“項(xiàng)目導(dǎo)入式”在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與實(shí)踐

李娟 孫濤 李宏博 馬英瑞 許有軍

摘要：利用現(xiàn)代化教學(xué)手段全程在線開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)實(shí)踐類課程是史無前例的挑戰(zhàn)。以工程應(yīng)用為背景，開展“項(xiàng)目導(dǎo)入式”在線虛擬仿真教學(xué)，踐行OBE教育理念，將項(xiàng)目貫穿于教學(xué)過程始終，優(yōu)化重組教學(xué)內(nèi)容，從教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)、考核評(píng)價(jià)三個(gè)方面在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了“以教為主”到學(xué)生“以學(xué)為主”的轉(zhuǎn)變。實(shí)踐證明，學(xué)生的實(shí)踐操作、應(yīng)用技能和創(chuàng)新能力得到提高，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性成效顯著。

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目導(dǎo)入式;虛擬仿真實(shí)驗(yàn);OBE理念;主動(dòng)學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）09-0169-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research and Practice of Online Virtual Simulation Experimental Teaching in the Form of Project Leading

LI Juan， SUN Tao， LI Hong-bo， MA Ying-rui， XU You-jun

（College of Computer Science and Information Technology， Daqing Normal University， Daqing 163712， China）

Abstract： Utilizing modern teaching methods to carry out experimental teaching online throughout the entire process is an unprecedented challenge to practical courses. With engineering application as the background， carry out "project-Leading" online virtual simulation teaching， practice the OBE education concept， integrate projects throughout the teaching process， optimize and reorganize teaching content， and teach in three aspects： teaching mode， teaching design， and assessment Implementation in practice has realized the transition from "teaching-oriented" to "learning-oriented" of students. Practice has proved that students' practical operation， application skills and innovation ability have been improved， and the effect of stimulating students' learning enthusiasm is remarkable.

Key words： Project Leading; Virtual Simulation Experiment; OBE Concept; Active Learning

1 引言

傳統(tǒng)的實(shí)踐課堂教學(xué)過程是“先教后練”，一般按照“預(yù)習(xí)-授課講解-實(shí)操練習(xí)-總結(jié)報(bào)告-教師評(píng)分”五大環(huán)節(jié)組織教學(xué)，這種教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是知識(shí)體系具有系統(tǒng)性和完整性，缺點(diǎn)是學(xué)生實(shí)際操作時(shí)能力很弱，這種“填鴨式”學(xué)習(xí)方式，學(xué)生不能清晰地理順理論知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，就如同小朋友剛學(xué)認(rèn)字一樣，只識(shí)字不讀完整的篇章，是不能夠在語言環(huán)境中深入理解語言的正確表達(dá)的。利用現(xiàn)代化教學(xué)手段改進(jìn)實(shí)踐類課程的教學(xué)，引入“項(xiàng)目導(dǎo)入式”的教學(xué)設(shè)計(jì)開展“混合式”在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在教學(xué)過程中采用“先學(xué)后教”的教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生通過觀看在線教學(xué)視頻先看到項(xiàng)目功能演示，回溯知識(shí)點(diǎn)并完善知識(shí)體系，在通過在線直播課程進(jìn)行項(xiàng)目式訓(xùn)練，使學(xué)生到達(dá)知識(shí)要求和能力要求，掌握基本操作的步驟和要領(lǐng)，并完善過程性考核標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生從應(yīng)用性的項(xiàng)目中學(xué)習(xí)，有針對(duì)性地在工程訓(xùn)練中獲得實(shí)踐能力的提升。學(xué)生課前均能認(rèn)真主動(dòng)預(yù)習(xí)教學(xué)視頻，這種“項(xiàng)目導(dǎo)入”教學(xué)模式使學(xué)生變“被動(dòng)學(xué)習(xí)”為“主動(dòng)學(xué)習(xí)”教學(xué)互動(dòng)靈活，教學(xué)效果明顯提高。

2 “項(xiàng)目導(dǎo)入式”在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

2.1 教師活動(dòng)

教師的課前活動(dòng)流程如圖1所示。

教師的課中活動(dòng)流程如圖2所示。

2.2學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生的課前活動(dòng)流程如圖3所示。

學(xué)生的課中活動(dòng)流程如圖4所示。

課前準(zhǔn)備項(xiàng)目式教學(xué)視頻，教學(xué)內(nèi)容是按照課程知識(shí)體系設(shè)計(jì)針對(duì)性的項(xiàng)目案例，采用“項(xiàng)目導(dǎo)入式”方式講授知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生實(shí)操練習(xí)的部分用釘釘課堂直播方式補(bǔ)充，做好知識(shí)銜接，課后在QQ課程群中做實(shí)時(shí)在線答疑。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過釘釘會(huì)議直播形式驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)成果，要求學(xué)生錄制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作品的演示視頻，以視頻形式提交作業(yè)，學(xué)生主動(dòng)完成并展示成果。學(xué)生普遍感到實(shí)驗(yàn)有趣，當(dāng)展示出自己獨(dú)立完成的一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)作品時(shí)，都非常有成就感。

3 在線虛擬仿真教學(xué)活動(dòng)組織實(shí)施

3.1教學(xué)總目標(biāo)

以《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)為例，本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等計(jì)算機(jī)類專業(yè)的重要專業(yè)課程，并廣泛地開設(shè)在自動(dòng)化控制、電子信息工程、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)與應(yīng)用等專業(yè)群內(nèi)的專業(yè)中。課程總目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及外圍接口電路，掌握51單片機(jī)匯編指令功能和編程方法，利用Proteus虛擬仿真平臺(tái)開展在線仿真實(shí)驗(yàn)，將理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，以工程應(yīng)用為背景，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式開展教學(xué)，使學(xué)生具有單片機(jī)系統(tǒng)編程和設(shè)計(jì)的知識(shí)與技能，為大力開展學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)打基礎(chǔ)，未來對(duì)從事軟件開發(fā)工程師、硬件開發(fā)工程師和設(shè)計(jì)師等崗位做知識(shí)和技能的儲(chǔ)備。

3.2項(xiàng)目導(dǎo)入與教學(xué)單元鏈接體系設(shè)計(jì)

《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》課程創(chuàng)新性提出，以工程應(yīng)用項(xiàng)目為背景，借鑒SPOC教育“短課、互動(dòng)、分享”的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，實(shí)施“一課多樣”的教學(xué)方法，變灌輸式教學(xué)為項(xiàng)目問題式、啟發(fā)式、線上互動(dòng)式等教學(xué)方法。創(chuàng)設(shè)應(yīng)用場(chǎng)景，建立仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生通過Proteus仿真軟件完成作品的設(shè)計(jì)和開發(fā)，此種方法只需要學(xué)生自備一臺(tái)筆記本電腦，在教師指導(dǎo)下完成虛擬仿真環(huán)境的準(zhǔn)備，無其他硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求，方便課堂翻轉(zhuǎn)，學(xué)生自學(xué)并完成實(shí)操練習(xí)，教師在課后組織驗(yàn)收。通過“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”方式學(xué)習(xí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與理論教學(xué)相結(jié)合。本課程選取適合教學(xué)的十個(gè)典型項(xiàng)目導(dǎo)入案例，進(jìn)行項(xiàng)目案例與知識(shí)模塊對(duì)接，通過項(xiàng)目導(dǎo)入理論知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)鏈接體系設(shè)計(jì)如下表1所示。

學(xué)時(shí)有限的情況下完成十個(gè)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)任務(wù)量過大，所以實(shí)際教學(xué)中，僅將標(biāo)有“*”的項(xiàng)目布置給學(xué)生課堂上完成在線仿真實(shí)驗(yàn)，將標(biāo)有“**”的項(xiàng)目作為綜合性在線仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其他項(xiàng)目的知識(shí)模塊的理論內(nèi)容是必修內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)實(shí)操部分作為學(xué)生課外拓展訓(xùn)練項(xiàng)目，不做必修實(shí)驗(yàn)的要求。

4 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系

開展在線“混合式”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，能培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到知識(shí)目標(biāo)和技能目標(biāo)，為避免通過一張考卷來評(píng)價(jià)學(xué)生，突出學(xué)生能力素質(zhì)的培養(yǎng)，改變傳統(tǒng)考試考核方式為過程性考核為主，考核評(píng)價(jià)方式采用階段性評(píng)價(jià)、過程評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式。學(xué)習(xí)任務(wù)分而治之，將學(xué)習(xí)任務(wù)的考核劃分在不同學(xué)習(xí)的階段，通過對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作品完成考核，將注重考查學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。采用綜合性成績(jī)?cè)u(píng)定方式和多樣化的考試方式，多階段、多類別、多種成績(jī)?cè)u(píng)定方式;推行考、練結(jié)合，改變了傳統(tǒng)考核方式，將過程性考核貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，以考核學(xué)生綜合能力。

本課程的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)包含：觀看課程教學(xué)視頻、完成單元測(cè)試和作業(yè)、參與課程討論、完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)并參加期末考試?？偝煽?jī)由三部分構(gòu)成：

（1）單元測(cè)驗(yàn)、討論和作業(yè)，占課程成績(jī)的30%。

（2）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目綜合設(shè)計(jì)，占課程成績(jī)的20%。

（3）課程期末階段，學(xué)生參加課程的終結(jié)性考試，占課程成績(jī)的50%。

5 網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)和存在的問題

5.1 加強(qiáng)課程建設(shè)，優(yōu)化課程資源

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源建設(shè)，充分利用校內(nèi)外的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，充分利用超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在答疑討論、課程問卷、知識(shí)單元專項(xiàng)測(cè)試、課程作業(yè)及研究性教學(xué)等方面充分發(fā)揮平臺(tái)的作用。利用學(xué)習(xí)通云盤等免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源上傳/下載大文件。在學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，提供課程的教學(xué)大綱、教材電子版、教學(xué)視頻、PPT課件、教案、教學(xué)設(shè)計(jì)、隨堂練習(xí)、章節(jié)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收任務(wù)點(diǎn)、作業(yè)任務(wù)點(diǎn)、項(xiàng)目綜合設(shè)計(jì)任務(wù)點(diǎn)等資源;共享本課程優(yōu)質(zhì)資源鏈接;提供本課程的答疑討論;提供本課程最新的思想觀點(diǎn)、技術(shù)及方法，最新的企業(yè)需求及就業(yè)信息;展示往屆學(xué)生優(yōu)秀虛擬仿真作品;提供在線測(cè)試;提供學(xué)生評(píng)價(jià)考核標(biāo)準(zhǔn)等。

自編教材是以虛擬仿真項(xiàng)目案例為教學(xué)主線，強(qiáng)化應(yīng)用能力訓(xùn)練;每周提前發(fā)布本周學(xué)習(xí)通知，布置學(xué)習(xí)任務(wù)，提供應(yīng)知應(yīng)會(huì)、重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)專項(xiàng)章節(jié)練習(xí);實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收任務(wù)點(diǎn)，讓學(xué)生上傳實(shí)驗(yàn)成果展示視頻;作業(yè)任務(wù)點(diǎn)，上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告;討論區(qū)對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)問題剖析和討論;項(xiàng)目綜合設(shè)計(jì)任務(wù)點(diǎn)，在學(xué)生完成后做視頻成果展示;期末大綜合試卷用于在線考試，具有知識(shí)覆蓋面廣，題型豐富、題量大的特點(diǎn)，客觀題和主觀題各占50%。

選擇適當(dāng)?shù)卦诰€教學(xué)組織方式，開展全新的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過師生在線教學(xué)互動(dòng)和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在線驗(yàn)收和細(xì)化考核體系，實(shí)現(xiàn)了教師“以教為主”到學(xué)生“以學(xué)為主”的轉(zhuǎn)變。實(shí)踐證明，這種教學(xué)模式有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生探究，透過項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考和分析并解決問題;將知識(shí)點(diǎn)巧妙的鏈接在一起，進(jìn)而再剖析知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)講解，最后將知識(shí)點(diǎn)放在實(shí)際的項(xiàng)目環(huán)境中，讓學(xué)生能夠舉一反三加深理解和熟練運(yùn)用。

5.2在線課程存在的現(xiàn)實(shí)問題

全程在線開展虛擬仿真教學(xué)也存在很多現(xiàn)實(shí)問題，比如少數(shù)學(xué)生沒有電腦，無法真正完成實(shí)操練習(xí)只能用手寫學(xué)習(xí)筆記的方式替代;學(xué)生感覺任務(wù)點(diǎn)多，學(xué)習(xí)壓力大;教師批改作業(yè)量大，工作任務(wù)繁重;學(xué)生實(shí)操過程遇到的問題多，老師通過一對(duì)一的答疑效率低，共性問題分享到討論區(qū)，但是學(xué)生不能實(shí)時(shí)瀏覽率不能及時(shí)得到問題反饋;實(shí)操練習(xí)打卡依然不能有效監(jiān)督學(xué)生實(shí)操練習(xí)的過程等等。通過不斷努力和持續(xù)改進(jìn)，在教學(xué)實(shí)踐中，以期達(dá)到一個(gè)更理想的教學(xué)效果。

6 結(jié)論

結(jié)合CDIO工程教育理念，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”為載體，這種在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是全方位、立體化培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和實(shí)踐，符合高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董林芳.基于仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式[J].計(jì)算機(jī)教育，2014（20）：97-100，104.

[2] 王慧，白紅英，馬麗.高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與改革研究[J].中國(guó)管理信息化，2019，22（7）：216-218.

[3] 莫家慶.基于虛擬仿真平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)核心課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究[J].信息技術(shù)與信息化，2019（4）：94-96.

[4] 呂青普，王朕.網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2020（7）：73-74.

【通聯(lián)編輯：王力】