李偉 曹曉燕

摘? 要：因?qū)嶒?yàn)實(shí)踐類課程注重學(xué)生實(shí)際操作、重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，單純的線上教學(xué)模式不能滿足其課程需求。文章以“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程為例，探索實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程的線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。為達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力及創(chuàng)新實(shí)踐能力的目的，實(shí)現(xiàn)“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程的預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，文章提出了在原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，采用線上實(shí)驗(yàn)、線下仿真實(shí)驗(yàn)以及遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)方式相結(jié)合，“以學(xué)生為中心”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以及階梯性考核的教學(xué)理念。結(jié)果表明，該教學(xué)模式為學(xué)生提供了實(shí)踐能力培養(yǎng)、獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的平臺，對于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識具有很好的效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程；混合式教學(xué)；線上實(shí)驗(yàn)；線下仿真實(shí)驗(yàn)；遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0092-04

近年來，高校學(xué)生因社會(huì)因素或個(gè)人因素不能及時(shí)返校參加線下課程學(xué)習(xí)，為響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)、停課不停教”的號召，各種線上教學(xué)平臺及網(wǎng)站發(fā)展迅速，充分利用網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的線上教學(xué)受到青睞。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程因注重學(xué)生實(shí)際操作，單純的線上教學(xué)不能達(dá)到該類課程教學(xué)目的，線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式逐漸被用于實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類教學(xué)。該模式上課方式靈活，上課時(shí)間靈活，考核方式可變，線上線下混合式教學(xué)模式越來越受教師和學(xué)生推崇。

眾所周知，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類教學(xué)一直以來以學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為主，教師理論指導(dǎo)為輔的方式開展［1-2］。根據(jù)當(dāng)前社會(huì)現(xiàn)狀，學(xué)生無法保證教學(xué)時(shí)段完全參與到線下實(shí)驗(yàn)課堂，如何利用線上線下混合式教學(xué)手段，既保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，又達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)，使學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力得到提高，在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中充分培養(yǎng)想象力和創(chuàng)造力，切實(shí)地將理論與實(shí)際緊密結(jié)合，是實(shí)驗(yàn)教師面臨的重大難題。本研究以“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程為例，從教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容以及考核方式等方面對實(shí)驗(yàn)課程的線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行探索和實(shí)踐。

“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”作為一門基礎(chǔ)性綜合型實(shí)驗(yàn)課程，涵蓋內(nèi)容廣泛，既包括電工技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又包含了電子設(shè)計(jì)與制作等創(chuàng)新性綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是大部分工科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的入門課程，也是電子技術(shù)綜合應(yīng)用的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，對于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)有重要的作用［3-4］。

一、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程混合式教學(xué)模式思路

“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程共10次課，每次4個(gè)學(xué)時(shí)，共40學(xué)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上既包含了部分基礎(chǔ)性、理論性相對較強(qiáng)的內(nèi)容，同時(shí)又包含了部分設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在以往課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，將課程分為以下部分：①線上教學(xué)：主要針對實(shí)驗(yàn)課程的理論部分以及實(shí)驗(yàn)部分的操作要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等；②線下仿真實(shí)驗(yàn)：主要是針對一些電路原理圖、電路設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)等；③遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)：主要是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)性及創(chuàng)新性部分；④其他線下實(shí)物實(shí)驗(yàn)：主要是針對在校的學(xué)生開設(shè)，在前期線上課程及仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)物制作調(diào)試。實(shí)驗(yàn)課程在實(shí)施過程中不斷調(diào)整，采用以上方式的一種或者兩種組合，以期達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?］。

（一）線上教學(xué)與線下仿真相結(jié)合

學(xué)生不能參加線下課程，但是課程需要如期實(shí)施，如何保障實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量及按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)是所有實(shí)驗(yàn)室教師面臨的巨大難題。經(jīng)教研室教師討論及實(shí)際演練，決定采用如下方法開展“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程的線上學(xué)習(xí)：①采用網(wǎng)絡(luò)軟件（如超星學(xué)習(xí)通）對學(xué)生進(jìn)行日常考勤、基礎(chǔ)理論知識講授、實(shí)驗(yàn)基本操作示范、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)講解以及實(shí)驗(yàn)任務(wù)的驗(yàn)收；②通過PPT錄屏的方式形成音頻文件供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，課程基礎(chǔ)理論部分比如電路原理圖的設(shè)計(jì)、元器件的識別、實(shí)驗(yàn)安全操作注意事項(xiàng)等實(shí)驗(yàn)，教師通過錄屏講解操作詳情；③通過錄制視頻的方式形成視頻文件供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)的元器件操作比如示波器的實(shí)驗(yàn)、焊接練習(xí)、FPGA實(shí)驗(yàn)箱的程序編寫及下載等由教師實(shí)際操作錄制視頻講解重點(diǎn)難點(diǎn)及注意事項(xiàng)。學(xué)生完成線上學(xué)習(xí)以后，教師向?qū)W生布置本次課的仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［6］主要是電路圖的設(shè)計(jì)仿真以及FPGA實(shí)驗(yàn)程序的編寫等［7］。線上教學(xué)及線下仿真共安排6次課，具體的安排如表1所示：

學(xué)生在完成線上學(xué)習(xí)及線下仿真過程中，通過課程QQ群對學(xué)生提出的問題及遇到的困難給予解決。在課程實(shí)施初期就建立好課程QQ群，學(xué)生可以通過QQ群了解教學(xué)安排、課程通知以及向指導(dǎo)教師提問等；實(shí)驗(yàn)教師則是上課時(shí)間都在線上，積極回應(yīng)學(xué)生提出的問題，答疑解惑。由于QQ可以手機(jī)使用，而且對網(wǎng)絡(luò)要求不是特別高，因而可以保證教師與學(xué)生互動(dòng)時(shí)不卡頓，師生互動(dòng)良好，課堂氛圍熱烈。

（二）遠(yuǎn)程實(shí)物實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)課程在完成前期理論部分知識的線上學(xué)習(xí)及線下仿真以后，針對設(shè)計(jì)性創(chuàng)新性部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入了遠(yuǎn)程實(shí)物實(shí)驗(yàn)［8］。該遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［9-10］由易星標(biāo)公司開發(fā)，比仿真實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可感知物理器件、電路布線，與實(shí)物實(shí)驗(yàn)一致。采用該遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的目的在于打破時(shí)空與地域的限制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，提高教學(xué)效率。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)操作界面如圖2所示，圖2（a）為學(xué)生操作界面，包括各種實(shí)驗(yàn)器件、模塊的選擇，實(shí)驗(yàn)的操作、結(jié)果觀察以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的填寫等。實(shí)驗(yàn)?zāi)K和器件可以任意組合，實(shí)現(xiàn)“積木式”電路設(shè)計(jì)；學(xué)生還可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在線填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)。圖2（b）為教師操作界面，教師可在該界面對學(xué)生班級進(jìn)行管理，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行安排，對實(shí)驗(yàn)操作過程進(jìn)行監(jiān)控，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果及學(xué)生掌握情況進(jìn)行把控，對學(xué)生的報(bào)告進(jìn)行在線批改，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（三）構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)方案

在前期線上學(xué)習(xí)及線下仿真的基礎(chǔ)上，對后面4次實(shí)驗(yàn)提出了“以學(xué)生為中心”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)方案供學(xué)生選擇，如表2所示。

方案A學(xué)生是到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做實(shí)物實(shí)驗(yàn)，因而學(xué)生提交現(xiàn)場實(shí)物結(jié)果，獲得成績；方案B學(xué)生完成遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，在線填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師以遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)結(jié)果及遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)給學(xué)生成績；方案C則是要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)教師給出的實(shí)驗(yàn)操作題目獲得實(shí)驗(yàn)成績。三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案同時(shí)開設(shè)，學(xué)生根據(jù)自身情況，選擇一個(gè)方案完成即可。

二、課程考核實(shí)施方案

為了保證實(shí)驗(yàn)成績的公平公正性，打破傳統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告給予學(xué)生成績的考核方式，設(shè)計(jì)了階梯性的實(shí)驗(yàn)成績評定方法：總成績=線下仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成績*0.4+選擇的實(shí)驗(yàn)方案*0.4+平時(shí)成績*0.2。線下仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成績主要包括兩個(gè)部分：1. 程控放大器電路的設(shè)計(jì)與仿真；2. 基于FPGA的液晶顯示程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師的要求在超星學(xué)習(xí)通上上傳仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果給出成績，這個(gè)部分占總成績的40%。實(shí)驗(yàn)選擇方案部分則根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的難易程度給出階梯性的總分：方案A總分100分；方案B總分90分；方案C總分80分；學(xué)生根據(jù)自身情況選擇實(shí)驗(yàn)方案后，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生完成情況打分，選擇C方案的同學(xué)即使做得再好，這部分成績也只有80分，實(shí)驗(yàn)方案選擇部分的成績占總分的40%。平時(shí)成績主要是根據(jù)上課考勤以及實(shí)驗(yàn)過程中與指導(dǎo)教師互動(dòng)、提出問題的情況打分，占總成績的20%。為了能夠讓每個(gè)學(xué)生都參與到實(shí)踐中，不允許學(xué)生組隊(duì)參與實(shí)驗(yàn)，每個(gè)同學(xué)須獨(dú)立按照實(shí)驗(yàn)要求完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

三、成績總結(jié)與分析

以一個(gè)教學(xué)班47人為例，線上課程簽到情況如圖3所示，從圖中可以看出每次線上實(shí)驗(yàn)學(xué)生出勤率還是較高，甚至高于之前學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室的出勤率，平均出勤率達(dá)到98%。線下仿真實(shí)驗(yàn)完成情況以及成績?nèi)鐖D4所示，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的完成率還是較高，平均完成率達(dá)到87%，平均成績?yōu)?1分。

四、結(jié)語

2020年初，由于社會(huì)因素影響，高校的傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)開展和教學(xué)方式面臨巨大的影響，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類教學(xué)承受著巨大的壓力及挑戰(zhàn)。但是培養(yǎng)學(xué)生本身就是不斷面對挑戰(zhàn)、克服困難、解決問題的過程，努力探索特殊時(shí)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式是每個(gè)實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)盡的義務(wù)。

本研究提出了線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)、線下仿真實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)方式相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以及階梯性考核的教學(xué)理念，使學(xué)生即便不能參與線下實(shí)踐，其創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、獨(dú)立思考能力、科研思維能力以及責(zé)任心等都能夠得到鍛煉和提高。整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)，在保證學(xué)生獲取知識的同時(shí)也保證教學(xué)質(zhì)量。此前電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)類課程的混合式教學(xué)無可參考的模板，找到一種適合人才培養(yǎng)需求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一項(xiàng)長期而艱巨的工程，只有在教學(xué)中不斷實(shí)踐、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索出一套適合學(xué)生創(chuàng)新能力及實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)的教學(xué)模式，積極調(diào)動(dòng)老師的積極性及學(xué)生的興趣才能起到理想的效果。

參考文獻(xiàn)

［1］ 謝小東. 挑戰(zhàn)性實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)探索與實(shí)踐［J］. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2019，17（01）：89-94.

［2］ 董勝，浦珊珊，馬東吉. 應(yīng)用型本科電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐［J］. 教育教學(xué)論壇，2020（03）：100-101.

［3］ 蔚瑞華，余有靈，徐志宇，等. 模塊化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程建設(shè)與實(shí)踐［J］. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2016，14（04）：144-147.

［4］ 劉明，周俊. “電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”教學(xué)改革與實(shí)踐［J］. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2016，14（06）：173-176.

［5］ 張帆，孫曉輝. 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程MOOC教學(xué)探索與實(shí)踐［J］. 大學(xué)教育，2020（08）：30-33.

［6］ 田萌. 新冠疫情下基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)研究［J］. 價(jià)值工程，2020，39（21）：1-4.

［7］ Takahashi TN，Hamada E，Ikeno M， et al. The electronics，online trigger system and data acquisition system of the J-PARC E16 experiment［J］. Journal of Physics：Conference Series，2015（08）：1-7.

［8］ 胡文山，關(guān)世琦，周洪，等. 模塊化自動(dòng)控制遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（07）：155-159.

［9］ Tokunaga S，Moreau P，Signoret J，et al. Remote experiment with WEST from ITER Remote Experimentation Centre［J］. Fusion Engineering and Design，2020（154）：1-6.

［10］ Angrisani L，Bonavolontà F，DArco M，et al. A flexible remote laboratory with programmable device under test［J］. Measurement，2020（156）：5-9.

［11］ 商云晶，程春雨，王林. “電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程中多層次教學(xué)方法的探索與實(shí)踐［J］. 工業(yè)和信息化教育，2018（01）：91-94.

（薦稿人：印月，四川大學(xué)電氣工程學(xué)院電工電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心高級實(shí)驗(yàn)師）

（責(zé)任編輯：淳潔）