線上線下融合的電子類實驗課程教學(xué)探索與實踐*

石興華 文 斯

（昆明理工大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)實驗室 云南昆明 650500）

2020 年國家發(fā)改委等多部門明確指出“構(gòu)建線上線下教育常態(tài)化融合發(fā)展機制，形成良性互動格局[1]”，可見線上線下融合是教學(xué)改革和發(fā)展的側(cè)重點。

本科實驗教學(xué)與高校理論教學(xué)相結(jié)合，一方面增進學(xué)生對理論知識的理解，提高動手實踐能力；另一方面提高學(xué)生科研創(chuàng)新的能力，提高分析研究問題、解決問題的能力。電子類實驗課程如《電路分析基礎(chǔ)》《模擬電子電路》《數(shù)字電路系統(tǒng)》是電子信息類專業(yè)的“基石”課，也是后續(xù)課程的“搭橋課”，具有較強的工程性和實踐性。實驗課程教好，既能加深學(xué)生對理論的理解和掌握，又能培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力。

我校爭創(chuàng)雙一流高校之際，提高實驗教學(xué)的質(zhì)量，對培養(yǎng)創(chuàng)新卓越人才、推動一流專業(yè)的建設(shè)起到了奠基的重要作用。

一、傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題

在2019 年以前電子類實驗教學(xué)還是采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)為主，教學(xué)一般分為課前預(yù)習(xí)、課堂實踐和課后報告三個環(huán)節(jié)。例如模擬電子技術(shù)實驗在大二上學(xué)期開設(shè)，共16 學(xué)時，6 個實驗項目，每個實驗項目基本上是2 個學(xué)時左右。學(xué)生在課前按照實驗教師要求完成預(yù)習(xí)報告，課堂上老師先講解后學(xué)生再動手實驗，課后再完成實驗報告。這種傳統(tǒng)教學(xué)方式存在明顯的不足[2]：1.預(yù)習(xí)不充分，被動地抄完實驗原理、實驗內(nèi)容。缺乏有效的引導(dǎo)和監(jiān)督手段，學(xué)生往往存在應(yīng)付、抄襲現(xiàn)象，直接影響了課堂實驗教學(xué)的效果。2.課堂上教師先對實驗原理、實驗內(nèi)容以及難點進行講解，現(xiàn)成的實驗臺，導(dǎo)致學(xué)生機械地完成電路的連線工作，缺乏對實驗內(nèi)容的主動思考。3.缺少有效的交流平臺。師生之間交流主要是在課堂上進行。但課堂上教師既要講解實驗，又要幫助學(xué)生解決問題，還要檢查每個學(xué)生實驗完成情況，幾乎沒有時間與學(xué)生進行交流討論。4.考核評價方式不夠全面、合理，主要是由實驗報告和操作決定實驗成績，不很科學(xué)。

二、構(gòu)建線上、線下課程平臺

電信實驗室電子類實驗教學(xué)團隊不斷研討，按照線上線下混合式的內(nèi)涵[3]，從電子類實驗課程著重建設(shè)的四點出發(fā)，構(gòu)建線上線下教學(xué)平臺，提升教學(xué)質(zhì)量。（1）如何使理論與實踐深度融合，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力；（2）如何使線上線下教學(xué)有效銜接；（3）如何以學(xué)生為主體，達(dá)到深度的雙向互動；（4）如何恰當(dāng)?shù)厝谌胨颊?，進行價值引領(lǐng)。

（一）線上平臺資源建設(shè)

根據(jù)多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗，為適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)特點及學(xué)習(xí)規(guī)律，保障線上線下學(xué)習(xí)的無縫對接，以學(xué)生為中心，依托超星、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)計制作了適合我校學(xué)生的“模擬電子電路實驗”“數(shù)字電路實驗”等在線教學(xué)內(nèi)容。在線內(nèi)容涵蓋了實驗?zāi)康?、實驗電路及原理、實驗?nèi)容與步驟、實驗注意事項、總結(jié)分析思考五大塊內(nèi)容。通過老師的視頻講解、PPT 展示，引導(dǎo)學(xué)生充分預(yù)習(xí)，在理解實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上，熟悉實驗操作。如圖1、2 所示超星和雨課堂的部分教學(xué)內(nèi)容。

圖1 超星平臺模擬電路實驗教學(xué)內(nèi)容

圖2 雨課堂數(shù)字電路實驗教學(xué)內(nèi)容

（二）線下統(tǒng)一測試平臺建設(shè)

實驗室結(jié)合線上教學(xué)內(nèi)容，搭建線下統(tǒng)一測試平臺如圖3所示，摒棄原有的實驗臺的固定操作，改為自主使用元器件設(shè)計電路、PBL 項目制學(xué)習(xí)模式，引導(dǎo)學(xué)生分析解決實際問題。學(xué)生可在統(tǒng)一測試平臺完成實驗的觀察、記錄、分析等。

圖3 統(tǒng)一測評平臺

三、線上線下融合課程思政的教學(xué)體系

（一）課堂教學(xué)融入課程思政元素

在電子類實驗課程的線上線下教學(xué)中，適時融入課程思政，積極引導(dǎo)學(xué)生樹立家國情懷，激發(fā)同學(xué)們的愛國熱情。例如在電子電路設(shè)計時啟發(fā)學(xué)生思考，現(xiàn)在國家在集成電路、半導(dǎo)體器件等方面取得了哪些成就，應(yīng)用在哪些領(lǐng)域，哪些行業(yè)目前受到國外的壓制，如何打破壁壘等。要靠在座的各位同學(xué)在校期間把專業(yè)基礎(chǔ)打牢，能力培養(yǎng)好，將來自主研發(fā)，為國家科技發(fā)展和智能制造業(yè)貢獻力量。

（二）構(gòu)建線上線下融合的實驗教學(xué)體系

以模擬電子技術(shù)實驗為例，線上和線下融合式教學(xué)設(shè)計如表1 所示。該教學(xué)設(shè)計主要圍繞基礎(chǔ)性實驗1-4、綜合性實驗5、6 和創(chuàng)新型實驗7 大內(nèi)容。學(xué)生通過線上平臺的內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，并在Multisim 仿真軟件上完成仿真報告；線下到實驗室進行自主設(shè)計，教師采用多種教學(xué)方法啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生解決問題。學(xué)生可課后在線上隨時和教師展開討論。

表1 模擬電子技術(shù)實驗“線上線下融合式教學(xué)設(shè)計”

（三）教學(xué)過程

整個教學(xué)過程如圖4 所示，將三個階段（課前預(yù)習(xí)、課中內(nèi)化、課后鞏固）有效銜接，實現(xiàn)線上線下融合。

圖4 線上線下教學(xué)過程設(shè)計

1.課程預(yù)習(xí)實現(xiàn)線上自學(xué)和虛擬仿真自學(xué)模式[4]。學(xué)生自學(xué)線上平臺的內(nèi)容，并使用這種Multisim 軟件進行原理電路圖的虛擬仿真實驗，通過項目任務(wù)的設(shè)計、項目準(zhǔn)備、仿真實施完成仿真和預(yù)習(xí)報告。該預(yù)習(xí)模式不僅可以達(dá)到傳統(tǒng)項目教學(xué)法的教學(xué)目標(biāo)，而且可以拓展學(xué)生的參與面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，有助于開展個性化實驗，具有靈活的擴展性和推廣性，達(dá)到傳統(tǒng)儀器及實驗室無法比擬的效果。近幾年的實踐表明，實驗室應(yīng)用該教學(xué)模式非常適合“研究、創(chuàng)新應(yīng)用型”人才培養(yǎng)目標(biāo)下的電子類實驗教學(xué)，既增強了學(xué)生對理論知識的理解，又將理論知識加以應(yīng)用，有助于學(xué)生形成有效的知識體系，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的課堂參與度。如圖5 所示，學(xué)生優(yōu)秀的仿真報告。

圖5 優(yōu)秀的仿真報告

2.課堂教學(xué)采用線上線下混合式教學(xué)模式[5]。教師采用多種教學(xué)方法，如問題導(dǎo)向法、任務(wù)驅(qū)動法、研討等，引導(dǎo)學(xué)生“自主式、討論式”學(xué)習(xí)；學(xué)生采用多種學(xué)習(xí)方法如學(xué)思結(jié)合法、參與互動法、合作學(xué)習(xí)法等互相滲透；例如在講解集成運算放大器這一章時，老師提問“如何實現(xiàn)方波信號輸出三角波？”，學(xué)生思考“集成運放微積分電路”的工作原理，自主設(shè)計積分電路，在萬能板上自主使用分立元件搭建，之后使用統(tǒng)一測試平臺對功能進行檢測與驗證。在課堂中所學(xué)的知識通過實物再現(xiàn)的形式，驗證仿真結(jié)果同時還啟發(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、學(xué)會分析問題，并提出解決此問題的可行性方法。

3.課后鞏固主要是學(xué)生線上交流平臺隨時提問，和老師反饋交流；線下完成實驗報告的數(shù)據(jù)處理和分析，并進行相應(yīng)的實踐拓展。老師依據(jù)同學(xué)們的反饋，進行教學(xué)總結(jié)和學(xué)生的考核評價。

（四）多元化的考核評價體系

實驗室在電子類實驗的考核評價方面，建立了多元化、過程化、能力化的課程考核體系[6]，探索出著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的實驗教學(xué)考核模式[7]。如表2 所示模數(shù)電實驗課程的考核評價體系。

表2 模數(shù)電實驗課程的考核評價體系

考評內(nèi)容多元化：線上學(xué)習(xí)5%，仿真和紙質(zhì)報告35%，實際操作40%，討論10%。

考評主體多元化：由教師、學(xué)生、課程平臺共同評價。

考核方式過程化：通過線上學(xué)習(xí)實現(xiàn)。單元測驗、作業(yè)+互評、課程討論等內(nèi)容均在線上平臺有記錄。

考核內(nèi)容能力化：強化仿真能力考查，提升課程學(xué)習(xí)的廣度和深度，增加綜合設(shè)計電路和工程實際問題，提升了學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度。

四、成效與持續(xù)改進

電子類實驗課程采用線上線下混合式教學(xué)實踐模式并持續(xù)改進[8]，使得教師有時間擴充知識的廣度和深度；學(xué)生帶著問題來上課，創(chuàng)造了饑餓感，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)生自主學(xué)習(xí)力和團隊合作精神；課堂面授增加了“教師解惑及討論、實踐拓展”環(huán)節(jié)，很好地解決了學(xué)生在課下仿真、實驗過程中出現(xiàn)的問題，同時線上平臺隨時和老師同學(xué)溝通交流，促進了理論與實踐的深度融合。

從2019 級開始實驗室實施新的教學(xué)模式，從圖6 中可以看出，近兩級的實驗成績平均分比18 級某班（傳統(tǒng)教學(xué)模式）逐年大幅提升，提高了10.8 分。近兩年學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”和藍(lán)橋杯等學(xué)科競賽的積極性和人數(shù)比例也提升了22%，獲獎比例也在持續(xù)提升。

圖6 近三年的情況對比分析

結(jié)語

實驗教內(nèi)涵式建設(shè)學(xué)模式充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性，提高了課堂的活躍性，讓學(xué)生從被動接受變成主動學(xué)習(xí)，獨立思考，有利于學(xué)生積極參與課堂教學(xué)，更有利于提高學(xué)習(xí)效率和組織協(xié)調(diào)的能力。線上線下混合式的教學(xué)模式對我校的“模擬電子技術(shù)”課程有很大的促進作用，教學(xué)效果和質(zhì)量大幅提升。模擬電路實驗教學(xué)模式的改革，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)模電數(shù)電的興趣，克服了難學(xué)的心理，學(xué)生的成績得到了普遍提高。同時也激發(fā)了學(xué)生參加實踐創(chuàng)新活動的內(nèi)驅(qū)力，許多同學(xué)申請了各類大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目，參賽成績也越來越好。

通過對學(xué)生的問卷調(diào)查分析得知，學(xué)生對該教學(xué)模式普遍認(rèn)可，對線下實驗的設(shè)計、調(diào)試，以及問題的分析解決有很大幫助的達(dá)到了94%?！耙詫W(xué)生為中心、以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”也發(fā)揮了積極作用，課程建設(shè)效果顯著，《模擬電子技術(shù)》課程已通過校課程評價，評定等級為國內(nèi)一流。