基于超星學(xué)習(xí)通、QQ群、虛擬仿真平臺開展實驗教學(xué)的實踐與思考

李結(jié)松　張俊飛　周麗芬　陽范文　章喜明

[摘 要]新冠肺炎疫情肆虐，在線教學(xué)成為保證“停課不停教、停課不停學(xué)”的主要教學(xué)手段。作者通過超星學(xué)習(xí)通平臺實施網(wǎng)上理論視頻教學(xué)，借助虛擬仿真平臺進(jìn)行實驗教學(xué)，通過QQ群進(jìn)行遠(yuǎn)程輔導(dǎo)、溝通以及討論互動，較好地完成了課程教學(xué)任務(wù)，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]超星學(xué)習(xí)通;QQ群;虛擬仿真平臺;在線教學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）03-0005-03

因防控新冠肺炎疫情需要，學(xué)校延期開學(xué)，教育部適時頒發(fā)了“停課不停學(xué)”的通知，在線教學(xué)成為保證“停課不停學(xué)”的主要教學(xué)方式。在日益發(fā)展的信息技術(shù)推動下，學(xué)校的教育理念、教學(xué)對象、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)過程、媒介手段等諸多方面都發(fā)生著巨大變革[1]。筆者通過超星學(xué)習(xí)通平臺實施網(wǎng)上理論視頻教學(xué)，借助虛擬仿真平臺進(jìn)行實驗教學(xué)，通過QQ群進(jìn)行遠(yuǎn)程輔導(dǎo)、溝通以及討論互動，較好地完成了課程教學(xué)任務(wù)，取得了良好的教學(xué)效果。

一、課程基本情況

醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生了解一些工科知識，對于拓寬知識視野、了解醫(yī)用設(shè)備原理、強化醫(yī)工結(jié)合、提高動手能力是十分有益的。本課程“Arduino軟件編程與硬件實現(xiàn)”就是為醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生設(shè)置的單片機自動控制的入門課程。該課程具有以下幾個主要特點。

（一）注重理論聯(lián)系實際

考慮到學(xué)生沒有工科知識基礎(chǔ)，筆者在開展實驗教學(xué)之前，先通過超星學(xué)習(xí)通平臺實施網(wǎng)上理論視頻教學(xué)，通俗易懂地講解實驗中涉及的理論背景知識，讓理論學(xué)習(xí)既不枯燥又對實驗具有指導(dǎo)作用。

（二）案例講解注重與醫(yī)學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

非工科學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的主要目的在于應(yīng)用，因此筆者在講解實踐案例時大都引用與醫(yī)學(xué)相關(guān)的應(yīng)用，如體溫檢測、超聲測量、心率測量等。

（三）充分挖掘和利用國家級虛擬仿真平臺資源

課程實驗教學(xué)原本是實物實驗，在因疫情無法進(jìn)入實驗室的情況下，筆者發(fā)揮生物醫(yī)學(xué)工程實驗中心依托基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院構(gòu)建的虛擬仿真平臺資源優(yōu)勢，通過線上虛擬仿真實驗來開展實驗教學(xué)。

（四）開源的Arduino平臺入門容易、上手快

該開發(fā)平臺有很強的易用性和擴展性。學(xué)生不需要掌握復(fù)雜的編程語言，只需了解基礎(chǔ)的電路知識和一些開源庫的用法，即可進(jìn)行電子線路控制與設(shè)計制作。

二、課程在線實驗教學(xué)方案

（一）教學(xué)目標(biāo)

了解單片機控制的基本原理，能夠掌握程序編制的基本框架;熟練對Arduino開發(fā)板的輸入輸出端口進(jìn)行控制和訪問;了解常見傳感器的基本原理，熟悉虛擬仿真平臺的使用方法，能夠運用傳感器完成相關(guān)工程項目設(shè)計。

（二）教學(xué)內(nèi)容

該課程僅有36學(xué)時，因此在教學(xué)內(nèi)容的組織上要突出核心概念和方法，緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)，精選完成工程項目所必需的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。在實驗教學(xué)內(nèi)容上，要選擇能夠在虛擬仿真平臺上運行的案例，這樣才能便于在線組織實施實驗教學(xué)。通過反復(fù)篩選，筆者最后確定包括硬件環(huán)境介紹、軟件環(huán)境介紹、串口使用、鍵盤輸入控制、數(shù)碼管及液晶顯示控制、常見傳感器使用、實時時鐘使用等核心內(nèi)容。這些內(nèi)容分為12個章節(jié)。其中前10個章節(jié)為線上教學(xué)內(nèi)容，每個章節(jié)由1個學(xué)時理論課、2個學(xué)時實踐課組成;后2個章節(jié)為線下教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生分組完成綜合實驗，提交實驗報告，并走上講臺匯報工程項目完成情況。

（三）教學(xué)實施

因疫情期間無法開展線下實驗教學(xué)，考慮到全國各級各類學(xué)校都在開展“停課不停學(xué)”在線教學(xué)活動，超星學(xué)習(xí)通平臺要承載巨大的網(wǎng)絡(luò)訪問流量，我們將教學(xué)過程分為以下幾個部分，教學(xué)方案實施框圖如圖1所示。

一是依托超星學(xué)習(xí)通平臺開展理論教學(xué)。為了避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵，本課程的理論教學(xué)部分沒有采取直播形式，而是通過錄屏軟件提前做好理論教學(xué)視頻、案例實踐教學(xué)視頻并上傳至學(xué)習(xí)通平臺，由學(xué)生自由選擇課余時間觀看。學(xué)習(xí)通平臺的最大優(yōu)勢在于學(xué)情的信息豐富、透明度高，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度一目了然，便于對教學(xué)進(jìn)行督導(dǎo)管理。

二是依托國家級虛擬仿真平臺開展實驗教學(xué)。實驗教學(xué)部分借助國家級虛擬仿真實驗中心即基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院虛擬仿真中心的生物醫(yī)學(xué)工程Proteus仿真子平臺進(jìn)行。學(xué)生完成每個章節(jié)的理論學(xué)習(xí)后，需在虛擬仿真平臺上完成2個工程項目作業(yè)。學(xué)生完成工程項目后，再通過學(xué)習(xí)通將工程文件以及工程運行的結(jié)果進(jìn)行提交，教師批改作業(yè)后將批改結(jié)果反饋給學(xué)生。

三是利用騰訊QQ群平臺進(jìn)行互動答疑。QQ即時通信工具在國內(nèi)使用非常廣泛，它的最大優(yōu)勢在于交流實時性好，學(xué)生如有疑問可以及時交流。QQ的語音功能、視頻功能等功能都有助于學(xué)生及時解決學(xué)習(xí)難點、疑問。此外，使用QQ新增的屏幕分享功能也使教學(xué)演示和直觀交流十分方便。

（四）考核要求

本課程是實驗課，筆者在設(shè)計本課程的考核環(huán)節(jié)時，主要是讓學(xué)生自主設(shè)計完成1個綜合性實驗項目，要求其綜合度需包含3個以上的章節(jié)內(nèi)容。本課程考核成績構(gòu)成中，理論學(xué)習(xí)占40%、平時作業(yè)占30%、綜合實驗占30%。

三、課程在線實驗教學(xué)實施案例

下面以第五章“數(shù)碼管”為例介紹本課程的在線實驗教學(xué)方案是如何實施的。

（一）制作并上傳教學(xué)視頻到超星學(xué)習(xí)通平臺

首先通過EV錄屏軟件，將教師通過PPT講解的理論課進(jìn)行錄屏，講解內(nèi)容除了數(shù)碼管分類、顯示原理、應(yīng)用場景，還有數(shù)碼管常見驅(qū)動方式及其實現(xiàn)機制。理論課講解完畢后，接著登錄上述生物醫(yī)學(xué)工程Proteus仿真子平臺，錄制實操案例，演示如何建立工程文件，如何驅(qū)動一位數(shù)碼管和四位數(shù)碼管。視頻錄制完成后，如有必要可進(jìn)行適當(dāng)編輯，然后將編輯好的視頻上傳至超星學(xué)習(xí)通平臺。

（二）在超星學(xué)習(xí)通平臺布置工程作業(yè)

讓學(xué)生在虛擬仿真平臺上完成2個工程作業(yè)，1個是使用一位數(shù)碼管顯示可變電阻器的位置，還有1個是用四位數(shù)碼管顯示0至9999之間的計數(shù)。學(xué)生完成作業(yè)后，將實驗結(jié)果和工程源文件上傳至超星學(xué)習(xí)通平臺，由教師批改反饋。

（三）在QQ群里答疑互動

教師要能夠及時回答學(xué)生的提問，幫助他們解決實驗中遇到的各類問題。教師對于具有共性的問題，及時引導(dǎo)學(xué)生解決問題，在公告欄里統(tǒng)一公布解決方案;對于不便用文字說明的操作，可以錄制視頻并上傳至QQ群，讓學(xué)生自行下載學(xué)習(xí);對于個別疑難問題，通過QQ的遠(yuǎn)程協(xié)作功能，登錄學(xué)生的主機，觀看并指導(dǎo)學(xué)生操作。教師幫助學(xué)生解決問題后，要求學(xué)生總結(jié)問題的解決思路，并在QQ群里分享學(xué)習(xí)心得，給遇到類似問題的同學(xué)提供幫助。教師除了解答學(xué)生的問題，還鼓勵學(xué)生自己上網(wǎng)查找解決方案;同時鼓勵學(xué)得比較快、比較好的學(xué)生協(xié)助解惑，并分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗，營造團(tuán)結(jié)協(xié)作、教學(xué)相長的學(xué)習(xí)氛圍。

（四）運用超星學(xué)習(xí)通平臺的教學(xué)預(yù)警功能進(jìn)行督導(dǎo)

將視頻學(xué)習(xí)或者工程作業(yè)完成進(jìn)度慢的學(xué)生篩選出來，然后發(fā)送信息進(jìn)行提醒，如圖2所示。本文的圖2、圖3、圖4原來均為電腦截圖，圖中的所有文字都為重錄，以使其清晰可見。

四、課程在線實驗教學(xué)實施效果

（一）線上視頻觀看率高

本課程為公共選修課程，已經(jīng)開設(shè)過2個學(xué)期，平均到課率大約為75%。改為在線教學(xué)后，從開展教學(xué)的章節(jié)來看，學(xué)生完成觀看第一、第二章視頻的比例為100%，后面的章節(jié)觀看率也超過90%，平均比例達(dá)到94%，超過之前實際到課率19個百分點。圖3呈現(xiàn)的是學(xué)生在線完成視頻觀看的相關(guān)統(tǒng)計情況。

（二）線下互動率高

在線教學(xué)打破了時空界限，學(xué)生只要在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題就可隨時在QQ群里提問。在不到3周的時間里，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間在QQ群里的互動信息達(dá)上千條。即便教師有時不在線，學(xué)生也會在群里討論，提出自己的見解和方案。

（三）學(xué)生對課程教學(xué)的評價好

開展線下教學(xué)學(xué)生對課程的評價約為4分，開展在線教學(xué)學(xué)生對課程的評價約為4.8分，有較大幅度的提升。許多學(xué)生這樣評價：這門課程很有趣，能夠?qū)W到新知識、新技術(shù);完成工程項目后有成就感;教師責(zé)任心強。部分有代表性的學(xué)生評價如圖4所示。

五、對在線實驗教學(xué)的思考

此次疫情給正常的教學(xué)秩序帶來了嚴(yán)重的困擾，但是很多事情都有兩面性，在危機中我們也會有意外的收獲，那就是公共網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上將會涌現(xiàn)一批優(yōu)質(zhì)的在線課程，未來的在線教育將會得到快速發(fā)展，一批“水課”將會逐漸被取代。關(guān)于在線實驗教學(xué)問題，筆者做了以下幾點思考。

（一）在線實驗教學(xué)對教師的專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求和更大的挑戰(zhàn)

授課教師需要有扎實的專業(yè)功底和良好的敬業(yè)精神，有很強的信息技術(shù)運用能力和實驗操作能力，能夠?qū)W(xué)生提出的問題加以迅速解決。

（二）在線實驗教學(xué)效果的好壞與教師在督導(dǎo)、答疑方面所付出的時間精力有著直接的關(guān)系

筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，每次給學(xué)生發(fā)送督導(dǎo)信息后，課程的訪問量都有較大幅度的提升。QQ群的運用，要求教師能隨時在線答疑互動，這對于提升在線實驗教學(xué)效果有很大的幫助。

（三）要做好線下實驗教學(xué)與在線實驗教學(xué)的銜接

在線學(xué)習(xí)因?qū)W生學(xué)習(xí)條件、自主學(xué)習(xí)能力等方面的原因，學(xué)習(xí)效果會有差別[2]。因此，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)情分析，及時做好線下實驗教學(xué)與在線實驗教學(xué)的無縫銜接，努力提高實驗課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。為避免以在線實驗教學(xué)完全代替線下實驗教學(xué)，恢復(fù)課堂教學(xué)后，需要精準(zhǔn)分析學(xué)情，并且有針對性地調(diào)整課程教學(xué)計劃。特別是對于在線實驗教學(xué)存在問題較多的章節(jié)，可通過補課、答疑和輔導(dǎo)等形式進(jìn)行有效彌補。而對于綜合性與設(shè)計性的實驗項目，應(yīng)遵循“虛實結(jié)合”“能實不虛”的原則開展實驗教學(xué)[3]，即讓學(xué)生在完成線上實驗的基礎(chǔ)上通過相應(yīng)的線下實驗鞏固提高實驗學(xué)習(xí)效果。

六、結(jié)語

在線教學(xué)拓展了教學(xué)時空，促使教與學(xué)的方式發(fā)生了重大變化，高校教育改革進(jìn)程中的教學(xué)管理模式也隨之發(fā)生全方位改變[4]。這對于現(xiàn)行高等教育來說，既是機遇又是挑戰(zhàn)。教師應(yīng)順應(yīng)時代潮流，積極迎接挑戰(zhàn)，努力將在線課程建設(shè)融入教學(xué)改革之中，對在線課程建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和全程把關(guān)，推動其教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 羅晨，劉勇，權(quán)冀川，等.基于在線教學(xué)案例的啟發(fā)式教學(xué)模式研究[J].計算機工程與科學(xué)，2014（S2）：64-67.

[2] 沒有必要普遍要求教師錄播課程：教育部有關(guān)負(fù)責(zé)人就“停課不停學(xué)”有關(guān)問題答記者問[EB/OL].（2020-02-12）[2020-08-11].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s5147/202002/t20200212_420249.html.

[3] 章喜明，李錦新，朱曉琴，等.基于虛實結(jié)合的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺構(gòu)建與應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2019（10）：273-276.

[4] 胡志遠(yuǎn)，沈祁萌，鄂東，等.基于在線學(xué)習(xí)的高等教育改革創(chuàng)新與內(nèi)涵發(fā)展初探[J].大學(xué)教育，2018（10）：224-226.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]