用信息技術(shù)增強實驗教學(xué)場景的探索與實踐*

鄧洪波 梁志明 王云 章秀銀 王虎才

摘 要：根據(jù)目前實驗教學(xué)面臨的問題，結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，從實踐學(xué)習(xí)和人的注意力的特點出發(fā)，作者提出了以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和手機結(jié)合增強實驗室場景的實驗教學(xué)改革，以提高實驗教學(xué)效率，并大大減輕實驗教師的工作量。文章通過通信電子線路與射頻實驗室的實踐案例，詳細闡述了改革的要點和過程，為其他實驗室提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：實驗室;場景;二維碼;手機

中圖分類號：TP393? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）22-0089-04

一、引言

通信是現(xiàn)今社會最熱門的行業(yè)之一，也是與國民經(jīng)濟最密切相關(guān)的行業(yè)之一，相關(guān)人才社會需求量大，專業(yè)素質(zhì)要求高，對高校培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)人才提出了很高的要求。而《通信電子線路》和《射頻電路》課程是通信相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，學(xué)習(xí)難度大、內(nèi)容多、工程性強，實驗是其最重要的一部分教學(xué)內(nèi)容，但每次實驗一般只安排3節(jié)課時，實際涉及的內(nèi)容又非常多，如何在有限的實驗時間內(nèi)，提高學(xué)生對相關(guān)儀器電路的操作、理解、掌握和創(chuàng)新能力？現(xiàn)代先進技術(shù)的輔助應(yīng)用，應(yīng)該是一個很好的選擇。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和手機的普及，實驗教學(xué)也做了很多相應(yīng)的改革，比如“互聯(lián)網(wǎng)+”[1][2]、微課程[3]的教學(xué)研究，智慧教室的設(shè)計[4][5]等，這些改革的目的主要是利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高教學(xué)效率。二維碼在日常生活中已經(jīng)非常普遍，在實驗管理上也有一些應(yīng)用研究[6][7]，旨在提高管理效率，在教學(xué)上也做了一些有益的探討，但還不夠深入，缺少具體應(yīng)用[8]。為了進一步提高實驗教學(xué)的效率，利用網(wǎng)站、二維碼、手機并結(jié)合實際實驗室的內(nèi)容特點來增強實驗室實驗場景，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)的便利性以及引導(dǎo)的及時性，是非常有意義的探索。

二、目前實驗教學(xué)面臨的機遇與挑戰(zhàn)

由于時代的發(fā)展、實際情況的變化以及技術(shù)的進步，為了取得更好的教學(xué)效果，實驗教學(xué)必須實時作出相應(yīng)的調(diào)整。目前實驗教學(xué)具體面臨的機遇和挑戰(zhàn)主要有以下幾點：

1.新時代學(xué)生的特點

現(xiàn)在的學(xué)生跟十幾年前的學(xué)生有很大的不同。由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在的學(xué)生每天有大量的時間是面對手機、電腦，特別是手機，對電腦、手機特別是手機的依賴性是這個時代的學(xué)生的顯著特點。電子產(chǎn)品的普及，是社會與科技發(fā)展的結(jié)果，是不可阻擋的趨勢?，F(xiàn)代教育應(yīng)該順應(yīng)這種潮流，積極做好引導(dǎo)，充分利用電子產(chǎn)品的便利性為教育教學(xué)服務(wù)，以取得更好的教學(xué)效果。

2.學(xué)習(xí)方式的改變

由于學(xué)生對信息產(chǎn)品的依賴，其思維方式、學(xué)習(xí)方式都發(fā)生了很大的變化。從思維方式來看，以前的學(xué)生遇到問題，由于條件限制，基本只能根據(jù)自己所學(xué)，依據(jù)書本或教師所教的知識，運用各種原理解決問題?，F(xiàn)在學(xué)生遇到問題，第一時間是從網(wǎng)上查找答案，從各種解決方案中找出合適的，或者更進一步，在現(xiàn)有方案的基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)母倪M，作為解決問題的方法。兩種方法各有優(yōu)劣，從解決問題方面考慮，明顯第二種方法更高效，它集合了眾人的智慧，但容易使人產(chǎn)生惰性，減弱思考能力，對學(xué)生能力提升不利，本科教學(xué)應(yīng)該從思考方面多做引導(dǎo)。從學(xué)習(xí)方式來看，由于手機的便攜性以及功能的強大，現(xiàn)在的學(xué)習(xí)很大一部分是碎片化的學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)方式是技術(shù)發(fā)展的必然，它使人可以隨時隨地學(xué)習(xí)，也更符合人的學(xué)習(xí)規(guī)律，因為大部分人很難長時間集中注意力。本科教學(xué)應(yīng)該順應(yīng)潮流的發(fā)展，利用手機和網(wǎng)絡(luò)，更好地開展實驗教學(xué)。

3.學(xué)生要學(xué)習(xí)的內(nèi)容比較多，時間少

現(xiàn)在是一個信息爆炸的時代，各種知識得到極大的擴充。知識的爆炸性增長，很大部分的原因是因為信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息的流動比以往更快捷了，必然會產(chǎn)生更大量的信息。對目前的本科生來說，僅僅是教學(xué)大綱的內(nèi)容就比十年前增加了很多，而且考慮到學(xué)生找工作、實習(xí)的原因，很多學(xué)校把原本是四年的學(xué)習(xí)內(nèi)容壓縮到三年，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力可想而知。如果還是按傳統(tǒng)的教學(xué)方式，必然會擴大知識增長和教學(xué)之間的矛盾。技術(shù)推動了知識的增長，而獲取知識，也必然要利用技術(shù)才能提高效率，跟上知識增長的速度。

4.實驗課程理論化嚴(yán)重

目前實驗課程的理論化比較嚴(yán)重。實際上，實驗教學(xué)與理論教學(xué)有很大不同，理工科的理論課目的在于讓學(xué)生掌握相關(guān)概念、原理，進而進行理論分析設(shè)計。學(xué)生在課堂上理解不了，可以在課后自習(xí)。而實驗課程不同，其最大的特征在于現(xiàn)場性、實現(xiàn)性、可操作性。大部分實驗課程必須要在實驗室這個現(xiàn)場場景才能完成，并且是對實際產(chǎn)品進行操作實驗。實驗課的目的在于通過實踐操作，訓(xùn)練學(xué)生工程實踐能力，并進一步理解原理，提升設(shè)計能力。因此，應(yīng)該讓學(xué)生在做中學(xué)，而不是學(xué)中做。利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)增強實驗場景，有利于學(xué)生更快地掌握相關(guān)技能，提高工程開發(fā)能力。

三、改革思路與方案

實驗教學(xué)要進行有效的改革，提高學(xué)習(xí)效率，必須把握實踐學(xué)習(xí)的特點，意識到人的注意力是有限的，有限的注意力正是初學(xué)者做實驗時的最大障礙。以通信電子線路實驗為例，涉及的儀器多，電路復(fù)雜，連線、開關(guān)多，步驟多，學(xué)生在短時間內(nèi)很難熟練掌握，只要其中某個方面出現(xiàn)小問題，學(xué)生在做實驗時往往就會陷入困境，這也是給很多實驗教師造成困惑的地方。這個問題產(chǎn)生的很大原因是師生都沒有意識到人的注意力是有限的。人在同一時間往往只能注意到2、3個點，而在做復(fù)雜實驗時，初學(xué)者要面對的是遠超自己所能注意到的現(xiàn)實問題，所以在做實驗時，很多時候會陷入不知所措的境地。要解決這個問題，可以考慮設(shè)置增強實驗場景，使學(xué)生在實驗中每涉及一個儀器、電路和操作，都能及時得到指示和反饋，所見即所得，必然會極大地提高學(xué)習(xí)效率。所以，場景越細膩，學(xué)生越沉浸，學(xué)習(xí)效果會越好?，F(xiàn)有實驗的教學(xué)改革，應(yīng)該增強實驗的場景，這才是提高實驗教學(xué)效率的正確途徑。

基于以上論述，改革方案如下：①實驗知識分解。根據(jù)實驗課程的內(nèi)容，提煉實驗場景的基本要素，根據(jù)實驗的過程，提煉實驗的重要節(jié)點。②建立實驗室網(wǎng)站。該網(wǎng)站必須電腦和手機都能瀏覽，然后把基本要素和重要節(jié)點的相關(guān)知識分別存放在網(wǎng)站上，并形成二維碼。③把二維碼貼在實驗室相應(yīng)的位置上，比如儀器、設(shè)備、實驗臺上。

1.把握知識要點，降低學(xué)習(xí)難度

實際的實驗過程是非常復(fù)雜的，特別是對于像《通信電子線路》這種復(fù)雜電路的課程而言，最好的方法是抓住要點，以點帶線。所以本方案的重點是要提煉內(nèi)容，對實驗的本質(zhì)和關(guān)鍵點要把握好。這需要教師要有較長期的實驗教學(xué)經(jīng)驗，對實驗技能、工程能力的培養(yǎng)有較好的認(rèn)識。

2.利用網(wǎng)站技術(shù)，提高方便性

以往的網(wǎng)站內(nèi)容很多，但不適應(yīng)手機瀏覽，學(xué)生要查找內(nèi)容不容易，用手機瀏覽，極大提高了學(xué)生獲取資料的方便性。

3.使用二維碼技術(shù)，解決及時性

二維碼技術(shù)提高了引導(dǎo)學(xué)生解決問題的及時性。以往實驗前教師會講解儀器使用、實驗原理、注意事項、故障排除思路等，但實際上，學(xué)生僅僅聽講一次很難馬上轉(zhuǎn)化成自己的實驗?zāi)芰?。而形成二維碼后，學(xué)生在遇到問題時，可以根據(jù)問題通過掃描相應(yīng)位置上的二維碼，及時得到資料。例如：當(dāng)學(xué)生不會使用儀器時，不用去翻厚厚的說明書，直接用手機掃描儀器上的二維碼，馬上可以得到圖文并茂的針對本實驗的使用說明，或者是直接視頻演示。當(dāng)學(xué)生在遇到實驗故障時，可以直接掃描桌面的二維碼，得到排除故障的思路指引。從以上方案可以看出，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和手機的結(jié)合，極大增強了實驗的場景，可以極大地提高實驗教學(xué)效率。

四、具體實施

實驗場景是以實驗室為基礎(chǔ)，所以方案的實施必須以實驗室為依托。根據(jù)以上方案，以本校通信電子線路與射頻實驗室為例，具體實施如下：

1.對實驗室資源進行歸類

實驗室資源包括課程、儀器設(shè)備、教學(xué)資源等。通信電子線路實驗室共承擔(dān)3門課程的實驗教學(xué)，即《通信電子線路實驗》《通信電子線路課程設(shè)計》和《射頻電路實驗》。這三門課程是同一類課程，前后銜接緊密，儀器設(shè)備基本可以共用，從實驗室建設(shè)來說，放在一起是很好的選擇。通信電子線路實驗室的主要儀器設(shè)備有穩(wěn)壓直接電源、函數(shù)信號發(fā)生器、射頻信號發(fā)生器、示波器（帶萬用表）、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、通信電子線路實驗箱、射頻電路實驗套件等。教學(xué)資源包括課程介紹（教學(xué)大綱）、教學(xué)課件、視頻、原理圖等。

2.對實驗課程中常見問題進行總結(jié)

在實際教學(xué)中，電路原理在理論課中會有詳細介紹，在實驗課程的PPT上也會加以闡述，但在實驗的過程中，學(xué)生還是會遇到很多問題。這主要是學(xué)生理論知識轉(zhuǎn)化到工程實際的能力薄弱和實驗技能的缺失造成的。所以，在實際的實驗課程教學(xué)中，要適當(dāng)引導(dǎo)。在引導(dǎo)的過程中，注意不要直接告訴學(xué)生答案，而是要培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)思維和能力。

3.建設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)站

實驗室網(wǎng)站只是一種資源的載體，根據(jù)實驗室場景增強的思路，網(wǎng)站資源必須便于分享，這就要求網(wǎng)站除了能用電腦瀏覽外，必須能方便用手機登錄瀏覽，特別是各個節(jié)點必須能形成二維碼，這樣，學(xué)生就能很方便地通過手機掃描特定的二維碼得到相應(yīng)的知識內(nèi)容。根據(jù)以上的思路，設(shè)計的通信電子線路實驗室網(wǎng)站結(jié)構(gòu)框如圖1所示。

網(wǎng)站與本文內(nèi)容相關(guān)的主要內(nèi)容有儀器設(shè)備、教學(xué)資源、問題討論。儀器設(shè)備框圖如圖2所示。實驗室大部分儀器功能較多，使用復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)實驗課程具體情況，把實際所需的簡要儀器使用說明存在網(wǎng)站上，如果內(nèi)容太多，反而失去方便學(xué)生使用的便利性。學(xué)生應(yīng)該在使用的過程中掌握相關(guān)儀器設(shè)備的使用。網(wǎng)站教學(xué)資源框圖見圖3。

由圖3可以看到，教學(xué)資源部分，每個資源都是具體項目，不是打包資源，這樣的好處是便于學(xué)生用手機瀏覽。網(wǎng)站問題討論框圖見圖4。

這部分資源也是具體到每個問題點，方便學(xué)生查找，但問題的解答都只是提供思路，需要學(xué)生進一步分析思考，這樣有利于提高學(xué)生解決問題的能力。

4.把網(wǎng)站的每個節(jié)點形成二維碼，貼在實驗室的對應(yīng)位置

這樣，學(xué)生在哪個場景碰到什么問題，就可以選擇掃相應(yīng)的二維碼，及時得到引導(dǎo)，大大提高了教學(xué)效率。通信電子線路與射頻實驗室網(wǎng)站二維碼及儀器設(shè)備相關(guān)的二維碼如圖5所示。

圖5中的設(shè)備二維碼直接貼在實驗室的儀器設(shè)備上，這樣學(xué)生在做實驗時，如有問題，可以直接掃描二維碼，立即就能得到相關(guān)資料。例如：通信電子線路實驗箱EEHF-3，這是實驗室的自制設(shè)備，電路復(fù)雜，考慮到學(xué)生的使用，網(wǎng)站主要提供了實驗箱的框圖（見圖6）、實物圖（見圖7）和開關(guān)說明（見圖8）。學(xué)生可以直接用手機掃描設(shè)備上對應(yīng)的二維碼，得到相應(yīng)的信息。

教學(xué)資源和問題討論也可以形成類似的二維碼，根據(jù)課程需要，放在實驗臺面，方便學(xué)生在需要時及時得到相關(guān)信息。通過二維碼把手機和網(wǎng)站聯(lián)系起來。把知識點分布在實驗室各個場景點上，使學(xué)生在實驗過程中遇到問題馬上能夠得到指引，特別是在目前學(xué)生人數(shù)眾多的情況下，能極大減輕教師的輔導(dǎo)壓力，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得到極大提高，教學(xué)效果會有根本性的改善。

實驗室是理工科高校的基石，實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程能力創(chuàng)新能力的重要手段。我們應(yīng)該重視實踐，認(rèn)清實踐教學(xué)的本質(zhì)，如此學(xué)生方能學(xué)有所用。教學(xué)改革應(yīng)多從學(xué)生的角度考慮問題，切實幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率，這是教學(xué)改革的重要目的之一。綜上所述，根據(jù)現(xiàn)實狀況和實驗課程的特點，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，增強實驗場景將極大提高實驗教學(xué)效率。

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（編輯：魯利瑞）