電子技術類課程線上實驗教學模式探索

胡秋月 胡宗舉

摘 要：文章介紹了一種遠程“真”實驗管理平臺，提出了一種多維度線上實驗教學模式。該平臺解決了電子技術實驗時間和空間上的限制，彌補了虛擬仿真實驗欠缺“真實感”的問題，提高了教師實驗管理效率，同時為學員提供了更個性化的糾錯輔導和更科學的實驗效果評價。多維度的線上教學模式，靈活調整教學方法，更好地培養(yǎng)學員自主學習能力和提升學習興趣。

關鍵詞：電子技術;線上實驗;實驗管理

0 引言

電子技術類課程作為理工科類的專業(yè)背景課，分為理論和實驗兩個模塊，其中實驗模塊占1/3的比重，是電子技術類課程教學不可或缺的部分。很多電子技術實驗教學開始借助電腦、手機仿真軟件、線上仿真實踐平臺等開展線上實驗教學探索。實踐發(fā)現依托仿真軟件和平臺的實驗教學在理論驗證、仿真設計等環(huán)節(jié)展現出線下實驗無可比擬的優(yōu)勢，但是學員由于無法走進實驗室觸摸真實的儀器儀表和元器件，從而欠缺真實“做實驗”的感受[1]。為此，電子技術教員嘗試使用一種虛實結合的在線實驗平臺，實現遠程全“真”硬件實驗。

該實驗平臺同時具備較完善的遠程實驗管理系統(tǒng)，支持預習檢測，實驗過程數據采集、實驗評價等全過程管理。方便教員結合該實驗平臺和騰訊直播、微信、QQ等線上媒介，多維度實施線上實驗教學。

1 線上教學平臺

1.1 易星標實驗平臺

平臺以核心硬件為實體，學員可以在實驗室外具備網絡條件的任何地方，通過計算機遠程操控實驗平臺上的實物電路和測量儀表，實現如在現場操作一樣的電路元件調整效果和測量結果。后臺可采集實驗過程數據存入學員賬號，構建基于實踐過程的數據采集及評價體系。

1.1.1? ELF-BOX在線“真”實驗

ELF-BOX 提供智能硬件平臺，在此硬件平臺上插入電阻、電容、三極管等元器件，配套的軟件系統(tǒng)會在PC或者其他顯示終端自動識別元器件種類及相關參數;在軟件上進行電路連接后可以將命令發(fā)送到硬件平臺;硬件平臺實現現實電路自動連接。因為元器件為真實物理器件、測試儀器為真實臺式儀器、搭建的電路為真實連接關系，所以測試結果和現場測試結果是一樣的。還能通過攝像頭一鍵調用并觀測單元電路、示波器、信號源界面，增加線下實驗的現場真實感。

1.1.2? ELF-LAB遠程實驗管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有學員信息管理、實驗項目管理、預習檢測、過程管理、實驗評價等多個功能。教師可現場設置監(jiān)測點、靈活調整實驗內容、發(fā)布實驗任務、在線批改實驗報告等，學員可一鍵提取實驗數據、電路圖，并在模板上線上完成實驗報告，提交意見建議。

平臺對于實驗過程中每一步的操作時間都進行采集，提交次數、準確率可以在后臺根據提交的過程數據按一定的算法定時進行計算后更新。還能在海量學情大數據基礎上，通過挖掘和篩選，獲得滿足不同教學觀測視角所需的分析結果。該系統(tǒng)為教學質量改進提供大數據支撐和閉環(huán)管理系統(tǒng)。

1.2 騰訊會議

將原本的線下課堂教學形式轉變?yōu)榫€上教學，主要依托騰訊會議進行。通過線上視頻教學，完成實驗平臺使用方法、實驗儀器使用規(guī)范、實驗內容、實驗細節(jié)、注意事項等內容的講解，并進行操作演示、在線互動、集中答疑等教學活動。

2 線上實驗教學環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)實驗教學一般分為課前預習、課堂實踐和課后報告3個環(huán)節(jié)。本線上實驗的教學過程是一個閉環(huán)系統(tǒng)，主要流程如下：

2.1? 課前預習

學員要想能夠在課堂上較好的完成實驗，課前預習環(huán)節(jié)十分重要。該實驗平臺內置了電子技術基礎相關知識內容，學員可隨時隨地進行相關知識的學習。另外，傳統(tǒng)的教學模式是學員利用課余時間完成預習內容，由教師檢查預習完成情況，由于缺乏有效的引導和監(jiān)督，學員存在應付、抄襲等現象，影響了實驗教學效果[2]。該線上教學平臺內置強制預習機制，預習達標后試驗臺自動上電，否則不允許做實驗。教師可清楚監(jiān)控預習效果，把預習環(huán)節(jié)落到實處。

2.2? 線上教學

線上教學通過騰訊會議進行教學互動。教師課上講解實驗內容、操作演示，并與學員互動提問，增強學員課堂參與度，保證教學效果。通過學情分析、問卷調查等掌握學員實驗過程中的共性問題，進行集中答疑。引導學員進行優(yōu)秀實驗案例講解展示，培養(yǎng)學員綜合素質的同時，激發(fā)學員學習興趣。

2.3 實施實驗

學員進行入ELF-BOX系統(tǒng)后開始獨立完成實驗操作。實驗前先選擇實驗臺，遠程系統(tǒng)提供多個實驗臺，學員可以通過網絡遠程操控所選實驗臺上的實物電路和測量儀，進行元器件的選擇、電路的搭建、參數調試和測量數據。還可以通過攝像頭遠程觀測波形變化。實驗過程中，實時采集過程數據，現場給予學員錯誤提醒，改善了線下實驗教員無法個性輔導的問題[3-4]。

2.4 報告和評價

實驗操作結束后，學員可以在線編寫實驗報告。后臺不但能截取所搭建的實驗電路圖，還能一鍵提取全套測試儀器實驗數據，既節(jié)省了學員時間，又保證了實驗數據的真實性。教師進入平臺在線批閱實驗報告，查看學員實驗完成情況。傳統(tǒng)線下實驗教學難以監(jiān)控過程，往往只能以最終的實驗數據是否正確作為實驗學習效果的評價依據[5]。而該線上實驗系統(tǒng)，可以通過現場操作分數、系統(tǒng)自動診定分數等多個維度，科學客觀評定學員在實驗中的表現。

2.5 信息反饋

教師通過系統(tǒng)對大數據的分析與評估以及學員反饋的意見和建議，診斷教學設計存在的問題，不斷優(yōu)化實驗內容。學員可以根據系統(tǒng)推送的助學信息，了解自身的不足，較強學習，完成系統(tǒng)針對薄弱環(huán)節(jié)推送的附加學習內容。

3 線上實驗教學模式

運用騰訊視頻、微信、QQ等工具結合遠程實驗平臺，構建多維度線上實驗教學。通過QQ、微信等建立交流小組，隨時隨地互動交流;課上除了進行實驗內容講解外，還可根據學員實驗情況開展優(yōu)秀案例展示、集中答疑等教學活動;課下學員自主完成實驗，線上提交實驗報告，教師進行批閱和成績評定。

3.1 遠程“真”實驗

不同于虛擬仿真軟件，采用的是遠程“真實”的實驗系統(tǒng)，學員可以通過網絡遠程控制真實的器件、搭建真實的電路、控制真實的試驗儀器儀表，觀測到真實的儀表波形獲得真實“做實驗”的感受。

3.2 高實驗管理水平和工作效率

傳統(tǒng)的實驗主要依靠教師人力實施過程管理，效率低、效果差。實驗過程中教師要承擔整個班級的預習監(jiān)督、糾錯、輔導、安全管理、實驗數據審核、驗收等工作，整個過程教師常常感到心有余而力不足。該系統(tǒng)可自動進行預習檢測，實時采集實驗數據、現場給予學員錯誤提醒，在提供更有效的實驗管控的同時，減輕了教師的負擔。同時，系統(tǒng)提供課程管理、學員信息管理、線上報告、報告評閱、學情分析等一系列功能，囊括了幾乎所有的實驗教學環(huán)節(jié)，使得實驗教學管理更加高效。

3.3 大數據和閉環(huán)管理，提升教學質量

教學是相長的，學員和課程都需要持續(xù)改進。學員個體在學習中及時調整學習策略，才能提高學習效率;課程內容和教學方法要及時優(yōu)化，才能取得好的教學效果。傳統(tǒng)的實驗預習、實驗操作及提交報告都是單向、開環(huán)的過程。而該系統(tǒng)把教學設計、過程管理、效果分析與反饋等環(huán)節(jié)緊密關聯起來，形成自我完善機制。分析反饋主要通過在海量學情大數據的基礎上，挖掘篩選，自動將不同觀測視角的分析結果分別推送給學員和教員，實現數據獲取、分析及應用的閉環(huán)。

3.4 線上教學，提高學員興趣

線上教學提供了豐富的教學資源和便捷的交流平臺，使得師生之間、學員之間能夠隨時隨地互動討論和分享經驗，縮短了師生之間的距離，學員也表現出了更高的活力和交流意愿，在實驗中也有了更高的參與感，能更好地的助力理論知識的理解吸收。

4 ? 結語

本文利用易星標實驗實施和管理平臺，結合各種線上交流平臺，多維度實施線上實驗教學，讓學員在教師的引導下，自主學習、自主完成實驗，養(yǎng)成自主學習的習慣和能力。探索出了一條電子技術線上實驗的新途徑，不僅能夠讓學員體驗線下“真實”做實驗的感受，還能提供比下線實驗更高效的實驗管理，更個性化的糾錯輔導和更科學的實驗效果評價。

[參考文獻]

[1]陳蘭，譚克奇，楊曉紅，等.線上實驗教學的改革與研究[J].科技視界，2020（36）：15-16.

[2]張秀鴦.混合式教學模式在“模擬電子技術實驗”中的實踐與探索[J].教育教學論壇，2020（48）：228-230.

[3]楊琴.基于過程管理的高校實驗課程成績考評[J].唐山師范學院學報，2011（9）：146-149.

[4]袁炎成，呂念玲.工程教育實驗教學的科學設計與過程管理方案[J].實驗技術與管理，2019（1）：192-198.

[5]韓紹程，馬銀飛，高歡，等.形成性評價的模擬電子技術實驗教學研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2018（10）：179-183.

（編輯 何 琳）