實驗實踐類課程混合式教學模式探索

李偉 曹曉燕

摘? 要：因實驗實踐類課程注重學生實際操作、重點培養學生動手能力，單純的線上教學模式不能滿足其課程需求。文章以“電子系統設計與實踐”課程為例，探索實驗實踐類課程的線上線下相結合的混合式教學模式。為達到培養學生動手能力及創新實踐能力的目的，實現“電子系統設計與實踐”課程的預期教學目標，文章提出了在原有實驗項目的基礎上，采用線上實驗、線下仿真實驗以及遠程實驗等多種實驗方式相結合，“以學生為中心”的實驗教學模式以及階梯性考核的教學理念。結果表明，該教學模式為學生提供了實踐能力培養、獨立思考、自主學習的平臺，對于培養學生實踐能力及創新意識具有很好的效果。

關鍵詞：實驗實踐類課程；混合式教學；線上實驗；線下仿真實驗；遠程實驗

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

近年來，高校學生因社會因素或個人因素不能及時返校參加線下課程學習，為響應教育部“停課不停學、停課不停教”的號召，各種線上教學平臺及網站發展迅速，充分利用網絡和信息技術的線上教學受到青睞。實驗實踐類課程因注重學生實際操作，單純的線上教學不能達到該類課程教學目的，線上線下相結合的混合式教學模式逐漸被用于實驗實踐類教學。該模式上課方式靈活，上課時間靈活，考核方式可變，線上線下混合式教學模式越來越受教師和學生推崇。

眾所周知，實驗實踐類教學一直以來以學生動手實驗為主，教師理論指導為輔的方式開展［1-2］。根據當前社會現狀，學生無法保證教學時段完全參與到線下實驗課堂，如何利用線上線下混合式教學手段，既保障實驗教學的質量，又達到實驗課程實踐教學的目標，使學生實踐動手能力和創新實踐能力得到提高，在實驗學習中充分培養想象力和創造力，切實地將理論與實際緊密結合，是實驗教師面臨的重大難題。本研究以“電子系統設計與實踐”課程為例，從教學方式、實驗項目內容以及考核方式等方面對實驗課程的線上線下混合式教學模式進行探索和實踐。

“電子系統設計與實踐”作為一門基礎性綜合型實驗課程，涵蓋內容廣泛，既包括電工技術基礎、數字電子技術、模擬電子技術等基礎性實驗內容，又包含了電子設計與制作等創新性綜合設計實驗內容，是大部分工科專業學生進行工程設計的入門課程，也是電子技術綜合應用的實踐性環節，對于學生實踐能力的培養有重要的作用［3-4］。

一、實驗實踐課程混合式教學模式思路

“電子系統設計與實踐”課程共10次課，每次4個學時，共40學時，在實驗項目上既包含了部分基礎性、理論性相對較強的內容，同時又包含了部分設計性、創新性強的實驗項目，在以往課程實驗項目的基礎上，將課程分為以下部分：①線上教學：主要針對實驗課程的理論部分以及實驗部分的操作要點、注意事項等；②線下仿真實驗：主要是針對一些電路原理圖、電路設計以及程序設計等；③遠程實驗：主要是實驗項目設計性及創新性部分；④其他線下實物實驗：主要是針對在校的學生開設，在前期線上課程及仿真實驗的基礎上進行實物制作調試。實驗課程在實施過程中不斷調整，采用以上方式的一種或者兩種組合，以期達到實驗目的［5］。

（一）線上教學與線下仿真相結合

學生不能參加線下課程，但是課程需要如期實施，如何保障實驗課程的教學質量及按時完成實驗任務是所有實驗室教師面臨的巨大難題。經教研室教師討論及實際演練，決定采用如下方法開展“電子系統設計與實踐”課程的線上學習：①采用網絡軟件（如超星學習通）對學生進行日?？记?、基礎理論知識講授、實驗基本操作示范、實驗注意事項講解以及實驗任務的驗收；②通過PPT錄屏的方式形成音頻文件供學生下載學習，課程基礎理論部分比如電路原理圖的設計、元器件的識別、實驗安全操作注意事項等實驗，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生下載學習，實驗的元器件操作比如示波器的實驗、焊接練習、FPGA實驗箱的程序編寫及下載等由教師實際操作錄制視頻講解重點難點及注意事項。學生完成線上學習以后，教師向學生布置本次課的仿真實驗內容，仿真實驗內容［6］主要是電路圖的設計仿真以及FPGA實驗程序的編寫等［7］。線上教學及線下仿真共安排6次課，具體的安排如表1所示：

學生在完成線上學習及線下仿真過程中，通過課程QQ群對學生提出的問題及遇到的困難給予解決。在課程實施初期就建立好課程QQ群，學生可以通過QQ群了解教學安排、課程通知以及向指導教師提問等；實驗教師則是上課時間都在線上，積極回應學生提出的問題，答疑解惑。由于QQ可以手機使用，而且對網絡要求不是特別高，因而可以保證教師與學生互動時不卡頓，師生互動良好，課堂氛圍熱烈。

（二）遠程實物實驗

實驗課程在完成前期理論部分知識的線上學習及線下仿真以后，針對設計性創新性部分實驗內容，引入了遠程實物實驗［8］。該遠程實驗系統［9-10］由易星標公司開發，比仿真實驗更進一步，學生在實驗過程中可感知物理器件、電路布線，與實物實驗一致。采用該遠程實驗系統的目的在于打破時空與地域的限制，實現優質教學資源共享，提高教學效率。遠程實驗系統工作流程圖如圖1所示。

實驗操作界面如圖2所示，圖2（a）為學生操作界面，包括各種實驗器件、模塊的選擇，實驗的操作、結果觀察以及實驗報告的填寫等。實驗模塊和器件可以任意組合，實現“積木式”電路設計；學生還可以自主設計實驗模塊，實現創新能力的培養。在線填寫實驗報告，實時實驗數據分析及實驗結果總結。圖2（b）為教師操作界面，教師可在該界面對學生班級進行管理，對實驗進行安排，對實驗操作過程進行監控，對實驗教學效果及學生掌握情況進行把控，對學生的報告進行在線批改，對學生實驗成績進行統計。

（三）構建以學生為中心的教學方案

在前期線上學習及線下仿真的基礎上，對后面4次實驗提出了“以學生為中心”的實驗教學方案，設計了3個實驗方案供學生選擇，如表2所示。

方案A學生是到實驗室內做實物實驗，因而學生提交現場實物結果，獲得成績；方案B學生完成遠程實驗，在線填寫實驗報告，實驗指導教師以遠程實驗結果及遠程實驗報告為依據給學生成績；方案C則是要求學生在規定時間內完成實驗教師給出的實驗操作題目獲得實驗成績。三個實驗方案同時開設，學生根據自身情況，選擇一個方案完成即可。

二、課程考核實施方案

為了保證實驗成績的公平公正性，打破傳統根據實驗報告給予學生成績的考核方式，設計了階梯性的實驗成績評定方法：總成績=線下仿真實驗項目的成績*0.4+選擇的實驗方案*0.4+平時成績*0.2。線下仿真實驗項目的成績主要包括兩個部分：1. 程控放大器電路的設計與仿真；2. 基于FPGA的液晶顯示程序的設計與實現。學生根據指導教師的要求在超星學習通上上傳仿真實驗結果，指導教師根據學生仿真實驗過程及結果給出成績，這個部分占總成績的40%。實驗選擇方案部分則根據實驗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；學生根據自身情況選擇實驗方案后，指導教師根據學生完成情況打分，選擇C方案的同學即使做得再好，這部分成績也只有80分，實驗方案選擇部分的成績占總分的40%。平時成績主要是根據上課考勤以及實驗過程中與指導教師互動、提出問題的情況打分，占總成績的20%。為了能夠讓每個學生都參與到實踐中，不允許學生組隊參與實驗，每個同學須獨立按照實驗要求完成實驗任務。

三、成績總結與分析

以一個教學班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驗學生出勤率還是較高，甚至高于之前學生到實驗室的出勤率，平均出勤率達到98%。線下仿真實驗完成情況以及成績如圖4所示，學生對實驗的完成率還是較高，平均完成率達到87%，平均成績為91分。

四、結語

2020年初，由于社會因素影響，高校的傳統教學活動開展和教學方式面臨巨大的影響，實驗實踐類教學承受著巨大的壓力及挑戰。但是培養學生本身就是不斷面對挑戰、克服困難、解決問題的過程，努力探索特殊時期的實驗教學新模式是每個實驗教師應盡的義務。

本研究提出了線上實驗教學、線下仿真實驗、遠程實驗等多種實驗方式相結合的實驗教學模式以及階梯性考核的教學理念，使學生即便不能參與線下實踐，其創新能力、動手能力、獨立思考能力、科研思維能力以及責任心等都能夠得到鍛煉和提高。整個實驗課程的教學模式以學生為中心，以培養學生創新實踐能力為目標，在保證學生獲取知識的同時也保證教學質量。此前電子系統設計類課程的混合式教學無可參考的模板，找到一種適合人才培養需求的實驗教學模式是一項長期而艱巨的工程，只有在教學中不斷實踐、總結經驗，探索出一套適合學生創新能力及實踐動手能力培養的教學模式，積極調動老師的積極性及學生的興趣才能起到理想的效果。

參考文獻

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（薦稿人：印月，四川大學電氣工程學院電工電子基礎實驗教學中心高級實驗師）

（責任編輯：淳潔）