基于五位一體的電子技術系列實驗課程建設

肖 平，肖 軍，張 瑩，楊 華，楊 楠，尹光明

（東北大學信息科學與工程學院，沈陽 110819）

0 引言

電子技術系列實驗課程依托于我校國家級電子實驗教學示范平臺，是工科專業(yè)學生必修的公共基礎實驗課程。該系列實驗課程的內容主要涉及模擬電子技術、數字電子技術及EDA 技術，是工科專業(yè)學生在電子信息相關領域必須掌握的基礎實驗實踐能力。因此，電子技術系列實驗課程是工科專業(yè)在實踐育人環(huán)節(jié)中的重要支撐課程。

近幾年，我校首批開設了機器人工程、工業(yè)智能、智能制造、未來技術工業(yè)智能等“新工科”專業(yè)。與此同時，傳統的自動化、電氣工程等老專業(yè)也在不斷調整培養(yǎng)計劃以適應國家戰(zhàn)略與區(qū)域經濟社會發(fā)展需求。調整后的專業(yè)培養(yǎng)計劃對電子技術系列實驗課程在基礎實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)制定了更明確的課程目標。

傳統電子技術系列實驗課程受課程設置、教學模式及實驗設備的影響，存在教學設計目標導向不足，學生創(chuàng)新意識及自主能力薄弱，實驗教學資源及實驗時間不足等問題，已不能與新的課程目標相匹配［1］。

因此，自“十三五”電子國家級實驗教學改革及示范工程建設以來，為了發(fā)揮電子技術系列實驗課程在實踐育人中的主體基礎支撐作用，達成課程目標，系列實驗課程在信息化監(jiān)控及管理、線上課程建設、實驗教學評價及內容設計等進行了深入建設與研究。

1 電子技術系列實驗課程概況

電子技術系列實驗課程為獨立設課，現階段面向自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、電子科學與技術等專業(yè)，基本情況見表1。根據數據統計，系列實驗課程每年可接納700 余名在校本科生開展實驗學習。

表1 電子技術系列實驗課程基本情況

2 電子技術系列實驗課程建設規(guī)劃

電子技術系列實驗課程區(qū)別于理論課程，其建設除了涉及課程內容，還需考慮實驗設備、教學模式等。因此，系列實驗課程圍繞實驗教學的全流程，在信息技術、教學設計、思政育人、遠程平臺以及人才培養(yǎng)方面重新制定了“五位一體”的建設規(guī)劃，見圖1。

圖1 電子技術系列實驗課程總體規(guī)劃建設

（1）堅持信息技術與教育教學深度融合的核心理念，以信息化產業(yè)技術為支撐，發(fā)揮智能監(jiān)管及監(jiān)控平臺在實驗教學過程中的主體作用，建立學情分析及課程反饋渠道，進而實現教學相長的目的。

（2）完善和規(guī)范實驗教學全流程，明確課程目標，推進基于產出式學習的教學設計，規(guī)范實驗教學要求和考核評價，加強系列實驗課程內容的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，推進數字化教學資源建設，加快配套實驗平臺的升級及改造，全面深化高質量實驗課程的建設，落實“以本為本，四個回歸”在實驗教學的主體地位［2］。

（3）加強實驗思政課程建設，充分挖掘所授內容的研究背景、科學意義、研究目的以及社會價值，以潤物無聲的方式，培養(yǎng)學生的家國情懷、專業(yè)使命、責任擔當與創(chuàng)新熱情［3］。

（4）加快遠程輔助教學實驗平臺建設，讓學習者能夠通過遠程平臺真實還原實驗現場，延長學習者的實驗時間，進而實現系列實驗課程的共享共用［4］。

（5）建立健全創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)機制，為人才提供良好的實驗環(huán)境，提升實驗項目的挑戰(zhàn)度，鼓勵人才之間的互相協助，支持人才在技術創(chuàng)新方面的應用。

3 電子技術系列實驗課程實施內容

3.1 實驗教學智能監(jiān)管系統

實驗教學智能監(jiān)管系統是專為電子技術系列實驗課程開發(fā)的一款教輔系統，將系統安裝在計算機上即可使用。監(jiān)管系統是由預習檢測、在線實驗、實驗總結及學情分析4 個核心功能組成，并在閉環(huán)型實驗教學環(huán)節(jié)中發(fā)揮監(jiān)管學生自主學習的作用［5-7］。實驗教學智能監(jiān)管系統架構見圖2。

圖2 實驗教學智能監(jiān)管系統架構

預習檢測由教師在課前發(fā)布，學生端接收到預習任務后，在系統中下載預習資料和視頻，完成預習試題。預習合格后，方可進入實驗室。預習檢測環(huán)節(jié)具有防作弊功能，預習檢測時間結束后才可查看錯題情況。

學生進入實驗室后，登錄實驗教學智能監(jiān)管系統開展在線實驗。由于電子技術系列實驗課程測量數據均為電信號，電信號能夠通過電子測量設備與實驗教學智能監(jiān)管系統進行數據傳輸［5-7］。學生在實驗室利用實驗教學智能監(jiān)管系統進行在線實驗情況見圖3。

在線實驗環(huán)節(jié)中，獲取的電信號數據可以通過監(jiān)測點的形式呈現在系統頁面上。在線實驗界面如圖4所示。教師根據實驗流程設置監(jiān)測點，并設置數據誤差范圍。學生按照實驗流程，通過系統實時獲取監(jiān)測點數據，直至完成實驗內容。在出現錯誤數據時，多數學生能夠主動分析并解決問題，直至獲取正確數據。通過設置監(jiān)測點的方式，使系統在一定程度上監(jiān)管學生的自主實驗。

圖4 實驗教學智能監(jiān)管系統在線實驗界面

在線實驗完成后，學生通過實驗教學智能監(jiān)管系統填寫實驗報告。教師可根據實驗報告中，實驗內容設置數據截圖模塊、數據表格模塊、文本模塊。

系統根據學情大數據針對各階段實驗教學環(huán)節(jié)，推送相關數據信息［9］，進行學情分析。實驗教學智能監(jiān)管系統可分析各階段學生提交的錯誤與正確率，試錯情況及耗時情況等。根據系統反饋的分析結果，教師對課程內容進行動態(tài)調整。學情分析結果見圖5。

圖5 實驗教學智能監(jiān)管系統學情分析

3.2 線上實驗課程

線上實驗課程是電子技術系列實驗課程的輔助教學內容。學生通過計算機或手機端訪問網絡地址，即可觀看實驗課程的相關視頻。通過線上實驗課程，能夠更高效地幫助學生進行課前的預習準備工作，提高課中的實驗學習效果。

電子技術系列實驗課程已在中國大學慕課平臺上發(fā)布“電工電子技術實驗（數字電子部分）”及“電工電子技術實驗（模擬電子部分）”2 門線上課程，并在“電工電子實驗”微信公眾號以及實驗教學智能監(jiān)管系統中同步發(fā)布相關教學視頻。學生可以任意選擇線上平臺，觀看線上實驗課程資源進行實驗預習。

3.3 基于OBE教學模式的實驗教學設計

OBE教學模式是一種基于產出式學習的教育模式，其核心內容是強調在教學過程中注意學生所能取得學習成果的形式、學習的現實意義以及取得這些學習成果的有效途徑等［10-11］。

因此，電子技術系列實驗課程在OBE教學理念的指導下，重新定位了各專業(yè)培養(yǎng)目標與課程目標的對應關系，明確實驗課程產出式總學習指標，進而規(guī)范實驗課程教學要求和考核評價標準，開展“基礎＋擴展＋提升”的階梯式實驗項目內容設計，已達到產出式學習的預期效果。

在規(guī)范的實驗課程教學要求框架下，電子技術系列實驗課程再將產出式學習指標對應到實驗項目中。以測控技術與儀器專業(yè)“模擬電子學實驗”課程為例，介紹基于OBE教學模式的“波形轉換電路”實驗項目設計，見表2。

表2 基于OBE教學模式的“波形轉換電路”實驗項目設計

“波形轉換電路設計”實驗項目中，通過階梯式的課程設計，使每個學生都能夠完成實驗內容，獲得產出式學習成果。只是部分學生通過“提升”內容，能夠認識到在較高頻率下運算放大器增益帶寬積、壓擺率等參數對電路設計的影響，產出深度學習成果，滿足了學生的創(chuàng)新需求。

基于OBE教學模式的實驗教學課程，簡單的“預習＋實驗過程＋實驗報告”考核評價方式已經不能合理量化學生的實踐能力和綜合素質［12］。因此，電子技術系列實驗課程根據基礎驗證型、綜合設計型和創(chuàng)新驅動型實驗項目的設置，重新制定與產出式教育模式相匹配的細化分級的規(guī)范化考核標準。

隨著實驗教學智能監(jiān)管系統的深入推進，線上考核方式更能夠客觀真實地評價學生的學習情況。因此，電子技術系列課程的考核評價方式也從線下考核轉變?yōu)椤熬€上＋線下”的混合考核［13］。學生以小組形式進行考核如圖6 所示。具體規(guī)范化考核評價標準，見表3。

表3 電子技術系列實驗課程考核評價標準

3.4 培育實驗思政課程

思政育人建設將思想政治教育元素融入實驗項目設計，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響［14］。電子技術系列實驗課程以“國際熱點”“身邊人”和“身邊事”為核心元素，將家國情懷、專業(yè)使命、責任擔當與創(chuàng)新熱情融入實驗設計中，制作了“課程思政”專題，編寫了基于“課程思政”的實驗教學大綱。以“電工電子技術實驗（數字電子部分）”為例，介紹基于實驗項目的思政案例，見表4。

表4 基于實驗項目的思政案例

4 電子技術系列實驗課程建設成效

自“十三五”電子國家級實驗教學改革及示范工程建設以來，在電子技術系列實驗課程建設規(guī)劃的指導下，各項改革內容得到初步落實，現已出版“十一五”國家規(guī)劃教材2 本“數字邏輯與數字系統（第5版）”實驗教程、“電路與電子學（第5 版）實驗教程”，新形態(tài)教材1 本“電工學實驗教程”。

2020年，電工電子技術實驗（數字電子部分）被評為遼寧省線下一流課程；2022 年，電工電子技術實驗（模擬電子部分）被評為遼寧省線下一流課程。

5 結語

電子技術系列實驗課程為了發(fā)揮在實踐育人中的主體基礎支撐作用，達成新的課程目標，重新制定了基于五位一體的建設規(guī)劃方案，明確了系列實驗課程的建設方向，建設了實驗教學智能監(jiān)管系統，推進了基于OBE教學模式在實驗教學中的應用，培育了實驗思政課程等，并顯著提高了系列實驗課程的教學質量和教學效果，普遍提升了學生的自主實踐能力和綜合素質，重點滿足了創(chuàng)新應用型人才的需求［15-16］。但由于建設周期不足等原因，遠程平臺仍正在實施中。后續(xù)建成后，電子技術系列實驗課程將全面實現基于五位一體的建設規(guī)劃。