模電基于ICT整合教學模式理論與實踐探索-模擬電子技術

1、“模電”基于ICT整合教學模式理論與實踐探索課題研究實施方案湖南衡陽師范學院課題組：陳列尊、張登玉、游開明、譚岳衡劉艷波、陳衛(wèi)東、陳揚、尹軍、譚曉蘭、陳瑾一、本課題研究的意義“模擬電子技術基礎”是電氣信息類、自控類等專業(yè)重要的專業(yè)基礎課。本課程主要有以下特點：1）規(guī)律性和非線性。2）工程性和實踐性，實驗室教學是學習者的重要學習和實踐環(huán)節(jié)。3) 電子技術發(fā)展迅速，內(nèi)容多、更新快，要求學習者在掌握基本概念、理論和模型的前提下，培養(yǎng)自主學習能力。4）作為一項集復雜認知技能、實踐能力和科學素質(zhì)培養(yǎng)于一體的教學活動，學習者不但要鍛煉和培養(yǎng)創(chuàng)造性地分析問題和解決問題的能力，同時，還要使學習者探索過程中學到

2、認識事物的思維方法，從而形成正確的世界觀、價值觀和方法論。進入90年代后，以信息與通信技術（簡稱ICT）為基礎的現(xiàn)代教育技術飛速發(fā)展，對人類生產(chǎn)、生活和學習活動產(chǎn)生了深刻的影響。信息時代也是復雜性時代，復雜性時代的教學設計需要復雜的學習理論來指導。當前，現(xiàn)代自然科學正孕育著一場空前的根本性的變革。實驗物理學和牛頓宇宙模型確立的從有序性去認識世界的觀念，以及還原論和實驗研究的方法和客觀地描述自然的思想支撐著整個近、現(xiàn)代科學體系達三、四百年之久,一度被認為是千古不變的科學準則。然而，相對論的出現(xiàn)，量子論的創(chuàng)立，驅(qū)散了關于絕對空間和絕對時間的幻覺，導致人們的宇宙觀及其有關觀念的重大變革。三十年代后期

3、，貝塔朗菲首創(chuàng)系統(tǒng)論方法，確立了系統(tǒng)科學的觀念，與此同時，控制論和信息論的問世，亦為自然科學和社會科學的發(fā)展開創(chuàng)了全新的領域。隨之而起的被稱作“新三論”的耗散結(jié)構理論、協(xié)同論和突變論，以及被稱作“新新三論”的分形論、超循環(huán)論和混沌論，更以磅礴的氣勢席卷全球。這些的最新理論日益深入自然科學、社會科學的各個領域，并從根本上動搖了現(xiàn)存基本定律、方程、原理等幾百年來自然科學的核心部分（而這些永恒的定律曾幾乎被認為統(tǒng)治著整個宇宙），使人類固有的一些傳統(tǒng)觀念瀕于崩潰。隨著這些理論研究深入和新的科學發(fā)現(xiàn)不斷出現(xiàn)，人們逐漸認識到，系統(tǒng)大于其組成部分之和，系統(tǒng)具有層次結(jié)構和功能結(jié)構，系統(tǒng)處于不斷地發(fā)展變化之中，

4、系統(tǒng)經(jīng)常與其環(huán)境進行物質(zhì)、能量和信息的交換，系統(tǒng)在適當?shù)臈l件下能形成更加有序的結(jié)構（自組織），而確定性的系統(tǒng)卻又有其內(nèi)在的隨機性，而看似隨機的系統(tǒng)卻又有其內(nèi)在的確定性。這使許多科學家感到困惑，也促使一些有遠見的科學家開始思考并探索新的道路。復雜系統(tǒng)和系統(tǒng)的復雜性就是在這樣的背景下提出的。它致力于尋求各種復雜現(xiàn)象之間的聯(lián)系，努力追尋復雜系統(tǒng)的普遍行為，揭示了有序與無序的統(tǒng)一、確定性與隨機性的統(tǒng)一，因而被譽為本世紀自然科學的又一次大革命。當前系統(tǒng)科學的研究已形成多個學派與學術團體，其中工作影響最大的是美國的圣菲研究所（SFI）, 而由霍蘭于1994年正式提出的復雜適應系統(tǒng)Complex Adapt

5、ive System簡稱CAS)理論影響尤其突出,該理論雖然提出不久，但因其思想新穎和富有啟發(fā)，已經(jīng)在許多領域得到了應用。二、本課題研究的主要思路、重要觀點運用復雜性系統(tǒng)理論和方法，尤其是復雜適應系統(tǒng)（CAS）的主體交互理論和廣義進化學習理論，結(jié)合建構主義學習理論，從研究理工科學生的知識建構入手，構建一個新型的認知系統(tǒng)軟硬結(jié)構演化模型。模型為指導，以現(xiàn)代信息技術和網(wǎng)絡為基礎，經(jīng)過2-3年的探索、實驗和改進，將傳統(tǒng)教學模式、教材與ICT和現(xiàn)代教育思想有機整合，使課堂教學、實驗室實踐教學、虛擬實驗和網(wǎng)絡學習成為一個有機整體，構建全新的、基于ICT的“模電”整合教學模式。其基本思想：以現(xiàn)代信息通信技

6、術（ICT）為基礎，在霍蘭的復雜適應系統(tǒng)（CAS）主體交互理論、拉洛茲的廣義進化認知理論、及建構主義學習理論等理論的指導下，以網(wǎng)絡為紐帶，充分整合現(xiàn)有的各種教育資源和教學模式，以有指導的自我調(diào)控學習為基本學習形式，輔助以其它教學形式，如課堂集體教學，實驗室教學、小組學習、協(xié)作學習等，它的核心目標是促進交互的發(fā)生和增加交互發(fā)生的有效性，其最高目標是培養(yǎng)能適應學習化社會、基本建立了“學會生存”知識體系、全面發(fā)展的高素質(zhì)人才。三、本課題創(chuàng)新程度，理論意義，應用價值1本課題運用復雜性系統(tǒng)理論和方法，尤其是復雜適應系統(tǒng)（CAS）的主體交互理論和廣義進化學習理論開創(chuàng)性地研究理工科學生的知識建構，建立全新的

7、認知系統(tǒng)軟硬結(jié)構演化模型，該模型的建立將對認知理論與學習理論的研究，特別是運用計算機模擬學習過程提供新理論基礎。2構建的全新的、基于ICT的“模電”整合教學模式，通過促進交互的發(fā)生和發(fā)生的有效性，來促進學習，追求科學精神和人文關懷的和諧圓融，不但可以為模電教學建立一整套實際可行的理論與方法，并將建立一個網(wǎng)上學習平臺，成為模電遠程學習一個重要網(wǎng)站。3本課題的重要研究內(nèi)容以EDA和虛擬儀器為基礎的計算機虛擬實驗和基于網(wǎng)絡的協(xié)作實驗研究與開發(fā)，將為電子技術遠程實驗教學這一難題提供全新的解決方案。四、課題研究計劃預備階段（2002年7月2002年12月，負責人：陳列尊）課題組成員對課題研究內(nèi)容進行討論

8、，并根據(jù)自己的特點和特長選擇相關研究方向與內(nèi)容，各自開展前期研究，并定期會面，交流討論，并圍繞研究目標制定研究計劃，并進行適當?shù)姆止?。開展模電網(wǎng)絡課程網(wǎng)絡教學理論基礎和基本原則的研究并初步確立建站基本原則，為下階段網(wǎng)絡課程的開發(fā)做好理論準備。由陳列尊負責開展復雜認知系統(tǒng)模型的理論研究，初步建立一個復雜性認知系統(tǒng)模型的基本模型，并運用該模型，根據(jù)模擬電子技術教學特點與要求，指導完成模擬電子技術課程復雜認知系統(tǒng)智能系統(tǒng)和情感系統(tǒng)的培養(yǎng)目標與以及圍繞這些目標完成相關教學策略分析與設計。同時，課題組其他成員開展與課題相關的其它內(nèi)容的研究與實驗，如虛擬儀器技術、EDA軟件在教學中的運用等實驗。注：目前已

9、發(fā)表論文2篇。設計開發(fā)階段（2003年1月2003年12月，負責人：陳列尊）1 基本完成復雜認知系統(tǒng)模型和基于復雜適應系統(tǒng)理論的交互學習理論的研究工作，完成論文2篇。 2 正式開展模擬電子技術整合教學模式網(wǎng)絡課件的設計與開發(fā)，預計6月底完成第1版的開發(fā)，經(jīng)改進完善后，于10月左右投入應用。3 基于虛擬儀器技術與EDA技術的理論與實驗教學改革試驗繼續(xù)進行，并開發(fā)出理論教學、實驗教學和學生自學配套用的大部分課件。4 結(jié)合理論研究與教學改革，當年完成研究論文24篇，并爭取當年發(fā)表，力爭有2篇發(fā)表在核心期刊。完善總結(jié)階段（2004年1月2004年12月，負責人：陳列尊）1 完善模電網(wǎng)絡學堂的建設，使之

10、成為一個同時具備同步教學、異步交流、網(wǎng)上實驗和自主學習等多種功能的主題網(wǎng)站。2 開展模電整合教學模式與傳統(tǒng)教學模式的對比實驗，完善模擬電子技術整合教學模式的理論框架，最終完成模電整合教學模式實驗的總結(jié)報告。3 完善基于虛擬儀器技術與EDA技術的課件開發(fā)，使它們構成一個完整的系列，能夠幫助學生自主完成模電除制作類實驗外所有實驗的網(wǎng)上預習與練習。4 完成總結(jié)報告1個，完成24篇論文，力爭2篇發(fā)表在核心期刊。主 要 階 段 性 成 果 限 報 10 項序號研究階段（起止時間）階 段 成 果 名 稱成果形式承 擔 人12002.6-2002.12模電基于ICT整合教學模式理論基礎與網(wǎng)絡課程的建設原則論

11、文陳列尊、譚岳衡游開明22002.6-2002.12虛擬儀器技術在電子技術遠程實驗教學中的運用論文陳列尊、譚岳衡陳揚32003.1-2003.12復雜適應系統(tǒng)的主體交互學習理論論文陳列尊、張登玉、羅昌由42003.1-2003.12理工科學生認識系統(tǒng)演化的復雜性模型論文陳列尊、張登玉、譚岳衡、陳衛(wèi)東52003.1-2003.12復雜認知系統(tǒng)模型與交互學習理論在基于ICT的整合教學模式中的運用論文陳列尊、游開明劉艷波、陳 瑾62002.6-2004.12模電基于ICT的整合教學模式實施論文網(wǎng)站陳列尊、劉艷波、譚岳衡、游開明72002.6-2004.12基于虛擬儀器技術的“模電網(wǎng)絡虛擬實驗”的設計與開發(fā)論文軟件譚岳衡、陳列尊尹 軍、陳 揚8200