線上線下結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式改革

李新國

(湖南第一師范學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長沙 410205)

0 引言

在“電路實(shí)驗(yàn)”課程開設(shè)過程中，線上線下結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式將熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)放在網(wǎng)絡(luò)上完成，將搭建實(shí)驗(yàn)電路、使用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、測取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)課堂、課余都可以查看網(wǎng)上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，線上線下能反復(fù)學(xué)習(xí)來完成某一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間與空間的靈活性、提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。我們通過實(shí)施建設(shè)“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)、自編電路實(shí)驗(yàn)測試程序、改革電路實(shí)驗(yàn)考核辦法等措施，形成了線上線下結(jié)合的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，取得了一定的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果。

1 建設(shè)“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)

1.1 “電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)

2017年8月,湖南第一師范學(xué)院“電路實(shí)驗(yàn)”課程在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站以獨(dú)立SPOC形式上線(https://www.icourse163.org/spoc/course/HDDYSF-1002836001)，該實(shí)驗(yàn)課程主要包括實(shí)驗(yàn)儀器儀表、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課件、實(shí)驗(yàn)操作視頻、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單元測試和實(shí)驗(yàn)問題討論等教學(xué)內(nèi)容。其中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目視頻錄制腳本全部由任課教師自主設(shè)計(jì)撰寫，實(shí)驗(yàn)操作視頻錄制由湖南向日葵軟件開發(fā)有限公司的專業(yè)人員完成?！半娐穼?shí)驗(yàn)”SPOC內(nèi)容共分為十六講，每一講內(nèi)容包括課件、視頻、測試題和討論區(qū)。第一講至第四講主要講授實(shí)驗(yàn)儀器儀表及其操作規(guī)則，第五講至第十六講主要講授十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作方法與操作過程。

線上線下結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)→實(shí)驗(yàn)操作→實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)三個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)：學(xué)生進(jìn)入電路實(shí)驗(yàn)室前，要求學(xué)生登錄中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站，觀看“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC的教學(xué)視頻與課件，了解實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度，熟悉實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備，完成網(wǎng)上測試，測試合格后再允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)：學(xué)生帶著線上實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)所得的知識(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，有目標(biāo)按要求完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)教師主要進(jìn)行答疑解惑，不必講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和進(jìn)行操作演示，減輕了實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)工作量。實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)：學(xué)生完成某實(shí)驗(yàn)后，可以返回中國大學(xué)MOOC上觀看“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC的相關(guān)教學(xué)視頻，將自己的實(shí)驗(yàn)過程線上線下反復(fù)進(jìn)行比較學(xué)習(xí)，在邊學(xué)邊做中提高實(shí)踐能力。“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)的建設(shè)為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

1.2 “電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)使用情況調(diào)查

“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)運(yùn)行兩年來成效怎樣？針對(duì)這一問題，我們組織了我校19電信1班和19通信1班共86名學(xué)生開展了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表1所示。從表1調(diào)查的數(shù)據(jù)可以看出：大部分學(xué)生認(rèn)為平臺(tái)對(duì)提高自己的動(dòng)手能力有幫助，并對(duì)制作的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件和教學(xué)視頻給予了良好評(píng)價(jià)；大部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)前后都喜歡看線上教學(xué)視頻，不喜歡看線上教學(xué)課件；學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前看線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的人數(shù)多于實(shí)驗(yàn)后的人數(shù)；學(xué)生都愿意參加線上實(shí)驗(yàn)測試，但測試時(shí)都感到實(shí)驗(yàn)測試題較難。

表1 “電路實(shí)驗(yàn)”SPOC平臺(tái)使用情況調(diào)查表

2 線上線下結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式

2.1 “電路實(shí)驗(yàn)”SPOC鑲嵌在電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中

我校有電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)三個(gè)工科專業(yè)開設(shè)電路實(shí)驗(yàn)課程，各專業(yè)對(duì)電路實(shí)驗(yàn)的要求不同，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)也不同。電子信息工程專業(yè)電路課程開設(shè)96課時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)18課時(shí)；通信工程專業(yè)電路課程開設(shè)64課時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)10課時(shí)；計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)電路課程開設(shè)54課時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)8課時(shí)?？紤]到不同專業(yè)有不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，為了不影響電路實(shí)驗(yàn)的完整性，我們將線上“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC嵌入到線下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。線上線下實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，保證了“電路實(shí)驗(yàn)”在不同專業(yè)中按不同要求可靠開設(shè)。線上線下結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)流程如圖1所示。電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目由三部分組成，第一個(gè)部分是實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，包含實(shí)驗(yàn)安全、實(shí)驗(yàn)規(guī)程和基本技能，這部分內(nèi)容要求電子信息類專業(yè)所有學(xué)生學(xué)習(xí)；第二部分為模塊實(shí)驗(yàn)，我們將“電路實(shí)驗(yàn)”中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)劃分為N個(gè)不同模塊，不同的專業(yè)選擇不同模塊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；第三部分為綜合實(shí)驗(yàn)，這部分實(shí)驗(yàn)是有一定難度的設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，我們提供了許多電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供不同專業(yè)選擇。由于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、模塊實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與要求都不相同，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過程也不相同。

圖1 “線上線下”結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)流程圖

2.2 實(shí)施線上線下結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式

1) 線上線下結(jié)合的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)包含實(shí)驗(yàn)安全、實(shí)驗(yàn)規(guī)程、基本技能三部分內(nèi)容，采用線上線下結(jié)合的教學(xué)流程，如圖2所示。這部分內(nèi)容安排在開學(xué)后四周內(nèi)的學(xué)生課余時(shí)間完成。第一周至第二周，學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室和登錄電路實(shí)驗(yàn)SPOC平臺(tái)，熟悉實(shí)驗(yàn)安全與實(shí)驗(yàn)規(guī)程的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)安全主要是實(shí)驗(yàn)室的用電安全知識(shí)和用電事故處理；實(shí)驗(yàn)規(guī)程主要是實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度和電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇。學(xué)生在這部分內(nèi)容的自學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)問題，可以進(jìn)入討論區(qū)在線討論，也可以進(jìn)入習(xí)題庫在線練習(xí)。通過線上線下學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)安全與實(shí)驗(yàn)規(guī)程的相關(guān)知識(shí)，最后完成網(wǎng)上測試。第三周至第四周，學(xué)生按相同方式完成實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練內(nèi)容，基本技能包括常用儀器儀表的結(jié)構(gòu)與使用、常用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(一般指實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)軟件等)的熟悉、基本操作方法的理解等內(nèi)容。在基本技能訓(xùn)練過程中，學(xué)生可以進(jìn)入討論區(qū)進(jìn)行討論，也可進(jìn)入習(xí)題庫練習(xí)，還可以在線實(shí)驗(yàn)觀摩，訓(xùn)練結(jié)束要求通過網(wǎng)上測試檢驗(yàn)。

圖2 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)部分教學(xué)流程圖

2) 線上線下結(jié)合的模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)

模塊實(shí)驗(yàn)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)，其教學(xué)流程圖如圖3所示。電路的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括常用電工電子儀器儀表的使用、直流電路常規(guī)物理量(電流、電壓、功率、能量)的測量、基爾霍夫定律、電路定理、交流電路常規(guī)物理量的測量等五個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；專業(yè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于不同的專業(yè)要求有所不同。如電子信息工程專業(yè)主要有RC電路響應(yīng)過程研究、諧振電路、三相交流電路參數(shù)測量、耦合電感電路測量、非正弦周期信號(hào)研究等五個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該部分實(shí)驗(yàn)與電路理論課程授課進(jìn)度同步進(jìn)行，一般安排在第五周到第十六周內(nèi)完成。學(xué)生首先登錄電路實(shí)驗(yàn)SPOC平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，網(wǎng)上測試合格后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，碰到問題再返回SPOC平臺(tái)進(jìn)行觀摩與討論，獲取解決實(shí)驗(yàn)問題的辦法，最后進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)檢查和線上遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

圖3 模塊實(shí)驗(yàn)部分教學(xué)流程圖

3) 線上線下結(jié)合的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)

綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要按不同專業(yè)的要求篩選出不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一般以設(shè)計(jì)與制作電子產(chǎn)品的形式呈現(xiàn)，其教學(xué)流程如圖4所示。對(duì)于電子信息工程專業(yè)來說，綜合實(shí)驗(yàn)主要包括電壓表電流表量程擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)、集成運(yùn)放組成的加法器設(shè)計(jì)、汽車自動(dòng)點(diǎn)火電路設(shè)計(jì)、示波器RC補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)、AM收音機(jī)選臺(tái)電路設(shè)計(jì)等。綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程與模塊實(shí)驗(yàn)有所不同，學(xué)生在電路實(shí)驗(yàn)SPOC平臺(tái)上只能了解實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)方法，沒有相關(guān)電路具體的設(shè)計(jì)方案，也沒有網(wǎng)上測試環(huán)節(jié)。要求學(xué)生完成電路設(shè)計(jì)與器件選擇、電路仿真與調(diào)試、產(chǎn)品焊接與制作等過程，最后得到所設(shè)計(jì)與制作的電子產(chǎn)品。學(xué)生在線上遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、線下遞交設(shè)計(jì)作品。綜合實(shí)驗(yàn)一般在第十七周到第十八周兩周內(nèi)完成。

圖4 綜合實(shí)驗(yàn)部分教學(xué)流程圖

3 線上線下結(jié)合的“電路實(shí)驗(yàn)”考核方法

3.1 自編電路實(shí)驗(yàn)測試程序

在“電路實(shí)驗(yàn)”SPOC內(nèi)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、模塊實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)都設(shè)有網(wǎng)上測試環(huán)節(jié)。這種線上測試是在沒有教師監(jiān)督的情況下進(jìn)行的，成績差的學(xué)生就會(huì)找成績好的學(xué)生幫助線上答題、或者抄襲成績好的學(xué)生的測試題答案。教師難以分辨學(xué)生是否認(rèn)真預(yù)習(xí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，線上測試的真實(shí)性存在置疑。為了解決這些問題，我們在實(shí)驗(yàn)課的課堂教學(xué)中，增加了隨堂測驗(yàn)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過手機(jī)或電腦登錄測試程序APP，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)(一般設(shè)置為5分鐘)完成測試題，并將測試成績計(jì)入實(shí)驗(yàn)成績。測試成績合格者繼續(xù)進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)，測試成績不合格者將返回電路實(shí)驗(yàn)SPOC平臺(tái)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求內(nèi)容。測試程序APP由任課教師聯(lián)合專業(yè)的軟件編程人員完成。測試內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)原理圖搭建的難點(diǎn)問題、實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法等。測試題目在題庫中隨機(jī)抽取，每個(gè)學(xué)生抽取的測試題不同，阻斷了學(xué)生互相抄襲答案的現(xiàn)象，保證了學(xué)生測試成績的真實(shí)性。為了驗(yàn)證自編電路實(shí)驗(yàn)測試程序APP的檢測效果，我們對(duì)我校19電信1班和19通信1班共86名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，其中有36名學(xué)生表示非常滿意、41名學(xué)生表示滿意、6名學(xué)生表示基本滿意、3名學(xué)生表示不滿意。由此可見，電路實(shí)驗(yàn)測試程序APP的使用得到了大部分學(xué)生的認(rèn)同。

3.2 線上線下結(jié)合的電路實(shí)驗(yàn)考核方法

實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)與理論課教學(xué)不同，不能通過閉卷或開卷考試的方式評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績，更不能單憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績，我們要考慮學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等多方面的因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一套比較有效的電路實(shí)驗(yàn)考核辦法，考核成績的組成如表2所示。考核成績=SPOC測試成績(20%)+APP測試成績(20%)+平時(shí)成績(50%)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(10%)

表2 電路實(shí)驗(yàn)考核成績組成表

其中SPOC測試成績主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)過程中，針對(duì)學(xué)生登錄電路實(shí)驗(yàn)SPOC平臺(tái)的簽到情況、回答問題情況、練習(xí)題完成情況、網(wǎng)上測試情況等內(nèi)容，由教師線上綜合評(píng)定的成績；APP程序測試成績主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課堂考核中，針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理圖搭建存在的問題、實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等內(nèi)容，學(xué)生使用APP程序測試得到的成績；平時(shí)成績主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的過程中，針對(duì)操作是否規(guī)范、儀器儀表選擇是否得當(dāng)、現(xiàn)象判斷是否準(zhǔn)確、是否有良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣等內(nèi)容，教師通過對(duì)學(xué)生的全面觀察得出的成績；實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否規(guī)范、數(shù)據(jù)處理是否準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)誤差的大小等內(nèi)容，教師通過線上批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告得出的成績。SPOC測試成績、APP程序測試成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績都是線上評(píng)定，只有平時(shí)成績是教師線下評(píng)定，因此，教師評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績的方法并不復(fù)雜，工作量也不是太大，主要是這種成績評(píng)定方法能充分考慮多種因素去客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果。

4 結(jié)語

“電路實(shí)驗(yàn)”是電子信息類專業(yè)學(xué)生提高動(dòng)手能力的入門實(shí)踐課程。通過線上線下結(jié)合的電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的嚴(yán)格訓(xùn)練，能引導(dǎo)學(xué)生形成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐能力，為學(xué)生以后專業(yè)對(duì)口就業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，我們必須高度重視“電路實(shí)驗(yàn)”課程模式的改革，設(shè)法將“電路實(shí)驗(yàn)”課程變?yōu)槊鋵?shí)的“金課”。