田麗 邸國輝 孟艷君 蔡立晶 許杰 劉英楠

［摘 要］信息網(wǎng)絡(luò)時代，越來越多的高校開始采用線上線下混合式教學(xué)模式。傳統(tǒng)的以教師為主體、學(xué)生被動學(xué)習(xí)的教學(xué)模式已無法滿足當(dāng)前的人才培養(yǎng)需求。本文基于PBL理念，借助智慧型教學(xué)平臺，構(gòu)建EDA技術(shù)課程的線上線下混合教學(xué)模式。經(jīng)過教學(xué)實踐證明，基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式比傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式效果更好，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性起著良好的作用。

［關(guān)鍵詞］PBL理念；EDA技術(shù)課程；線上線下混合式教學(xué)模式

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.12.076

［中圖分類號］G434；G642［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］1673-0194（2023）12-0236-03

0 ? ? 引 言

在大數(shù)據(jù)及人工智能等技術(shù)快速發(fā)展的背景下，高等教育課堂變革與創(chuàng)新勢在必行。目前，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)教育需求，以大規(guī)模在線開放課程（Massive Open Online Courses，MOOC）為代表的線上教學(xué)模式日益成熟，使得教師角色發(fā)生轉(zhuǎn)變。本文基于項目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，

PBL）理念，結(jié)合電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation，EDA）技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀，通過智慧樹教學(xué)平臺的應(yīng)用，構(gòu)建一套從理論教學(xué)到課程實踐的完整的網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)模式運行體系，實現(xiàn)“生生互動，師生互動”的雙主體、雙向交流的學(xué)習(xí)方式。從根本上轉(zhuǎn)變教師的角色，由講授者轉(zhuǎn)為指導(dǎo)者；轉(zhuǎn)變學(xué)生的地位，由接受者轉(zhuǎn)為主體；轉(zhuǎn)變媒體的功能，由演示工具轉(zhuǎn)為認(rèn)識工具；轉(zhuǎn)變教學(xué)過程，由邏輯分析講授的過程轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^發(fā)現(xiàn)問題、探究問題使學(xué)生獲得知識和培養(yǎng)能力過程。

1 ? ? PBL及線上線下混合式教學(xué)模式概述

1.1 ? PBL內(nèi)涵

PBL也稱為項目教學(xué)法，是美國神經(jīng)病學(xué)教授霍華德·巴羅斯（Howard Barrows）在20世紀(jì)60年代提出的一種教學(xué)方式。它是基于建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論，以問題為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，由教師引導(dǎo)的一種教學(xué)方式，通過分組的方式，學(xué)生一起探討解決問題的方法［1］。PBL將教師授課的課堂變成一個逼真、富有問題的情境，在這種情境下，把中心轉(zhuǎn)向?qū)W生，教師扮演著輔助角色，刺激自主討論，幫助學(xué)生探究完成“提出問題—分析問題—解決問題”的教學(xué)過程，從而推動學(xué)生積極參與知識建構(gòu)［2］。PBL教學(xué)方法由5個相互關(guān)聯(lián)的要素組成：一是作為教學(xué)核心的問題或項目；二是學(xué)生解決問題所需的技能和理論知識；三是4～6人組成的學(xué)習(xí)小組；四是問題解決的程序；五是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的精神。在教學(xué)中采用PBL教學(xué)法，學(xué)生的自主探究能力、知識和技能實踐運用能力、溝通合作能力都能得到全面的提高。

1.2 ? 線上線下混合式教學(xué)模式

線上線下混合式教學(xué)模式是指利用網(wǎng)上的資源，把線上教學(xué)和課堂教學(xué)有機融合在一起的一種新型教學(xué)模式［3］。傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”的課堂教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)需要。線上與線下相融合的教學(xué)成為一種新型教學(xué)模式［4］。采用線上線下混合式教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮線上教學(xué)和課堂教學(xué)的優(yōu)勢：大量的網(wǎng)上資源可以激發(fā)學(xué)生自學(xué)的積極性，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；在線下課堂，教師可以起到指導(dǎo)和監(jiān)督的作用，鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。混合式教學(xué)理念從將混合式教學(xué)看作是面授教學(xué)與在線教學(xué)之間的簡單結(jié)合轉(zhuǎn)變到重點關(guān)注教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與資源之間在面授教學(xué)與在線教學(xué)的“交互”。在這種混合式教學(xué)模式下，學(xué)生由學(xué)習(xí)的被動者變成主動者，教師也不再是傳統(tǒng)教學(xué)模式中的主導(dǎo)者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的引領(lǐng)者和促進(jìn)者。在教學(xué)實踐過程中，該模式既能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，也能鍛煉和提升學(xué)生的知識和技能實際運用能力，顯著提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

2013年后，混合式教學(xué)在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，內(nèi)涵進(jìn)一步得到挖掘。混合式教學(xué)的概念豐富為“基于移動通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境與課堂討論相結(jié)合的教學(xué)情境”。學(xué)者們將研究視角從技術(shù)、教師轉(zhuǎn)向?qū)W生，強調(diào)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種能夠真實參與且參與度高、個性化的學(xué)習(xí)體驗，突出“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)環(huán)境下教學(xué)與輔導(dǎo)方式的混合。

2 ? ? EDA技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

EDA技術(shù)是通信工程、電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)選修課，這門課程具有很強的實用性、操作性以及工程性，注重培養(yǎng)學(xué)生軟硬件設(shè)計及系統(tǒng)設(shè)計的綜合能力。該課程旨在幫助學(xué)生掌握通用EDA工具的使用方法，現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）技術(shù)和硬件描述語言（Hardware Description Language，HDL）程序編制方法與仿真技術(shù)，了解專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）的設(shè)計與超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration，VLSI）的設(shè)計。但是，當(dāng)前在EDA技術(shù)的教學(xué)中，無論是理論教學(xué)還是實驗教學(xué)，或是考核評價，都存在一些問題，如表1所示［5］。

在當(dāng)前EDA技術(shù)課程教學(xué)中，大多數(shù)高校教師仍然采用單一的線下教學(xué)模式，這對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考的能力非常不利。這就要求高校主動積極地探索適用于這門課程的新型教學(xué)模式。

3 ? ? 基于PBL的EDA技術(shù)課程線上線下混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

通過本門課程教學(xué)現(xiàn)狀的剖析，本文提出一種以PBL為基礎(chǔ)的線上線下混合式教學(xué)新方法，并將此方法應(yīng)用于EDA技術(shù)課程的理論與實驗教學(xué)中，從而避免傳統(tǒng)線下教學(xué)模式的弊端，提高教學(xué)質(zhì)量，同時也為其他相關(guān)專業(yè)課程提供參考依據(jù)。

3.1 ? 分析教學(xué)對象

相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式對學(xué)生的要求較高。在教學(xué)活動前，教師應(yīng)先確定學(xué)習(xí)目的，清楚了解學(xué)生對這門課程的基本知識儲備情況和學(xué)習(xí)積極性情況，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)學(xué)生的具體情況更好地設(shè)計線上和線下學(xué)習(xí)任務(wù)。將線上與線下學(xué)習(xí)任務(wù)相結(jié)合，在全部完成教學(xué)目標(biāo)的同時，也可以為不同知識層次的學(xué)生提供個性化教學(xué)服務(wù)。

3.2 ? 教學(xué)內(nèi)容模塊化

EDA技術(shù)這門課程大多使用的教材是科學(xué)出版社出版，潘松等編寫的《EDA技術(shù)實用教程》（第六版），其特色在于理論與實踐相結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計和自主創(chuàng)新能力。多數(shù)使用該教材的高校的授課對象是通信工程專業(yè)與電子信息工程專業(yè)的本科生和專升本學(xué)生，這些學(xué)生的教學(xué)背景和基礎(chǔ)知識儲備存在較大的差異。因此，要依據(jù)不同的教學(xué)對象和教學(xué)目標(biāo)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，按照預(yù)先確定好的教學(xué)目標(biāo)先將課程內(nèi)容模塊化，然后在課前以任務(wù)的形式下發(fā)每一教學(xué)模塊的知識點，合理安排線上視頻資源觀看、相應(yīng)知識點討論和測試等活動，并且隨時依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和知識掌握情況，及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和課程內(nèi)容。

3.3 ? 選用合適的線上教學(xué)平臺

目前，線上教學(xué)平臺種類繁多，有MOOC、雨課堂、學(xué)堂在線、學(xué)習(xí)通、愛課程、釘釘和騰訊會議等平臺，這些平臺給線上教學(xué)帶來了極大的便捷。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)平臺來建立線上線下混合式教學(xué)模型是當(dāng)前的研究熱點［6］。智慧樹教學(xué)平臺是全球較大的學(xué)分課程運營平臺，能提供大量優(yōu)質(zhì)的高校教學(xué)資源，學(xué)校間的資源可以在此共享，并具備網(wǎng)絡(luò)教學(xué)功能。其主要包括學(xué)習(xí)任務(wù)、見面課、學(xué)習(xí)資源、問答討論、作業(yè)測驗、學(xué)生管理、學(xué)情數(shù)據(jù)和成績管理等，功能較多，易于整合和使用，操作簡單。目前，該平臺已覆蓋全國1 000多所大學(xué)，使用該平臺的在校學(xué)生人數(shù)達(dá)到1 000萬人以上［7］，取得了良好的教學(xué)效果。本文以智慧樹教學(xué)平臺為網(wǎng)絡(luò)平臺，將線下課堂與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機融合在一起，探討基于PBL的EDA技術(shù)課程的線上線下混合式教學(xué)模式。

3.4 ? 合理設(shè)計教學(xué)過程

設(shè)計基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式的基本思路是以PBL的核心理念為指導(dǎo)，讓傳統(tǒng)課堂教學(xué)與線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)相融合，將EDA技術(shù)課程的教學(xué)過程分為課前自主探究學(xué)習(xí)、課中互動學(xué)習(xí)、課后線上實踐拓展3個階段。

3.4.1 ? 課前線上自主探究學(xué)習(xí)

在EDA技術(shù)課程的課前自主探究學(xué)習(xí)階段，教師根據(jù)本章的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)需求，對課堂教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)整理，將需要掌握的問題背景和內(nèi)容制作成微課、PPT課件、短視頻等學(xué)習(xí)資源，通過智慧樹平臺及微信公眾號發(fā)布學(xué)習(xí)資源和安排學(xué)習(xí)任務(wù)。以潘松等編寫的《EDA技術(shù)實用教程》（第六版）第三章組合電路的VHDL（用于電路設(shè)計的高級語言）設(shè)計為例，先自行確定一個簡單又常用的組合電路為設(shè)計對象，然后進(jìn)行VHDL程序設(shè)計，讓學(xué)生有針對性地去了解和學(xué)習(xí)，學(xué)生可以充分利用自己的課余時間在線上學(xué)習(xí)。教師依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)中存在的問題，特別注意搜集學(xué)生不懂的地方和反饋的問題，調(diào)整和設(shè)計后續(xù)的課堂教學(xué)活動內(nèi)容，再有針對性地進(jìn)行課堂互動教學(xué)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

3.4.2 ? 課中線下課堂互動學(xué)習(xí)

課中階段主要采用線下互動式的教學(xué)方式，全程在實驗室進(jìn)行教學(xué)。仍以潘松等編寫的《EDA技術(shù)實用教程》（第六版）第三章組合電路的VHDL設(shè)計為例，學(xué)生經(jīng)過之前的自主探究學(xué)習(xí)，對第三章組合電路的組成和VHDL程序結(jié)構(gòu)有了初步的了解，在此基礎(chǔ)上，教師根據(jù)學(xué)生的自主探究意愿和想法，將學(xué)生分成5～6人一組，要求每一個小組自行挑選一種數(shù)字電路進(jìn)行探究式設(shè)計，鼓勵每一位成員參與到設(shè)計任務(wù)中，實現(xiàn)團(tuán)隊的分工與協(xié)作。學(xué)生通過線下的團(tuán)隊合作完成設(shè)計任務(wù)，能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性，使其對新知識有更深的理解，并積極參加團(tuán)體活動，進(jìn)一步提高其問題處理能力、綜合設(shè)計能力及創(chuàng)新能力。

3.4.3 ? 課后線上實踐拓展

課后小組每位成員根據(jù)自己分配到的任務(wù)要求，先進(jìn)行線上網(wǎng)絡(luò)資料搜集、方案策劃與制訂，確定設(shè)計思路，然后小組討論確定并完成構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的各組成單元電路的VHDL程序設(shè)計及仿真，最終完成系統(tǒng)硬件部分的測試。整個過程中，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，通過應(yīng)用所學(xué)理論知識完成數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，進(jìn)而擴大學(xué)生的知識面，提高工程實踐能力。

以上3個階段循序漸進(jìn)，相輔相成，形成基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式，該模式的整體流程如圖1所示。

4 ? ? 基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果

為了驗證基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果，本研究將某校2022年選修EDA技術(shù)課程的通信工程專業(yè)學(xué)生設(shè)定為傳統(tǒng)教學(xué)組，電子信息工程專業(yè)學(xué)生設(shè)定為創(chuàng)新實驗組。通信工程專業(yè)使用傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，電子信息工程專業(yè)采用基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。將這兩個專業(yè)學(xué)生的所有過程性考核指標(biāo)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式相較于傳統(tǒng)線下教學(xué)來說，在EDA技術(shù)課程教學(xué)中獲得了更好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生的一致好評。

5 ? ? 結(jié)束語

本文將EDA技術(shù)課程的教學(xué)過程進(jìn)行重新構(gòu)建，借助智慧樹教學(xué)平臺的教學(xué)資源，提出基于PBL的線上線下混合式教學(xué)模式，有效地提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主完成課前預(yù)習(xí)、重難點內(nèi)容的深入理解及課后知識的拓展和延伸。該模式能夠有效提高EDA技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，為通信工程、電子信息類相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)提供參考。

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