電工電子技術實驗課程MOOC教學探索與實踐

張帆 孫曉輝

[摘 要]文章針對非電專業(yè)本科生在電路實驗課程學習中動手實踐能力弱、實驗效果不理想等問題，基于中國礦業(yè)大學（北京）采礦工程等非電專業(yè)開設的電工電子技術課程實驗教學改革，探索了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”開放式在線網(wǎng)絡教學模式，給出了MOOC課程學習的體系結構，設計了電子電路實驗課程的MOOC教學功能模塊，并通過現(xiàn)代教育技術手段和遠程實驗實例開發(fā)與展示，利用MOOC網(wǎng)絡在線技術建立遠程虛擬實驗室，實現(xiàn)在線實驗課程教學。實踐表明，與傳統(tǒng)的專業(yè)實驗教學相比，利用MOOC平臺開展實驗課程在線教學，實驗操作簡便，師生互動與教學反饋及時，有助于培養(yǎng)和提高學生的自主學習能力和創(chuàng)新實踐能力。

[關鍵詞]MOOC;電工電子技術;教育現(xiàn)代化;遠程實驗室;課程改革

[中圖分類號] G642.423 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）08-0030-04

一、引言

根據(jù)國家《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018-2022年）》以及教育部所確定的專業(yè)實驗教學目標和教學要求，各高校圍繞加快推進教育現(xiàn)代化這一主線，以增加信息量、加強應用、便于教學和培養(yǎng)能力為原則，通過專業(yè)實驗課程教學改革，旨在培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

縱觀我國高校專業(yè)實驗課程教學改革情況，各高校普遍重視大學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，但存在發(fā)展滯后、落實不力、總體水平較低等問題。目前，國內(nèi)部分高校也已開展了專業(yè)實驗教學改革，將現(xiàn)代教育技術與實踐教學相結合，相繼推出了一批設計理念新穎、具有一定創(chuàng)新性的綜合實驗教學項目。然而，目前很多高校非電專業(yè)本科生實驗課程采用傳統(tǒng)的課堂實驗教學方式，這種教學模式較為陳舊、學生實驗方式單一、缺乏對學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。教師講解實驗要求，學生按部就班地做實驗;教師過多講解，學生動手參與少。這些使得學生處于被動的地位，弱化了學生的動手實踐能力，從而導致其學習效果不佳等問題的發(fā)生。受實驗課程教學計劃學時限制，學生實驗任務單一，從而影響實驗效果，加之學生人數(shù)眾多，實驗室接納能力有限，很難接納幾十上百人同時開展實驗。但如果分批做實驗，又由于課時有限而導致學生實際實驗內(nèi)容并不飽滿，不利于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新實踐能力 [1-2]。

MOOC作為遠程教育領域的一種創(chuàng)新模式，對傳統(tǒng)教學模式產(chǎn)生巨大的沖擊，同時也引起廣泛關注[3]。由于MOOC學習具有開放性、遠程在線等優(yōu)點，學生可以通過互聯(lián)網(wǎng)教學平臺，采用E-learning學習形式，訪問、學習教學課件資源，隨時隨地與他人進行充分的在線交流和討論，從而使學生知識探究的邊界在理論上得到無限的擴充[4-6]。

基于此，筆者在分析MOOC教學模式以及研究互聯(lián)網(wǎng)+教學實踐的基礎上，設計了一種基于MOOC教學模式的實驗課程學習體系結構模型，并通過建立MOOC實驗課程設計，以我校非電專業(yè)本科的“電工電子技術”課程進行實踐教學探索，通過嵌入式的虛擬現(xiàn)實實驗系統(tǒng)，建立遠程MOOC教學實驗平臺，并在我校采礦工程、測控技術等專業(yè)進行實驗課程教學改革。結果表明，基于MOOC學習的實驗課程有利于促進學生的在線學習和教師的實踐教學，尤其在提高學生的創(chuàng)新能力和實踐技能方面都取得了較好效果。

二、MOOC的體系結構

CELTS標準、IMS規(guī)范和IEEE 1484 標準都提出了不同的學習系統(tǒng)框架， CELTS提出的框架參考了IEEE 1484 標準，但是IMS框架過于具體化，理論抽象與泛在化程度不高。因此，本文以IEEE1484 標準為基礎框架，構建面向本科教學的MOOC遠程教育學習管理系統(tǒng)，提出一個關于在線遠程學習系統(tǒng)的整體架構（Learning Technology Systems Architecture，LTSA）作為MOOC教學系統(tǒng)的抽象模型[7-9]，如圖1所示。

基于LTSA 架構的MOOC學習系統(tǒng)由4個主要組件和2個數(shù)據(jù)庫構成，其中，4個組件分別是學生組件、評估組件、教學代理組件及投遞組件，2個數(shù)據(jù)庫包括學習資源庫和學習記錄庫。教學代理組件是整個體系模型的核心，在系統(tǒng)的運行過程中起關鍵協(xié)調(diào)作用。

上述體系框架中，學生通過學生組件向教學代理組件提交學習參數(shù)，同時將行為通過投遞組件傳遞給評估組件;評估組件根據(jù)學生在記錄庫中保存的學習記錄及歷史信息，對當前學生提出的學習參數(shù)進行評價;教學代理組件根據(jù)評價信息和歷史信息在學習資源庫中查詢適合學生需要的資源，然后通過投遞組件將學習資源以多媒體的形式推送給學生，從而完成一次學習任務的請求、交互過程 [10]。此外，評估組件可以根據(jù)學生的行為記錄，對其學習效果進行評估，從而在一定程度上彌補了MOOC課程缺少合適評估機制的不足。

三、MOOC課程設計與實踐

（一）MOOC課程設計

為了更好地促使非電專業(yè)學生用創(chuàng)造性的思維來進行觀察、學習和研究，培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新實踐能力，筆者依據(jù)教育部最新版本的“電工學教學基本要求”所確定的教學目標和教學要求，本著增加信息量、加強應用、便于教學和培養(yǎng)能力的原則，利用現(xiàn)代信息技術手段，采集相關課程設計、教學實施、教學效果以及學生應用實踐能力等相關信息，多維度地綜合分析，客觀地判斷相關課程教學和學生應用實踐能力是否能達到預期目標。本文通過對MOOC實驗教學活動的研究與探索，旨在為電工電子技術課程的實驗教學改革提供理論支撐。

結合我校采礦工程、測控技術等非電專業(yè)本科生開設的電工電子技術實踐教學，根據(jù)實驗課教學大綱及學習目標，本文給出了電工電子技術實驗課程的MOOC教學設計， 通過Web頁面所展示的基于MOOC教學平臺的實驗設計，讓學生通過自主注冊完成電子電路的實驗分析和考試評估，并通過MOOC遠程實驗使學生掌握電子電路課程的有關內(nèi)容和技術。

MOOC教學平臺包括1個初始化模塊和8個功能模塊。其中，MOOC初始化模塊主要是完成課前的基本數(shù)據(jù)獲取、統(tǒng)計，如學生基本信息，包括學生所在班級、專業(yè)等以及學生的學術水平。而功能模塊涵蓋了教學大綱、課件、作業(yè)、討論、遠程實驗、在線提問、教學反饋和考試測試等8個模塊。各個功能模塊既彼此獨立又相互關聯(lián)，如教學大綱為課程學習提供學習的目標、任務、重點和難點。例如，電工電子技術遠程實驗模塊提供了學生所選MOOC課程的所有理論教學和實驗內(nèi)容的教學大綱文件，介紹了電子學仿真的基礎知識，并使學生加深了對LabView或SPICE電路仿真工具使用知識的理解與掌握。

MOOC遠程實驗教學的具體課件內(nèi)容包括以下幾點：（1）電子電路設計中的仿真工具使用。（2）電子元器件的使用與應用實踐。（3）戴維南電壓和電流定律等實驗驗證。（4）基本電氣使用和電子電路的設計及實踐。（5）電路及系統(tǒng)的設計方法及實驗驗證與分析。

如圖2所示，本文所設計的基于MOOC的教學課件、教學反饋、作業(yè)和討論等模塊，為學生在線提供了相關的學習資源和補充材料，便于學生在實驗過程中隨時開展在線查閱和學習。同時開展電子技術實驗的創(chuàng)新性教學，豐富MOOC教學實踐內(nèi)容，通過開發(fā)相關MOOC學習教具，進一步完善MOOC實驗教程和教程視頻，從而幫助學生進一步研究電氣設備電氣特性以及運用常見元器件組件設計相關實驗模型。例如，圖2展示的教學實驗模型，是通過借鑒昆蟲運動原理和單片機控制理論設計開發(fā)的一種用于故障檢測的六足智能機器人模型，通過這樣在線、直觀的模型展示，使學生將理論知識運用融入專業(yè)實踐學習環(huán)節(jié)當中，更加有利于拓寬學生的知識視野，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的創(chuàng)新思維能力和動手實踐能力[11]。

利用此模型，教師可以先引導學生思考和梳理與此模型有關的電路理論知識，激發(fā)學生對電子技術和機器人知識學習的興趣，從而進一步指導學生利用MOOC在線學習相關課程內(nèi)容，為電工電子技術實驗課程學習提供一種行之有效的教學方式。

（二）基于 MOOC學習的教學實踐

培養(yǎng)學生的問題分析能力和創(chuàng)新實踐能力是電工電子技術課程的教學目標，而實驗教學內(nèi)容對學生專業(yè)知識結構的構建是否合理具有較大影響[12]。MOOC教學實驗平臺采取開放式的教學模式，以學生自主學習為主、教師啟發(fā)為輔，面向參與實驗教學的學生全天候開放，便于學生隨時在線學習。

圖3呈現(xiàn)了MOOC教學平臺的遠程實驗模塊有關教學實踐應用場景，展示了集成運算放大器實驗教學中有關運放電路應用實例的視頻截屏。電路板作為電子技術仿真實驗的基本教學工具，將其展示出來的目的是讓學生對有關電路板及電子元件等有感性認識和初步了解，在此基礎上引導學生進一步通過MOOC遠程實驗室進行實驗學習，從而增強學生對電子電路有關知識的理解和掌握能力。學生通過MOOC課程的遠程實驗，能夠根據(jù)自己設計的電路模型，通過仿真工具分析電路，在遠程實驗室獲得實驗結果以及分析、比較所獲得的實驗結果與理論之間的差異。此外，學生利用MOOC實驗平臺學習，能夠隨時與實驗教師進行交互式討論和溝通，實現(xiàn)真正意義上的一對一教學。

四、MOOC課程教學實驗效果

基于MOOC學習的教學實驗中，學生是實驗的主體，我們近年來利用現(xiàn)代教育技術手段對電工學課程教學改革的探索和研究實踐證明，上述實驗在我校采礦工程、測控技術等非電專業(yè)的教學實施和不斷完善中取得了較好的效果。

（一）培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力

我們在MOOC教學實踐中，以采礦工程、測控技術等專業(yè)班級為例，每6～8人組成一個實驗項目組，在開展實驗之前，指導教師給學生下發(fā)實驗任務書，學生根據(jù)任務書的要求，先查閱相關資料、設計方案，對涉及的操作實驗、過程管理和數(shù)據(jù)分析以及對實驗結果進行總結與評定，最后撰寫實驗報告。學生通過在線方式開展靈活多樣的小組討論學習活動，小組成員推選能力突出的學生作為本組的主導者，帶領項目組團隊開展互助式學習，這有助于學生組織能力、溝通能力和團隊合作意識的培養(yǎng)，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打好基礎。與此同時，學生通過MOOC學習開闊了專業(yè)視野，通過個人在線課堂展示培養(yǎng)和鍛煉了創(chuàng)新思維能力和應用實踐能力。

（二）培養(yǎng)了學生的自主學習能力與綜合素質(zhì)

MOOC教學模式使教師由傳統(tǒng)的課堂知識傳授者轉變成學習指導者和督促者。教師不僅需要不斷提高自身的創(chuàng)新能力，利用互聯(lián)網(wǎng)等信息化手段服務于教學全過程，而且需要有意識地引導學生熟悉使用互聯(lián)網(wǎng)等技術手段，潛移默化地啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維，挖掘學生的創(chuàng)新潛質(zhì)。教師通過MOOC教學平臺將優(yōu)質(zhì)的教學資源推送給學生，以供學生課前自主學習。與此同時，學生由原來的被動做實驗變?yōu)橹鲃訉W習，自主、靈活選擇實驗時間，自主完成實驗操作，開展個性化學習與探索。教師可以針對學生提出的疑難問題集中答疑，也可以針對性地與學生個別討論。因此，此教學模式不僅能夠提高學生的動手實踐能力，而且有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，從而為學生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)提供幫助。

（三）有利于全面考核和評價學生學習效果

采用傳統(tǒng)的依據(jù)實驗內(nèi)容和實驗報告來考核的方法，在很大程度上不能真實地反映學生的創(chuàng)新思維和學習水平。因此，我們對傳統(tǒng)的成績評定方法進行了改革，在開放式實驗平臺采用綜合評價方式對學生實驗成績進行考核，評價指標主要包含在線實驗操作考核、在線撰寫實驗方案評價以及在線撰寫實驗報告評價等，這樣能夠有效督促學生動腦動手實踐，也能夠更好地鼓勵學生在實驗中大膽探索和創(chuàng)新。例如，在基于電子電路集成運放應用實驗中，根據(jù)每個小組學生設計的實驗方案，綜合學生在實驗過程中完成的電路模型、電路板質(zhì)量和實驗報告評價，最后給出考核成績，這樣能夠更加全面地考核和評價學生在教學實驗活動中的實際表現(xiàn)和學業(yè)水平。

五、結束語

本文研究和探索了一種開放式在線學習的MOOC實驗教學模式，以我校采礦工程、測控技術等非電專業(yè)教學為例，結合實驗課程教學改革目標建設了MOOC實驗教學平臺，將互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代教育技術手段服務于教學全過程，旨在為本科生完成電工電子技術實驗課程的學習提供指導和幫助。與傳統(tǒng)實驗教學以及以微課和博客為主要載體的網(wǎng)絡課程相比，MOOC實驗教學可以為學生提供一體化的教學實驗和學習空間，使學生可以進行更加充分的在線互動交流，并較為詳細地記錄和跟蹤學生的學習情況，及時地對學生的學習效果加以反饋和引導。研究表明，在研究性大學開展創(chuàng)新性實驗教學改革，將互聯(lián)網(wǎng)技術與現(xiàn)代教育信息技術相融合，通過師生在線互動，能夠進一步拓寬學生的知識視野，更加有效地激發(fā)學生的自主學習能力和求知興趣，有助于提高學生的專業(yè)理論知識運用能力與創(chuàng)新實踐能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 教育部教育信息化技術標準委員會.中國現(xiàn)代遠程教育技術標準體系[EB/OL]. [2019-06-03].http：//www.edu.cn/html/keyanfz/doc20020210/ycjy.doc.

[2] 劉艷，孟威，孟令軍，等.大學生創(chuàng)新實踐教育模式的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2016（1）：166-168.

[3] 李青，王濤.MOOC：一種基于連通主義的巨型開放課程模式[J].中國遠程教育， 2012 （3）： 30-36.

[4] TAWFIK M， SANCRISTOBAL E， MARTIN S， et al.Virtual instrument systems in reality （VISIR） for remote wiring and measurement of electronic circuits on breadboard[J]. IEEE Transactions on Learning Technologies，2013（1）：60-72.

[5] the Learning Technology Standard Committee.IEEE 1484.1-2003IEEE Standard for Learning Technology-Learning Technology Systems Architecture（LTSA）[EB/OL].[2020-06-16]. http：//www.docin.com/p-116268607.html.

[6] 盧其威，鄒甲，趙鋒，等. 本科生導師制背景下電氣工程專業(yè)生產(chǎn)實習方案改革探討[J]. 實驗技術與管理，2018（2）：166-168+181.

[7] 孫曉黎.“翻轉課堂”在應用型人才培養(yǎng)中的應用[J]. 中國教育學刊，2018（S1）：150- 152.

[8] Fei? Mingming，Shi Yanli.Research on development trends and problems of MOOC [J].Journal of Chemical and Pharmaceutical Research，2014（4）：393-395.

[9] 于兵川，吳洪特.實驗教學與科研有機結合 培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力[J].實驗室研究與探索，2010（2）：76-77+87.

[10] 孔濱，孔德玉，趙舉中，等.強化科研反哺實驗教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].實驗技術與管理，2010（6）：147-149.

[11] 李俊龍，侯怡，宋菲，等.本科生科研訓練計劃實施過程中的激勵策略探析[J].中國大學教學， 2014（4）：77-80.

[12] 趙娟，郝國成，余志華.大學生創(chuàng)新實踐平臺研究與實踐[J].實驗技術與管理，2014（3）：20-22.

[責任編輯：龐丹丹]