基金项目：河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2017GJJG235）
基于微课、翻转课堂的电学实验课程教学模式研究
摘要：数字电子技术实验是电类专业必修的专业基础实验课程，是培养学生创新与实践能力的重要平台。本文通过对逆向思维的解读、分析，及其在数字电子技术实验教学中的应用展开叙述，改革传统的验证性实验教学模式和方法，使学生以问题为导向，积极深入地思考，进而达到提高教学效果和学生创新实践能力的目的。
关键词：逆向思维；数字电子技术；实验教学；创新实践能力
数字电子技术实验是电类专业必修的专业基础实验课程，是数字电子技术课程课堂讲授理论知识的实践环节和必要补充[1]，也是培养学生创新与实践能力的重要平台。如何通过实验教学提高学生分析数字电路原理、设计电路的能力，显得尤为重要。本文通过将逆向思维方式应用到数字电子技术实验教学中，改革传统的验证性实验教学模式为设计性实验教学模式，引导学生创造性地完成实验任务，有效提高学生实践能力和主动探索精神。
1、逆向思维在实验教学应用的研究现状
逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式，即逆着事物形成过程倒推事物的原始存在或原因的一种思维方式[2]。
逆向思维具有普遍性、多样性、批判性、新颖性和突破性[3]。部分发明创造与逆向思维密不可分，如法拉第电磁感应定律的发明。目前，教学改革是人们关注的热点。就工科高校实验教学而言，传统的实验教学模式是“先理论后实践”，学生在理论学习时往往会发出“不知所学何用”的感叹[4]，此种现状有待改善。于是，一种思维方法——逆向思维逐渐被教师采用，应用到电路实验、物理实验等等实验教学中。通过应用逆向思维，部分高校已开启“先实践后理论”模式，经过多种实践教学改革尝试，教学效果大大提高，如电路实验中KCL验证实验、黑箱子实验盒结构与参数的推演实验等等。
2、数字电子技术实验中的验证性实验设计存在的问题
验证性实验是指对研究对象有一定了解，并形成了某种假说，为了验证这种假说是否正确而进行的一种实验。其主要目的并不是为了搜集事实材料，而是要把研究工作引向深入，从而加深对研究对象的某些性质和规律的认识[5]。传统的数字电子技术实验的验证性实验教学与培养学生创新能力、创新精神与思考能力不相符，将逐渐退出教学舞台，教学改革势在必行。数字电子技术实验以门电路功能测试和组合逻辑电路测试实验为例，均存在着给定电路图的情况，学生只需按照电路图连接导线，测试输出电平状态，验证输入和输出之间是否符合相应的逻辑关系。由于实验方法单一，仅仅依靠教师讲解实验操作步骤，学生按实验要求进行测试，无需进行深入的思考即可完成实验，使得实践环节多是机械模仿，缺乏问题意识，缺乏创新性，教学效果达不到预期等问题。
针对验证性实验的问题和特点，本文将逆向思维引入实验教学中，使验证性实验改为设计性实验，达到提高教学效果和学生思考问题、创新实践能力的目的。
3、逆向思维在数字电子技术实验教学中的应用示例
数字电子技术实验课程中，门电路逻辑功能测试实验的设计是验证性实验，是基于一种再现的教学模式[6]。学生根据芯片型号和电路图连接导线，并测试对应输入的输出电平状态，验证门电路的逻辑关系，达到进一步理解和掌握理论知识的目的。教学中发现，这种正向思维模式下的实验方法，无法调动充分地思考，学生为了实验而实验，甚至所得数据正确与否、与实际的逻辑关系是否相符等重要问题往往被忽略，无法达到加深对门电路逻辑功能等规律认识的教学目的。
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笔者根据对数字电子技术实验教学改革研究的思考，受逆向思维和“黑匣子”理论的启发，利用黑匣子实验模块，将原有的门电路、触发器等验证性实验进一步延伸为设计性实验，是将逆向思维应用于数字电子技术实验的改革与创新。
例如基于黑匣子的门电路逻辑功能测试[8]实验要求学生以探究方式理解和掌握门电路的逻辑关系。与传统的门电路逻辑功能测试反之，学生在实验过程中对实验所使用的“黑匣子”内部的芯片型号是未知的，只能通过黑匣子外观上的引脚了解其内部是2输入的14个引脚的门电路中的一种。学生需要自行设计实验原理图，按照输入与输出的对应电平状态，确定其逻辑关系，最终确定黑匣子内部芯片的功能和型号。
实验过程中，学生通过设计电路的思考，加深了对芯片内部输入、输出引脚间逻辑关系的认知；通过测试的输出和输入之间的关系进行逆向思考，进而确定输出和输入的逻辑关系及芯片的型号，进而对各类逻辑关系的掌握更加熟练和深刻。
同上，触发器及其应用实验可将触发器芯片安装在黑匣子中，学生可根据自行设计的电路及测试的逻辑结果反推出芯片型号和触发器的类型，进而更加熟练掌握常用触发器的时序关系。
教学中发现，学生自主性较强，老师与学生交流明显增多。逆向思维使学生在好奇心的驱使下，更加深入的思考并提出解决方案，充分调动学生学习积极性，激发学生学习热情，加强了学生的学习意识和学生在课堂上的问题意识，使学生学习的目的性和实践能力都有明显的提升。
4、应用逆向思维的优势
将与正向思维相对应的逆向思维应用在教学中，是教学改革的一项进步，打破了传统实验教学“先理论后实践”的传统模式。优点总结如下：
（1）教学质量得到改善。改变以往既定实验内容、步骤的形式，给予学生更多的自主性，避免乏味的定式教学。
（2）增强老师与老师的沟通、学生与老师的沟通。从如何引导学生逆向思维的实验电路设计到学生适应新模式的学习方法交流与沟通明显增加。
（3）学生学习效率提高。逆向思维教学吸引学生注意力，使学生在好奇、关注逆向推理的过程中，对应掌握的知识进行深刻记忆、高效理解。实验操作过程灵活性大，学生动手操作能力得到锻炼和提高。
5、结论
将逆向思维应用到数字电子技术实验教学中，以门电路测试实验为例，采用黑匣子实验装置对学生进行教学，收到良好效果，主要体现在学生课堂思维活跃、积极性高、操作灵活、自主性高、可扩展性强等方面。实验教师还可以将其他的验证性实验，例如组合逻辑电路，触发器等实验按照黑匣子为例的逆向思维方式，改革实验方法，使其成为设计性实验，以提高学生的学习兴趣、电路设计和创新能力。逆向思维与创造发明密不可分，教学中可以灵活使用逆向思维等创新思维，引导学生结合所学理论知识，考虑实际工程、生活中问题设计相关的产品等，培养学生创新意识、思维能力。
参考文献
[1]张学成.数字电子技术实验改革与创新[J].实验室研究与探索,2011,(08):285-288.
[2]孙盾,田社平,范承志.逆向思维在电路原理实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2014,(05):17-19+31.
[3]刘汉民.论逆向思维[J].重庆工学院学报,2005,(09):96-100.工科高校
[4]周岐,王亚君,常国威,等.逆向思维在工科高校实验教学中的应用与实践[J].实验室科学,2016,(01):96-98+102.
[5]曹中一.“三性”实验的内涵与特征[J].实验室研究与探索,2003,(04):10-12.
[6]梁丽勤，徐天运，张宝健，等.基于黑匣子的门电路逻辑功能测试实验设计[J].实验技术与管理2017，（03）：173-175.
论文作者:梁丽勤 栗晋丽 张宝健 刘扬
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月50期
论文发表时间:2019/11/12
标签：思维论文; 电子技术论文; 学生论文; 黑匣子论文; 逻辑论文; 数字论文; 测试论文; 《知识-力量》2019年11月50期论文;