基于口袋实验箱的课程混合教学模式研究与实践
王玲玲
（烟台大学计算机与控制工程学院 山东·烟台 264005）
摘 要 为了有效地提高学生的实践和动手能力，引入口袋实验箱构建了高效的混合课堂教学模式，介绍了具体实施过程及实施效果，实践证明，该种模式的引入提升了学生的学习效果和实践能力，同时，对提高学生的学习积极性和主动性非常有效。
关键词 混合式教学 口袋实验箱 数字逻辑 实践教学
“数字逻辑”/“数字电子技术”课程是我院计算机专业、软件工程专业、自动化专业的一门重要的专业基础课，是后续计算机组成原理、微机原理、计算机体系结构等课程的先导课程，有着非常重要的地位。本课程是一门硬件基础课程，需要学习很多常用电子器件、数字电路及其系统的分析和设计，而传统的填鸭式的教学模式，只注重理论知识的讲解，同时传统的实验通常是基础的，验证性实验，缺少动手实践和创新，无法提高学生的实践动手能力，学生的学习动机和学习能力不足。
课堂中引入了口袋实验箱，在教学过程中，采用边教、边学、边做，提升学生的实践能力，[1-2]但如何在有限的学时内增加实践的同时，又能提升教学效果和及教学内容的深度和广度呢？同时，如何发挥学生主体性作用，坚持灌输性和启发性相统一，引导学生发现问题、分析问题、思考问题，故采用新的混合式教学方式[3]对该课程进行理论与实践的教学研究显得非常迫切和必要。
该课程在我校获批在线混合课程建设项目，结合优慕课、课堂上引入北京百科融创公司研制的第三代口袋实验箱，形成了高效的混合式课堂教学模式。
由于目前尚无从实体肿瘤中分离纯化出的CSCs的可靠方法，因此，本研究采用前期构建的细胞自我更新基因Piwil2重编程人成纤维细胞形成具有自我更新、多向分化、细胞异型性和高致瘤性的Piwil2诱导肿瘤干细胞（Piwil2-iCSCs）作为CSC细胞模型［22-23］，研究其来源的外泌体对人脐带间充质干细胞（huMSCs）增殖、迁移、侵袭等生物学行为和细胞异质性的影响，为明确肿瘤转移发生机制及治疗奠定基础。
1 教学模式构建
1.1 课前自主学习
在课堂上引入口袋实验箱，有助于提高学生的实践动手能力，加深对所学芯片的功能的理解，但存在的问题是如何解决课堂授课和实践操作之间的时间上的矛盾性，为了有效的解决这个问题，我们采用了基于优慕课的混合课堂授课形式，将每节课所学知识点细化，分为课前视频和课堂授课内容视频，为了保证学生的学习效果，每个视频尽量做到简短高效，其中课前视频提前在优慕课上发布，要求学生上课之前必须完成，这部分内容教师在课堂上不再重复，而是检查学生学习效果，从而为实践操作提供时间的保证；课堂上引导学生通过案例加深对所需内容的深化和提高；在课后将课堂视频发布，供学生根据自己学习情况进行查漏补缺。
1.2 编写教案
在实践环节有选择地布置了开放式实验题目，鼓励学生提出自己的设计方案，并针对每一次实验案例，能够及时完成实践总结，采用了蓝墨云班课的形式，学生可以拍照片或视频，同时加以文字阐述，当堂在课堂上提交报告及方案陈述；每一次活动的参加，小墨都可以为学生添加经验值，也激发了学生的学习热情。
1.3 团队模式
为了有效的利用课堂时间，教师需要合理安排实践任务；首先实验箱的使用，我们录制了视频，供学生提前观看学习，克服了操作的畏难情绪；其次实验内容的安排，按照循序渐进、难度渐升的原则安排；比如第一次实验时，在讲解了实验箱的使用后，引导学生对74LS00 二输入与非门进行功能验证，通过实验，学生懂得了芯片的使用方式，对数字电路的输入输出逻辑有了从理论到实践的认识，然后继续让学生继续用74LS00 芯片完成三人表决器电路的设计，从而进一步掌握了组合逻辑电路中小规模逻辑电路的设计方法；再比如触发器部分的学习，以往同学都枯燥记忆触发器的功能，对时序电路的工作难以理解，为此我们先让学生用与非门搭接基本RS 触发器，进行功能验证，然后在此电路基础上继续添加与非门实现钟控RS 触发器电路，对于时钟脉冲的控制有了直观的认识，进一步我们又让学生验证74LS73 双JK 触发器的功能；最后利用双JK 触发器设计了2 位同步二进制加法计数器电路，初步认识了时序电路和触发器的关系，为时序逻辑电路的学习做好了铺垫，同时加深了触发器的功能的学习；实通过践环节的有效安排让学生能够在教师的知识引导下，通过实践学习，改变填鸭式的强化理论学习模式，真正把实践和理论知识结合起来，变枯燥为有趣的动手，当看到实验箱上数码管的计数显示时，学生收获了浓厚的学习兴趣和课堂的充实感，这就是学习的乐趣。
第三，组织开展临床新技术新项目推介会。强化学科间的交流合作，实现了相互促进、共同提高的目的。明确了医技科室开展新技术新项目，应以辅助临床科室技术进步为目的的原则，确保优质资源聚焦到疾病的治疗上，惠及患者。
1.4 课堂实践环节
团队合作模式的优势是一加一大于二，有利于集思广益，促进团队成员共同进步；要求学生通常三人一组，组间同质，组内异质，选组长一人，通常学习较好，具有高度责任心，能够带动组内成员学习；小组模式在教学中的应用取得了很好的效果，大家互帮互助，避免了部分同学在学习过程中由于畏难情绪、学习能力不够等因素导致的掉队问题的产生；在课堂教学中，设置高效的小组活动，比如在讲完两片译码器扩展后，可以进一步抛出四片译码器扩展成32 选1 的译码器电路设计，要求以组为单位讨论思考，并踊跃发言，为了更好地激励学生的学习积极性，要求每个组内成员荣誉共享，若有不良行为，则每个成员都扣分；极大的激发了学生们的集体荣誉感和组与组之间的较量，带动了学习积极性。
1.5 讨论模式
山东煤机装备集团经过多年理论研究和实验总结出一套先进的粉煤灰湿法选炭工艺，如图1所示。该工艺主要采用了本公司生产的FWX系列浮选柱、BXN系列高频振动斜板浓缩机、DU系列水平带式过滤机、矿浆预处理器、搅拌桶和滚筒筛等设备。
1.6 实践总结及方案陈述
课堂教学模式的改变，原来的教案不适用了，根据口袋实验箱的课堂应用重新编写了实验教程，注重了学生实践和综合设计能力的提高；实验教程主要包括硬件实验箱介绍，软件QUARTUS 使用，VHDL 语言基本教程、基本实验内容和综合系统设计五大部分；前面三部分系统介绍了实验箱的使用方式及构成，以及EDA设计对软件和编程的基本知识；基本实验内容针对每一个知识点，和所学的芯片提供了基本功能验证、扩展应用实验及创新实验；比如以加法器为例，实验内容包括一位加法器的设计实验，多位加法器74283 的功能扩展，最后要求学生能够用VHDL 语言自己编写一个多位加法器电路；学生首先通过自己搭接电路真正理解了什么是全加器，尤其是其中的进位输入和借位输出在二进制加法运算中的具体作用；其次通过74283 芯片的功能扩展学习了中规模逻辑模块的使用，最后掌握了现在软件设计硬件的EDA 的设计方法；完善的难度有梯度的实验内容使得学生一堂课收获的内容远远超过传统的授课模式；而综合实验部分则在学生基本完成授课内容后可以选择相关题目，通过综合系统的设计，学生能够把所学的知识综合应用，加深对课堂所需各种模块功能的理解，掌握现在FPGA 设计的技能。
在授课过程中，尤其是难度提高时，针对老师的讲解或者操作出现的问题，该如何解决呢，是置之不理还是当堂解决呢，我选择后者，通过讨论的课堂模式，让学生当堂解决在学习过程中遇到的困难，并且勇于向老师和同学提出自己的见解和疑惑；同时也丰富了课堂的内容；课堂不再是老师一个人的舞台，而是以学生的学为中心，极大提高了学习效果。
2 教学效果调查
为了调查新的教学改革方案的实施效果，特在优慕课发布了教学效果问卷，共176 份，如表1 所示。
表1
问卷结果表明，学生们喜欢这种新的授课形式，能够充分利用老师录制的视频，并且理论联系实践，充分理解芯片的功能及应用。
其中：mean表示对矩阵取平均，diag表示取矩阵的对角元素。当wp取较大值时，则修正参数的变化将变小。
3 结束语
实践表明，基于口袋实验箱的实践式教学模式的应用，把教师授课、学生学习、实验任务有机结合起来，学生的理论和实践紧密结合，促进了学生的实践兴趣，培养了学生的动手能力与研发意识，对提高学生的工程实践能力起到了良好的推动作用，极大地提高了该课程的教学质量和教学效果。
参考文献
[1] 蔡春晓,孟德明,周巍,李燕龙.基于“口袋实验机”的数字逻辑实验自主式学习改革及实践[J].科技视界,2017(24)：56-57.
[2] 姜志鹏,陈正宇,阎浩.基于“口袋实验室”的实践教学模式实施方法[J].物联网技术,2015(9)：98-99.
[3] 周凯,李萌,王莉利,杨王黎,杨永.“互联网+”背景下混合教学模式在高校计算机类课程的研究与实践[J].教育与探索,2018(11)：95-97.
Research and Practice of Course Mixed Teaching Model Based on Pocket Experiment Box
WANG Lingling
(School of Computer and Control Engineering,Yantai University,Yantai,Shandong 264005)
Abstract In order to effectively improve students' practical and practical abilities, an efficient mixed classroom teaching mode is constructed by introducing pocket experimental box.The specific implementation process and implementation effect are introduced.Practice proves that the introduction of this mode improves students'learning effect and practical ability,and at the same time,it is very effective to improve students'learning enthusiasm and initiative.
Keywords mixed teaching;pocket experiment box;digital logic;practice teaching
中图分类号： G424
文献标识码： A
DOI： 10.16400/j.cnki.kjdks.2019.11.067
基金项目： 2016山东省本科高校教学改革研究项目“地方高校基于大学生自带移动设备的翻转课堂教学改革行动研究”（项目编号：Z2016M082）；2017 教育部百科荣创产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目：“数字逻辑”（项目编号：201702091009）；烟台大学在线课程建设项目：“数字逻辑/数字电子技术”（项目编号：001048）；烟台大学教学改革项目“基于优慕课的《数字电子技术》课程的翻转课堂混合式教学研究”
标签：混合式教学论文; 口袋实验箱论文; 数字逻辑论文; 实践教学论文; 烟台大学计算机与控制工程学院论文;