要求,让学生明确实验任务。学生领到实验小板后,可以在实验室上课,还可以带出實验室做实验预习、设计性实验、综合性实验及课外复习等。可以利用数电实验口袋机开展实验的系列实验内容有:数据选择器和译码器及其应用、计数器及其应用、顺序脉冲与序列脉冲发生器、基于555的两位可逆计数器等实验项目。
为了适应自主学习模式,相关配套资源的建设如下:
(1)设计实验预习和实验报告一体化模板:实际调查发现有两个问题,一是学生实验项目个数多,需要学生花大量时间进行预习报告和实验报告书写;二是过多的实验报告导致实验报告质量不高,抄教材甚至互相抄袭。为此,对实验报告进行如下改革:对于基本验证性实验,提供统一电子模板,学生只需记录和分析实验数据;对于综合性实验和扩展内容,需要递交完整的设计报告。这样,既可以减轻学生负担又兼顾了报告的完整性。提供实验报告模板使学生明确了实验任务,使预习有很强的针对性。
(2)电子电路基础实验课程网站建设:通过网络化课程学习加深学生对同修理论课程知识的理解,强化自主学习能力,提高创新思维能力,突出以学生为中心的理念。为学生合理利用“碎片化”学习时间,拓展课程理解的深度、难度,实行跨学科、跨专业、跨院系选课和学习提供了新的途径,替代传统教学的时空拓展。发挥网络优势:兴趣引导,资源开放,时间随意,地点不限,反复学习。依托和共享的教学资源,满足不同层次教学需求和学生个性化培养提供了良好的途径。通过建设课程网站,为学生提供了全部课题的教案、课件、实验重难点指导、参考文献、网络实验视频等内容,为学生的课前预习、课堂实验、课后总结以及实验报告撰写创造了条件。学生还可在网上进行实验(虚拟实验),将课堂进行了有效的延伸。此外,网站为教学交流提供了优良的环境,教师可及时发布教学信息,包括资料、教学安排以及教学内容的更新等;学生可即时反馈意见,拓宽了师生交流的平台。
3 教学效果调查与分析
为调查数电实验口袋机的实际使用效果,设计了调查表,发给120位学生进行调研。
表1
调查结果表明:
(1)实验室提供的实验报告模板使学生明确了实验任务,使预习有很强的针对性;
(2)实验室提供的实验小板方便学生在宿舍做实验,方便边学习边实践,也方便宿舍成员间交流探讨,酿造热爱学习的氛围,也方便复习和巩固未掌握的实验内容。
(3)实验室提供的课件和视频方便了学生实验课程学习,学生对课堂上讲授的重难点环节可以反复观看学习,直至理解、操作熟练。
4 结束语
实践表明,基于“口袋实验机模式”的数字逻辑实验课程的改革,极大地提高了该课程的教学质量和教学效果,增强了学生对该课程的学习兴趣,调动了学生的学习积极性和自主性,初步培养学生工程实践能力。
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