MOOC教学设计体验教学研究

    孙霞 董刚

    【摘要】针对传统数字电子技术教学中，学生体验性较差、反思能力较弱的问题，提出了在MOOC（大型开放式网络课程）设计中，以学生为核心设计授课环节，提高了“数字电子技术”MOOC教学中学生学习的体验性，激发了学生学习数字电子技术课程的积极性，培养了学生的反思能力，为数字电子技术教学工作提供了良好的借鉴。

    【关键词】数字电子技术?MOOC教学?体验教学?教学反思

    一、引言

    数字电子技术教学以组合逻辑电路和时序逻辑电路为核心，对多种数字器件的原理和应用进行学习，学生通过对数字器件原理和应用的学习，掌握数字电子技术的核心内容。在传统教学中，数字电子技术作为专业基础课程，采用的都是合班教学，授课人数多，体验性较差。传统教学受到授课学时影响，教学的反思环节薄弱。针对传统教学中存在的问题，MOOC教学在教学设计上，采用实践为反思内容，以实际生活中的交通灯显示、时钟设计、数据选择器、单稳态触发器等具体内容为课程作业，激发学生反思的兴趣。

    二、实际案例

    1.交通灯显示的课程设计反思

    交通灯显示是由七段显示译码管实现，课程设计包括七段显示译码管的功能表、表达式和应用构成。七段显示译码管输入包括四个引脚W、X、Y、Z，输出包括A、B、C、D、E、F、G这七个输出端口，输入和输入直接的逻辑关系使用真值表进行表达。在七段显示译码管的表达里，要明确七段显示译码管和数码管的区别。对应七段显示译码管，反思部分为：（1）七段显示译码管是如何实现交通灯显示的时间倒计时的？（2）在实现交通灯显示电路中，对译码管如何选型？（3）请使用MULTISIM软件连接交通灯显示电路。

    在MOOC教学的反思问题提问下，学生不仅能掌握七段显示译码管的原理和应用，而且能够通过查找资料对交通灯显示电路进行仿真，学生可以通过上网查找资料充分认识不同型号的七段显示译码管的工作特点。甚至能够引申到十字路口交通灯控制的控制方案上进行讨论，成功激发了学生反思的欲望，学生在学习过程中也获得良好的体验。

    2.时钟的课程设计反思

    时钟的设计包括时间的显示电路、定时电路、校正电路、报警电路等构成。对于时钟的显示电路可以使用计数器分频来实现小时、分钟和秒钟之间的进制关系;对于时钟的定时电路可以使用555定时器来进行设计;对于时钟的校正电路可以使用在计数器的时钟端口快速输入CP信号进行设计;对于时钟的报警电路可以使用555定时器推动扬声器进行设计。对于时钟设计，反思部分为：（1）不同类型的计数器如何实现24分频和60分频电路？（2）校正电路的时钟选取如何确定频率？（3）报警电路如何实现报警频率和报警时间的控制？

    在以上反思问题提问下，学生不仅能掌握课本上经典计数器74HC161的原理和应用，而且能通过查找资料，掌握不同型号计数器（74HC160、74HC390、74HC163）的应用;在报警电路频率控制上，甚至有部分同学研究了声音频率和人体感受之间的关系;部分学生还能够应用仿真软件MULTISIM对时钟电路进行仿真，在具体仿真电路上完成自己的想法和对时钟电路的要求。

    3数据选择器的课程设计反思

    数据选择器在原理上等价于一个单刀多掷的开关，四选一数据选择器在地址端输入“00”时，选通数据端口D0送到输出端;在地址端输入“01”时，选通数据端口D1送到输出端;在地址端输入“10”时，选通数据端口D2送到输出端;在地址端输入“11”时，选通数据端口D3送到输出端。可以形象比喻为点击邮箱动作（单输入），弹出多个选项——写信、草稿箱、已发送（多输出）的操作。数据选择器是典型的单个输入多个输出的电路，而数据分配器正好与之相反，数据分配器是多个输入单个输出的电路。对于数据选择器，反思部分为：（1）多输入单输出的数据分配器是如何实现数据分配的？（2）请分别使用译码器、数据选择器来实现三人表决器的电路设计。

    在以上反思部分，学生通过和自身使用电子器件联系，给出多个精彩比喻。比如：多输入单输出类似于打电话，输入多个数字只接通一个电话。学生不仅掌握了元件的原理，也提出了精彩纷呈的形象比喻。

    4.单稳态触发器的课程设计反思

    单稳态触发器是由两个或非门加一个电容和一个电阻构成，单稳态触发器本身只有一个稳定状态，单稳态触发器的特点是：没有触发信号时，单稳态触发器处于稳定状态;外加触发信号后，单稳态触发器进入暂稳态，经过时间T后自动恢复稳定状态。对于单稳态触发器，反思部分为：触发信号端口的微分电路如果去除，当输入的触发信号是宽脉冲信号的时候，电路会出现什么情况？

    经过反思，学生了解到微分电路的作用是：把输入端口输入的任意宽脉冲或者窄脉冲，全部转变为窄脉冲。使得输入的脉冲不会因为脉宽问题影响输出的跳变。学生把单稳态触发器形容成拉力器，没有触发信号（外加拉力）时，拉力器处于稳定状态;外加触发信号（拉力）后，拉力器进入暂稳态，经过时间T后自动恢复稳定状态。学生在学习态度上，完成了由传统教学的“要我学”到MOOC教学的“我要学”的转变。

    三、总结

    以实际生活中的交通灯显示、时钟设计、数据选择器、单稳态触发器等具体内容为课程设计的反思部分，不仅在MOOC教学的15分钟有限时间里对电路原理进行了充分的学习，而且翻转了课堂，完成了学生从“要我学”到“我要学”的学习观念转变。

    安徽理工大学电气与信息工程专业电气专业1～3班的实际MOOC教学应用表明，MOOC教学通过以实践为反思的教学设计成功激发了学生学习的兴趣，提高了学生的反思能力，使得学生获得良好体验。

    参考文献：

    [1]李曼丽，张羽，叶赋桂.大规模在线开放课程的教育学考察[M].北京：清华大学出版社，2013

    [2]阎石.数字电子技术基础（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2016

    [3]杨上影.微课设计与制作[M].北京：高等教育出版社，2017

    [4]康華光.电子技术基础数字部分（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2014

    [5]林涛.数字电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2018

    资助基金：

    1.安徽省质量工程项目，项目名称：数字电子技术。项目编号：2015MOOC043。

    2.安徽理工大学第五批中青年学术骨干项目。项目编号：校人事2015[29]号。