理工類實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)的改革與實(shí)踐
——以“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”為例＊

孫雅芃，李玉杰

（南開(kāi)大學(xué)濱海學(xué)院，天津 300270）

2020 年初，突如其來(lái)的新型冠狀病毒肺炎疫情給中國(guó)高等教育帶來(lái)了空前的影響。教育部發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，在“停課不停教、停課不停學(xué)”的號(hào)召下，全國(guó)高校在極短時(shí)間內(nèi)從線下教學(xué)變道切入到線上教學(xué)[1-2]。這次全面線上教學(xué)既是對(duì)中國(guó)高等教育互聯(lián)網(wǎng)+教育改革成果的一次全面大檢閱，更為今后線上教學(xué)改革繼續(xù)深入奠定了豐富的實(shí)踐基礎(chǔ)和思想觀念基礎(chǔ)[3-4]。

在各類課程中，高校理工類實(shí)驗(yàn)課程是特殊的存在。與理論課程不同，實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)有慕課資源少，且課程專業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容范圍廣、探索性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)[5-7]。如何在保證教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，完成傳統(tǒng)觀念中不適于線上教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程，是對(duì)每位實(shí)驗(yàn)教師的考驗(yàn)。本文以“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”為例，對(duì)理工類實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)進(jìn)行改革，并應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過(guò)程中。實(shí)踐表明，改革后學(xué)生課堂參與度明顯提高，師生互動(dòng)明顯增強(qiáng)，學(xué)生的各項(xiàng)能力得到了提升，取得了良好的教學(xué)效果。

1 課程介紹

“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”是電子信息類、自動(dòng)化類、電氣類等專業(yè)的核心課程，是“信號(hào)與系統(tǒng)”的配套實(shí)驗(yàn)課，也是“通信原理”“數(shù)字信號(hào)處理”的先導(dǎo)課程。該課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，知識(shí)點(diǎn)多、新概念多、難度大。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程授課模式為線下授課+實(shí)驗(yàn)操作，但在疫情的影響下，與理論課相比，線上實(shí)驗(yàn)課教學(xué)更容易受空間、時(shí)間以及資源設(shè)備等方面的影響。為保證線上教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以現(xiàn)代信息化手段服務(wù)教育教學(xué)全過(guò)程作為教學(xué)改革的理念[8]，借助云班課、釘釘直播、Multisim 仿真平臺(tái)完成授課。從課前導(dǎo)學(xué)、課中實(shí)踐、課后拓展、評(píng)價(jià)方式4 個(gè)方面進(jìn)行改革，提高學(xué)生的課堂參與度，從而促進(jìn)教學(xué)效率與效果的提升。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)授課模式與智慧教學(xué)新型課程模式對(duì)比如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)授課模式與智慧教學(xué)新型課程模式對(duì)比

2 課程設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)字化資源+仿真平臺(tái)，打造智慧教學(xué)新型課程

理工類實(shí)驗(yàn)課線上教學(xué)難點(diǎn)主要有以下2 個(gè)：現(xiàn)有資源少，需教師重新建立完備的教學(xué)資源；課程實(shí)踐性強(qiáng)，應(yīng)選用合適的仿真平臺(tái)。

云班課是一款智慧教學(xué)助手APP，教師可根據(jù)需求建立班課，管理學(xué)生、分享資源、布置批改作業(yè)、組織討論答疑、開(kāi)展教學(xué)互動(dòng)。借助云班課，教學(xué)團(tuán)隊(duì)完整搭建了數(shù)字化教學(xué)資源，包括課程教材、教學(xué)視頻（理論講解與仿真演示）、電子課件、拓展資料、課后思考等內(nèi)容。

Multisim 是美國(guó)國(guó)家儀器（NⅠ）有限公司推出的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力[9]。借助Multisim 軟件可搭建與線下實(shí)驗(yàn)類似的仿真環(huán)境。教學(xué)團(tuán)隊(duì)共搭建了8個(gè)模塊供教學(xué)使用，分別為常用信號(hào)分類與觀察、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬、無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)、信號(hào)的分解及合成、抽樣定理與信號(hào)恢復(fù)、有源/無(wú)源濾波器、信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、FDM 頻分復(fù)用。在實(shí)際教學(xué)中，8 個(gè)模塊分6 次課程完成?！靶盘?hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”部分?jǐn)?shù)字化教學(xué)資源如圖2 所示。

圖2 “信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”部分?jǐn)?shù)字化教學(xué)資源展示

2.2 改革教學(xué)過(guò)程，從“師生互動(dòng)”到“生生互動(dòng)”

教學(xué)團(tuán)隊(duì)以云班課教學(xué)平臺(tái)為依托，借助釘釘直播，打造互聯(lián)網(wǎng)+課程的新型教學(xué)模式，從課前導(dǎo)學(xué)、課中實(shí)踐、課后拓展3 個(gè)階段進(jìn)行“全在線”的教學(xué)改革，以學(xué)生為主、教師為輔的方式，引導(dǎo)并監(jiān)督學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，課程流程如圖3 所示。

圖3 智慧教學(xué)新型課程下的“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)“課程流程

課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)：根據(jù)“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)進(jìn)度安排，課前1 d 通過(guò)云班課平臺(tái)向?qū)W生推送教學(xué)資源，并設(shè)立相關(guān)教學(xué)任務(wù)點(diǎn)，要求學(xué)生登錄云班課完成自學(xué)任務(wù)，并獲取相應(yīng)任務(wù)點(diǎn)。通過(guò)課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生回憶相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，方便課堂教學(xué)。

課中實(shí)踐環(huán)節(jié)：線上采用釘釘直播進(jìn)行授課，設(shè)置簽到環(huán)節(jié)。根據(jù)課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和掌握的知識(shí)點(diǎn)情況，教師通過(guò)直播，講解本次實(shí)驗(yàn)所需的理論知識(shí)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真演示，提出實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí)，將教學(xué)資源包通過(guò)云班課平臺(tái)推送給學(xué)生，方便學(xué)生進(jìn)行回看。課后，學(xué)生開(kāi)始自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。鼓勵(lì)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題發(fā)布到云班課群中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研討，從傳統(tǒng)的“師生互動(dòng)”過(guò)渡到學(xué)生參與感更強(qiáng)的“生生互動(dòng)”。在直播過(guò)程中，為保證教學(xué)質(zhì)量，教師會(huì)分2 次連麥學(xué)生，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。第1 次連麥主要考察學(xué)生搭建的仿真電路，第2 次連麥則要求學(xué)生展示仿真結(jié)果，并進(jìn)行分析。在連麥過(guò)程中，教師會(huì)對(duì)每位學(xué)生的仿真電路提出個(gè)性化問(wèn)題，如果仿真有錯(cuò)誤，教師也會(huì)及時(shí)給予指正。這種因材施教的方式極大程度提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)探究問(wèn)題的積極性。

課后拓展環(huán)節(jié)：課后，學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并按要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師則利用云班課平臺(tái)對(duì)學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)閱。

2.3 完善評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展

根據(jù)“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”線上教學(xué)的特點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了多方位、多角度、全過(guò)程式的考核方式，注重對(duì)學(xué)生綜合能力的考核。設(shè)置了評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，使考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)更客觀。

考核評(píng)價(jià)分為4 部分：考勤簽到、任務(wù)點(diǎn)學(xué)習(xí)、課堂互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、期末考試所占權(quán)重分別為10%、10%、30%、30%、20%。其中，考勤簽到和任務(wù)點(diǎn)學(xué)習(xí)成績(jī)由云班課平臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)出，課堂互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按次計(jì)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分別如表1、表2 所示。期末考試分小組進(jìn)行，開(kāi)考后教師發(fā)布題目并開(kāi)啟直播，學(xué)生按完成順序依次單獨(dú)與教師連麥，教師檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況并提問(wèn)?？荚嚱Y(jié)束后，學(xué)生提交相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)速度、提問(wèn)回答情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況給予綜合評(píng)定，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與表1、表2相同。

表1 課堂互動(dòng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3 改革成果

相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，線上教學(xué)時(shí)教師能快速對(duì)學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行解答，使學(xué)生的注意力更集中，也更容易參與到討論中。連麥檢測(cè)實(shí)驗(yàn)成果、課堂研討都以學(xué)生為主體，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

同時(shí)，進(jìn)行教學(xué)改革后，過(guò)程性學(xué)習(xí)效果明顯增強(qiáng)，一方面，課堂上學(xué)生的參與度高，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力；另一方面，評(píng)價(jià)方式更注重過(guò)程考核，這也對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了監(jiān)督、促進(jìn)作用。

4 總結(jié)

本文以“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”為例，討論了理工類實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)的方法?；卺斸斨辈?、云班課與Multisim 仿真軟件，建立集網(wǎng)絡(luò)課堂與數(shù)字化資源為一體的智慧教學(xué)新型課程，并根據(jù)線上教學(xué)的特點(diǎn)，改革教學(xué)過(guò)程與評(píng)價(jià)方式，將授課重點(diǎn)由“是什么”轉(zhuǎn)移到了“為什么”。改進(jìn)傳統(tǒng)單向灌輸、驗(yàn)證為主的教學(xué)方式，采用線上教學(xué)法、任務(wù)引領(lǐng)式教學(xué)法，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題研討，從師生互動(dòng)到生生互動(dòng)，從而提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，具有良好的實(shí)踐意義。