五星教学视阈下模拟电子电路教学改革探索
时间：2023-01-17 11:55:08 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
祝颐蓉
（江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）
模拟电子电路是电类专业的专业基础课程，该课程知识点多知识面广，兼具理论性与实践性。在传统教学模式下，长期以来一直存在学生学习效果较差、教师提升教学水平难的问题，本文试图从现有教学过程中存在的困境着手，提出一系列提高教学成效的改革思路。
1.1 教师占主导地位，未能体现以学生为中心的教学理念
现有的模拟电子电路教学已逐步从单纯的课堂授课向线上/线下混合式教学方式转化，但开展的线上教学多为学生自行观看教学视频等低阶教学手段，学生以被动学习为主。整个教学过程缺乏学情分析，问题导向不突出，课前导学环节和独立思考设计环节也较为薄弱。
1.2 理论与工程应用联系不紧密，难以学以致用
实践教学环节往往受经费场地和人员投入的制约，多以现成的实验箱或实验模块为基础，以验证性实验为主，这类实验虽然能够让学生更直观理解课本内的知识点，但实践环节固化，缺乏灵活性和个性化设计，并且发挥空间小，很难达到提升学生自主设计和实践创新能力的目的，更无法实现新经济对卓越人才的需求。
1.3 教学改革只注重形式，缺乏有效的理论支撑
教师教学的重心往往只在教学内容上，教学改革的思路也常常倾向于选择更有效的呈现形式，甚至一味地追求使用各种多媒体技术实现教学内容上华丽的包装，而忽略采用更有效的教学原理来指导教学设计的理念。
五星教学原理由美国教育技术与设计理论家、教育心理学家梅瑞尔在2002年首次提出。他认为优秀的教学应以最终促进学习者学习为目的，教师教学必须致力于：（1）聚焦问题；
（2）激活旧识；
（3）示证新知；
（4）应用新知；
（5）融会贯通。为了提高五星教学原理的可操作性，梅里尔教授进一步提出了“波纹环状教学模式”有教学内容、教学策略和教学的传递方式对学习效率产生明显变化，其中教学内容对学习效果的贡献率为50%，教学策略和教学的传递方式合在一起为25%，其他不明因素为25%[1]。波纹环状教学模式中提出了更具体的内容设计方案，对教学设计模式发展起到极大的指导作用，有力地推动了教学理论的应用，使得教学设计具有更大的可操作。
3.1 聚焦问题
聚焦问题是五星教学原理中贯穿始终的核心内容，它倡导有效的教学应该以问题为导入，构建一个现实世界的问题情境，在这个情境中，学生从这一问题出发，依次导入该问题之下的各个子任务，并逐步掌握如何利用这些子任务来解决完整的问题，最终达到帮助学生主动进行有效学习的目的。这个环节强调只有当教学内容与个人的工作生活息息相关，且可以在现实情境中加以呈现时，学生才会更真实地沉浸于营造的学习情境和氛围。在这个过程中教师要完成以下教学活动：创建问题情景，抛出学习任务，设计知识传授的步骤。
3.2 激活旧识
在学习新知识之前，教师应该提前了解学生是否拥有与新知识相关的旧知识。学习的开始应引导学习者回忆和激活相关旧识；
如果旧识处在缺乏状态，那么需在示证新知前提供可以作为新知基础的相关经验。在这一环节，教师可以结合具体的教学案例，通过提问唤醒学生对理论知识的回忆，也可将旧知识以结论的形式给出，形成既有经验。
3.3 示证新知
在展示论证新知时不能只是简单地呈现，应该在契合学习目标的前提下，对新知识进论证展示，并为学生提供必需的学习指导来完成新的知识体系的建构。同时，在示证新知的过程中，应尽量为学生提供多种合适且有效的学习策略，采用混合教学、翻转课堂、头脑风暴和分组讨论等多样化的教学活动。教师在这一环节中需将聚焦问题的子任务逐层展开，需注意子任务间的承接要流畅自然，同时需点明子任务与聚焦的核心问题的联系，有助于学生建立起解决问题的整体观念。在讲解具体内容时，概念或原理可以采用正例和反例对比讲解，电路结构或元件组成可以利用合适的动画或视频资料，对于重难知识点宜结合具体电路反复多次的讲解。
3.4 应用新知
新知识仅仅通过示证，还不足以完全被学生转化为牢固记忆，只有经过了一步步具体实操，才能加深对概念的理解，强化对原理的应用，同时教师能提供恰当的指导和及时的反馈，这样才能促进新知在学生脑海中的由抽象文字转化为具体内容。在应用练习中，还需要考虑练习的多样性和层次性，随着层次的递进指导次数宜逐步减少，以帮助学生培养独立自主完成问题解决任务的能力。在这一阶段，学生可以利用相关的软硬件完成电路的仿真、制作、调试、数据测量，并根据测量的数据验证新知，最终解决最初的“聚焦问题”。
3.5 融会贯通
融会贯通是对学生较高层次的要求，当他们能够将新知识融入日常工作中时，新知就转化为了旧知，进而成为其知识系统中的一部分，今后在需要的时候才能自觉自如的运用，这就是融会贯通的境界。同时也能在心理上获得自我满足感，进一步为今后的学习打下基础。鉴于模拟电子技术课程的理论与实践相结合的特点，可以在后续的课外讨论和课程设计中安排此环节，作为课堂内容的延伸和拓展，例如，让学生自行查找资料设计并制作自己的电子作品、进行测量数据分析，总结电路的优缺点并提出改进措施。
3.6 五星教学原理的案例分析
以RC振荡器为例，以五星教学原理为指导设计的教学导图如图1所示。各环节具体内容如下：
（1）以实验室最常见的仪器——信号发生器展开，抛出“聚焦问题”：正弦波是怎么产生的？信号发生器在仅有直流信号输入的条件下怎样“无中生有”的产生正弦波？如何实现正弦波的频率和幅值可调？
（2）在“激发旧识”环节可简要回顾电路理论中交流电路谐振时的特点：电压电流同相位，电路呈现电阻性等；
本次课程讲解的RC振荡电路中包含有上一章的同相比例运算电路，可简要复习电路的结构及同相比例运算电压传输关系。另外，RC振荡电路中形成了正、负两种反馈，还需要在课前强调一下它们的差别和区分方法是什么。
（3）“示证新知”环节需要层层递进，逐级展开。首先介绍自激振荡的基本原理，由于自激振荡无须输入信号，于是紧扣了聚焦问题中“无中生有”的现象。其次用分解的手法依次介绍RC振荡电路的四大环节：RC选频环节（呼应旧识中的谐振电路），放大环节（呼应旧识中的同相比例运算电路）和反馈环节，稳幅起振环节。其中RC选频环节和稳幅起振环节与聚焦问题中“正弦波的频率和幅值如何调节”相对应。最后，从整体梳理电路的设计思路：由RC选频网络实现选频环节和反馈环节，并形成正反馈；
由同相比例运算电路构成放大和稳幅环节，并构成负反馈；
要完成RC振荡环节的起振，可利用热敏元件或非线性元件实现。
（4）在完成了新知识的输入后，可利用实验完成“应用新知”环节，建议采用软件仿真和硬件实物两种应用方法，先利用软件MULTISIM对RC振荡电路进行仿真，再在电路板上连接对应的电子电路，用示波器观察正弦波的起振和稳幅过程，根据测量数据给出电容电阻与输出波形的频率关系，最终完成实验报告分析。
（5）最后，可利用课程设计实现“融会贯通”环节，例如，可以布置题目“波形产生器”，让同学们以正弦波产生电路为基础，设计实现方波、三角波的产生电路，给出数据分析和结论，并根据数据分析电路的特点。
教学策略的改革主要包括两方面：面向完整任务的教学排序策略和面向不同对象的教学方法策略。
面向完整任务的教学排序策略目的是让学生在教学中尽早进入“聚焦问题”当中去。教师在“示证新知”环节中需要设计出环环相扣、层层递进的子任务，每一个子任务除了要为学生提供当前学习的背景，还要明确告知学生从这个子任务中能够学到什么。随着任务的展开应该有一个层次上的递进，这样可以避免学生因一下接触过多细节而搞得晕头转向。例如，在讲解RC振荡器时，首先以简单的框图结构为对象来分析自激振荡产生的条件，然后再结合具体的电路分析选频、反馈等子环节。
面向不同对象的教学方法策略是为了针对不同类型的学生能够尽可能地提供有差别化的学习情境。为满足不同的学习需要，教师可以灵活选择以下学习策略：对于有学业要求的学生可采用基于实践项目的教学、基于案例的教学；
对于兴趣导向的学生可采用、探究式任务学习、专题讲座和专题研讨，而情感需求型学生可采用协作式任务学习方式，并阶段性给予正面鼓励等。
在后疫情时代，单纯的线下教学方式已经无法满足日益增长的教学需求，线上/线下混合式教学模式已经愈来愈为广大教师所接受。混合式教学的具体实施方案如下：
（1）课前（线上）。以本专业教学大纲为切入点，录制知识点视频或选择合适的候选线上资源。每个知识点或知识块以具体的复杂问题为起点，带入相关旧识的回顾，同时给出本视频的重难点，让学生带着问题进入学习，做到有的放矢。
（2）课中（线上/线下）。线下在实体教室进行面对面授课，线上进行师生教学交互（签到、测试、选人等），此阶段是五星教学法中具体应用和融会贯通阶段，是学习是否达到有效性的最重要环节。
（3）课后（线上/线下）。教师可根据课堂测试结果有针对性的布置作业，同时可以在线上提供课程拓展内容（讨论和课外阅读）。
总的来说，将线上教学与线下课程相互融合、协同讲授，既加强了学生学习空间的立体度，又能拓展他们专业知识的广度和深度，最终达到提高学生的学习主动性和教学有效性的目的。
结合模拟电子电路课程的特点，以五星教学理论为指导，通过对教学内容、教学策略和教学传递方式进行一系列优化和调整，以期能达到提高教学有效性的目标。希望本文为本课程的教学提供一点点有价值的借鉴，起到抛砖引玉的效果。
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