BOPPPS模型下的數(shù)字電路教學(xué)
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［摘要］針對目前軍隊(duì)院校數(shù)字電路課程教學(xué)中存在的問題，項(xiàng)目組嘗試在課堂教學(xué)中引入boppps模型，提出將“組合邏輯電路的設(shè)計(jì)”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容劃分為以下六個(gè)環(huán)節(jié)，即引入、目標(biāo)、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測和總結(jié)，并付諸教學(xué)實(shí)踐中。結(jié)果表明，該方法改變了傳統(tǒng)以“灌輸”為主的教學(xué)模式，可以更好地調(diào)動學(xué)員的積極性，有利于學(xué)員創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果。
［關(guān)鍵詞］數(shù)字電路；BOPPPS模型；軍隊(duì)院校
一、我校數(shù)字電路課程存在的問題
數(shù)字電路作為一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，在我校電子類各專業(yè)人才培養(yǎng)方案中起到承前啟后的作用，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)、進(jìn)一步深造和從事電子信息技術(shù)等專業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。該課程的培養(yǎng)目標(biāo)不僅要求學(xué)員掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要求學(xué)員具備分析問題和解決問題的能力，使之能運(yùn)用所學(xué)知識解決工程實(shí)際問題。針對該課程特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，當(dāng)前我校在數(shù)字電路課程教學(xué)中存在如下問題。
（一）教學(xué)方法與模式單一
數(shù)字電路課程在要求學(xué)員全面掌握“三基”（即基本理論、基本知識和基本技能）的同時(shí)，還特別注重要培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力。目前課堂授課方式大多采用講授式，教員大多以教育主體的身份對學(xué)員進(jìn)行理論灌輸，輔以簡單的操作演示。在這種模式下，學(xué)員沒有或者很少能參與到學(xué)習(xí)中去，大多是被動地汲取知識，缺乏主動性和能動性，無法對所學(xué)知識進(jìn)行深層次的理解和認(rèn)識，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。
（二）學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力不足
自主學(xué)習(xí)能力是提升部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的根本途徑。但不同于地方院校的是，軍校學(xué)員在學(xué)量專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時(shí)，還要完成軍事體能訓(xùn)練、隊(duì)列訓(xùn)練和軍事達(dá)標(biāo)考核等任務(wù)，而且軍校對學(xué)員實(shí)行統(tǒng)一管理，這樣就使學(xué)員的自主學(xué)習(xí)時(shí)間非常少，大部分學(xué)員接受知識都是依靠上課時(shí)間，課上弄不懂的知識也很少去主動解決。這就導(dǎo)致了部分學(xué)員自主學(xué)習(xí)意識薄弱，滿足于“60分萬歲，多一分浪費(fèi)”，完全是只知其然而不知其所以然，至于獨(dú)立思考和創(chuàng)新學(xué)習(xí)就更無從談起了[1]。
（三）學(xué)員創(chuàng)新能力較差
受傳統(tǒng)教育觀念影響，學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中大多是被動地接受知識，更多的是關(guān)注問題的答案是什么，而忽略了為什么。通過研究學(xué)員作業(yè)我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)員的做題思路大部分局限于教員上課時(shí)候的講解方法，不愿意去嘗試新的思路和新的方法。在這種教學(xué)氛圍下，培養(yǎng)出來的學(xué)員缺乏創(chuàng)新精神，創(chuàng)造能力差[2]。因此，當(dāng)前迫切需要解決的問題之一就是如何激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們快樂學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)，以便顯著提升課堂教學(xué)效果。解決問題的關(guān)鍵就是在課堂上達(dá)成有效教學(xué)，即遵循教學(xué)過程的客觀規(guī)律，以盡量少的人力和物力投入，實(shí)現(xiàn)盡可能好的教學(xué)效果。而要想達(dá)成有效學(xué)習(xí)，教員應(yīng)兼顧教學(xué)過程的每個(gè)環(huán)節(jié)，即教學(xué)目標(biāo)→教學(xué)行為→學(xué)習(xí)活動→教學(xué)考評的全過程。
二、BOPPPS模型簡介
BOPPPS是一種十分有效的教學(xué)模型。該模型由北美地區(qū)高校教學(xué)技能培訓(xùn)機(jī)構(gòu)InstructionalSkillsWork⁃shop（ISW）開發(fā)，充分體現(xiàn)了“學(xué)員為主體、教員為主導(dǎo)”的理念。BOPPPS模型將知識點(diǎn)教學(xué)過程劃分6個(gè)部分，如表1所示。BOPPPS教學(xué)模型的核心有兩個(gè)：一是強(qiáng)調(diào)在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)員不只是聽講，而是要參與到學(xué)習(xí)中去；二是要實(shí)時(shí)掌握學(xué)員學(xué)習(xí)動態(tài)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)活動。遵照這一模型的基本思想，教員應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)員積極參與課堂教學(xué)過程，并且充分應(yīng)用各種直觀、形象、靈活多樣的教學(xué)手段，幫助學(xué)員全面、系統(tǒng)地深入理解和掌握理論知識[3]。對教學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和相關(guān)實(shí)踐活動一直以來都是BOPPPS模型強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)。對于教員來說，基于BOPPPS模型的課堂教學(xué)對教學(xué)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有明確要求，教員在備課過程中，需要根據(jù)BOPPPS模型每一部分的具體要求來準(zhǔn)備每一堂課并書寫教案，如表2所示。
三、BOPPPS理念下實(shí)踐教學(xué)效果的探索
本文利用BOPPPS模型對“組合邏輯電路的設(shè)計(jì)”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，針對其內(nèi)容進(jìn)行精心的規(guī)劃。
（一）引入
引入（Bridge-in，B）先引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。一個(gè)好的引入可以吸引學(xué)員注意，建立學(xué)習(xí)動機(jī)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[4]。本次課以一段學(xué)員參加合唱比賽的視頻作為引入，比賽過程中考核組由三名評委組成，每名評委面前有一個(gè)按鈕，當(dāng)評委認(rèn)為合唱可以進(jìn)入決賽時(shí)按下按鈕，當(dāng)2名或2名以上評委同意時(shí)，表明該組可以進(jìn)入決賽，表示是否通過的指示燈亮。視頻播放結(jié)束后，教員可以提出相應(yīng)問題：視頻中使用的表決器有什么特點(diǎn)?屬于什么電路?如何來實(shí)現(xiàn)視頻中的表決器？本設(shè)計(jì)任務(wù)來源于學(xué)員的生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)員帶著真實(shí)的任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，以此激發(fā)學(xué)員的興趣和求知欲。
（二）目標(biāo)
目標(biāo)（Objective，O）學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)員學(xué)習(xí)的方向，是教員的教學(xué)依據(jù)，也是評估學(xué)員學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)必須是便于學(xué)員理解的。這就要求目標(biāo)的設(shè)置必須清晰具體、易于描述和度量[5]。按照BLOOM教學(xué)目標(biāo)分類法的認(rèn)知、情感和技能三個(gè)方面來闡明學(xué)習(xí)目的，讓學(xué)員明確通過本次授課后能夠?qū)W會做什么。在制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，要摒棄傳統(tǒng)“了解”“理解”“掌握”的描述方式，而是更多地采用“通過本次課的學(xué)習(xí)你能夠做什么，達(dá)到什么程度”的句式。本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：1.知識能力目標(biāo)。（1）能夠根據(jù)要求和給定器件設(shè)計(jì)簡單的組合邏輯電路；（2）會判斷哪種電路為最優(yōu)電路。2.方法能力目標(biāo)。（1）能夠利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱搭建實(shí)物電路，培養(yǎng)學(xué)員分析和解決實(shí)際問題的能力；（2）培養(yǎng)學(xué)員融會貫通的創(chuàng)新思維。3.情感能力目標(biāo)。課堂上通過師生之間、生生之間的交流，培養(yǎng)學(xué)員溝通協(xié)作的能力。
（三）前測
前測（Pre-assessment，P）前測是在內(nèi)容講授之前檢驗(yàn)學(xué)員對相關(guān)知識的認(rèn)知程度，根據(jù)前測結(jié)果教員可以更好地了解學(xué)員對知識基礎(chǔ)的掌握情況，以便及時(shí)調(diào)整講課思路、深度和進(jìn)度。前測可以采用提問、頭腦風(fēng)暴、小測試等多種方式進(jìn)行。本次課采用教員提問、學(xué)員回答的互動方式來進(jìn)行，共測試了三個(gè)知識點(diǎn)：1.要求學(xué)員黑板上寫出幾種常用門電路的邏輯符號和表達(dá)式，并列寫出真值表。2.熟練說出布爾代數(shù)運(yùn)算的基本法則和化簡的基本方法。（這兩部分是本次課的基礎(chǔ)，只有具備這些知識才可以完成組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。）3.接著引導(dǎo)學(xué)員思考上節(jié)課內(nèi)容：（1）什么是組合邏輯電路的分析？（2）組合邏輯電路分析的一般步驟有哪幾步？然后用一道題來演練分析步驟，因?yàn)樵O(shè)計(jì)是分析的逆過程，通過對分析過程進(jìn)行回顧，一方面可以加深學(xué)員印象，另一方面可以為新知識的講授做好鋪墊。
（四）參與式學(xué)習(xí)
參與式學(xué)習(xí)（ParticipatoryLearning，P）參與式學(xué)習(xí)是教學(xué)過程的主體部分。教員只是學(xué)習(xí)的組織者、指導(dǎo)者和幫助者，而學(xué)員才是課堂的主體。所以，這一步的關(guān)鍵就是如何讓盡量多的學(xué)員參與到學(xué)習(xí)過程中，主動參與討論、發(fā)表意見。這就需要教員運(yùn)用到眾多的技巧和方法，常見的參與式學(xué)習(xí)方式包括案例分析與討論、頭腦風(fēng)暴、角色扮演、合作學(xué)習(xí)、小組研討和動手實(shí)踐等[6]。本次課首先以引入部分的表決電路為例，講解組合邏輯電路的設(shè)計(jì)過程，得出輸出表達(dá)式：Y=AB+BC+AC，并畫出電路圖。這時(shí)設(shè)計(jì)問題一：如果用“與非門”來設(shè)計(jì)該如何實(shí)現(xiàn)？將學(xué)員分組進(jìn)行討論，經(jīng)過邏輯代數(shù)的運(yùn)算和變換后可以得出第二種設(shè)計(jì)方案：這時(shí)設(shè)計(jì)問題二：兩種方案的表決電路哪種更好？為什么？首先由學(xué)員討論并給出結(jié)論，然后教員根據(jù)每組回答情況進(jìn)行進(jìn)一步講解，與前面介紹的組合邏輯電路設(shè)計(jì)的“最優(yōu)”原則相呼應(yīng)，通過層層設(shè)疑，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情。為了讓學(xué)員更好地參與到學(xué)習(xí)過程中，增加課堂樂趣，本次課設(shè)有課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)：學(xué)員以小組為單位用74LS00和74LS20芯片在數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱上搭接3人表決器，以培養(yǎng)他們的動手能力和解決實(shí)際問題的能力。首先給出74LS00和74LS20的引腳圖，引導(dǎo)學(xué)員根據(jù)方案二完成實(shí)物搭建，如圖1所示。在此過程中，提醒學(xué)員思考：對于74LS20，多余引腳應(yīng)如何處理？在活動結(jié)束后，請每個(gè)小組成員思考：在實(shí)際操作過程中有哪些需要注意的事項(xiàng)？在本組實(shí)操過程中出現(xiàn)了哪些問題？這些問題是如何解決的？通過總結(jié)感想和體會，加深學(xué)員對所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)員的自我反思和自我評價(jià)意識。
（五）后測
后測（Post-assessment，P）后測與前面制訂的教學(xué)目標(biāo)相呼應(yīng)，是為了了解本次課是否達(dá)到了前述教學(xué)目標(biāo)。有時(shí)學(xué)員不一定能達(dá)到該課程對知識單元的要求，需要根據(jù)后測的結(jié)果進(jìn)行作業(yè)的布置。在本次課的后測環(huán)節(jié)，讓學(xué)員設(shè)計(jì)一個(gè)特快、普快和普慢列車開車的控制電路。設(shè)計(jì)任務(wù)從一個(gè)輸出量提升到三個(gè)，加大了工作量，提高了難度。學(xué)員在完成三人表決電路的實(shí)物搭建之后，已基本掌握組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，通過一道難度適當(dāng)增加的練習(xí)題，可以鼓勵(lì)學(xué)員開拓思路，創(chuàng)新思維。
（六）小結(jié)
小結(jié)（Summary，S）總結(jié)是對課程教學(xué)內(nèi)容的匯總提煉[7]。為了進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)目標(biāo)，要求學(xué)員用簡練的語言對本次教學(xué)的知識點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并對授課內(nèi)容進(jìn)行整理和回顧。課堂總結(jié)起著承前啟后、上掛下聯(lián)的關(guān)鍵作用。一方面，通過對本次授課內(nèi)容的總結(jié)，有助于學(xué)員整合學(xué)習(xí)知識；另一方面，也可以引出下次課的授課內(nèi)容，并對下次課的教學(xué)過程提出新的期望和要求[8]。本次課采用思維導(dǎo)圖構(gòu)建課堂知識脈絡(luò)，和學(xué)員一起對本次課的難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)[9]，如圖2所示。該思維導(dǎo)圖清楚表達(dá)了組合邏輯電路設(shè)計(jì)的定義、步驟和驗(yàn)證方法。本次課程總結(jié)結(jié)束后，向?qū)W員介紹隨著電子技術(shù)的發(fā)展，組合邏輯電路設(shè)計(jì)的重心和實(shí)際邏輯命題也朝著中規(guī)模甚至大規(guī)模的方向發(fā)展。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)員思考：如果想用中規(guī)模集成器件來實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)，又該如何實(shí)現(xiàn)呢？從而引出下次課內(nèi)容。
四、結(jié)語
BOPPPS遵循“教學(xué)目標(biāo)→教學(xué)行為→學(xué)習(xí)活動→教學(xué)評估→教學(xué)目標(biāo)”的循環(huán)過程，其核心是充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，提高他們的學(xué)習(xí)參與度，進(jìn)而創(chuàng)造出輕松愉快、自主學(xué)習(xí)、探究式的熱烈氛圍，使教員能夠有效地組織課程教學(xué)，獲取反饋信息[10]，從而更好地服務(wù)課堂教學(xué)。實(shí)踐表明，將BOPPPS模型引入課堂教學(xué)，能夠大大激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，十分有效地解決我校本課程課堂教學(xué)中存在的諸多問題，收到良好的效果。
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作者：張亞周 鐘兆根 孫雪麗 單位：海軍航空大學(xué)航空基礎(chǔ)學(xué)院