基于“雨課堂+Multisim”的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)研究

摘要：“雨課堂+ Multisim”是新型的智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。本文以數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課為例，探討了“雨課堂+Multisim”作為一種線上線下結(jié)合非常緊密的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)的改進(jìn)和影響。文章的結(jié)論是，經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)驗(yàn)改革，學(xué)生的動(dòng)手能力、工程意識(shí)和創(chuàng)新型思維得到了明顯的提高，特別是在特殊情況下能實(shí)現(xiàn)線上線下實(shí)驗(yàn)課的無(wú)縫對(duì)接，是一個(gè)值得繼續(xù)堅(jiān)持和努力的方向。

關(guān)鍵詞：Multisim;雨課堂;實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

一、引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，信息時(shí)代已經(jīng)全面到來(lái)，傳統(tǒng)的教育形式已經(jīng)不能滿足人們的需求，網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)這樣的方式能夠更加方便用戶，可以隨時(shí)隨地地完成在線交流與學(xué)習(xí)。雨課堂是由清華大學(xué)和清華網(wǎng)絡(luò)教育品牌學(xué)校聯(lián)合推出的智能教學(xué)工具。它旨在連接教師和學(xué)生的智能終端，給課前、課中和課后的每個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)新的體驗(yàn)，從而最大限度地釋放教與學(xué)的能量，促進(jìn)教學(xué)改革。雨課堂通過(guò)將各種復(fù)雜的技術(shù)，與PowerPoint和微信相互融合，將課堂教學(xué)和課外預(yù)習(xí)更好的連接在一起，讓師生之間的互動(dòng)永遠(yuǎn)不會(huì)離線。Multisim軟件在解決線下實(shí)驗(yàn)條件不具備、實(shí)際運(yùn)行困難、高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等問(wèn)題占很大優(yōu)勢(shì)。而雨課堂與Multisim軟件的結(jié)合推動(dòng)了混合式教學(xué)，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，最主要的是還能解決由于特殊情況無(wú)法線下授課的問(wèn)題。

二、“雨課堂+ Multisim”的教學(xué)實(shí)施

模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的電路原理圖是既抽象又復(fù)雜的，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作是鞏固和加深理論知識(shí)的重要途徑。因此這兩門課程中的實(shí)驗(yàn)部分就成為學(xué)生理論學(xué)習(xí)成果的重要鞏固過(guò)程。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生往往基于教師指定的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。但由于模擬電路和數(shù)字電路的抽象性、復(fù)雜性和靈活性，僅僅依據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書學(xué)生很難對(duì)實(shí)驗(yàn)原理圖的構(gòu)造及設(shè)計(jì)原理有較深入的了解，他們會(huì)覺(jué)得枯燥，不感興趣，預(yù)習(xí)的積極性很低。此外，由于實(shí)驗(yàn)室空間、實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量以及課堂教學(xué)時(shí)間有限等客觀因素的影響，實(shí)驗(yàn)課堂上很難兼顧到使每位同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全掌握。這種情況久而久之就會(huì)造成學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)原理和思路一知半解，實(shí)驗(yàn)時(shí)只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的操作步驟照抄照搬，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不會(huì)分析，不知道為什么是這樣或那樣的結(jié)果。而且出現(xiàn)故障也無(wú)從下手，不會(huì)解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果，同時(shí)還極大挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

圖1? ? 學(xué)生預(yù)習(xí)情況

基于“雨課堂+ Multisim”的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式與現(xiàn)代的線上教學(xué)模式相結(jié)合，是線上線下相結(jié)合的新型教學(xué)模式。其中，實(shí)驗(yàn)課程的課堂內(nèi)教學(xué)主要集中在線下，上課時(shí)間教師在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告，并通過(guò)提問(wèn)等方式檢查預(yù)習(xí)情況。然后講解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)并指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作完成情況以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否合理，合格后簽字，學(xué)生方可離開實(shí)驗(yàn)室。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目完成后，學(xué)生都要手寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師批閱紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。線上部分是由“雨課堂+Multisim”虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成的，在這種方式下，教師在上課前一個(gè)星期左右把實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)相關(guān)資料推送到雨課堂，并在雨課堂發(fā)布預(yù)習(xí)公告，要求學(xué)生按照要求預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以實(shí)時(shí)接收實(shí)驗(yàn)資料，提前預(yù)習(xí)，通過(guò)這種方式還能實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)資料里有教師事先用Multisim軟件搭建好的示范電路，仿真電路里只要能用到實(shí)驗(yàn)箱里相應(yīng)模塊的部分，都要給出相應(yīng)的對(duì)照?qǐng)D，并對(duì)仿真圖里與實(shí)驗(yàn)箱里對(duì)應(yīng)的部分一一進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)這樣的方式，即使學(xué)生還沒(méi)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室就已經(jīng)預(yù)先了解了實(shí)驗(yàn)箱里的構(gòu)造和各個(gè)模塊的作用，雖然使用的是仿真，但是感覺(jué)像在實(shí)驗(yàn)室里操作一樣。學(xué)有余力的學(xué)生還可以對(duì)自己的一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提前進(jìn)行驗(yàn)證，這些都極大節(jié)省了線下課堂上的時(shí)間，使學(xué)生的有效學(xué)習(xí)和實(shí)踐時(shí)間大大加長(zhǎng)，極大促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果提升。另外，如遇特殊的客觀情況，“雨課堂+Multisim”這種虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還能實(shí)現(xiàn)線下與線上的無(wú)縫對(duì)接，真正做到實(shí)驗(yàn)課的停課不停學(xué)。針對(duì)以上兩種情況，具體實(shí)施方案如下：

（一）完全采用線上形式

由于客觀原因，完全采用線上形式授課已經(jīng)進(jìn)行了兩輪了。這種授課方式是采用“雨課堂+Multisim”實(shí)現(xiàn)的。上課前一周左右，教師把實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和帶有仿真示范的實(shí)驗(yàn)材料上傳到平臺(tái)，上傳到平臺(tái)上的信息示例如圖2所示。

上傳后，學(xué)生通過(guò)手機(jī)微信中的雨課堂收到提示，可以查看或下載平臺(tái)中的資料，事先做好預(yù)習(xí)。課中，老師可以用騰訊會(huì)議共享桌面的形式講解ppt，并根據(jù)情況演示仿真操作，需要學(xué)生自己操作完成的時(shí)間就讓學(xué)生開啟攝像頭，在老師的監(jiān)控下做實(shí)驗(yàn)，而且會(huì)通過(guò)雨課堂隨機(jī)點(diǎn)名的方式實(shí)時(shí)檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的進(jìn)度，這種方式可以隨時(shí)關(guān)注學(xué)情，讓學(xué)生即使不在老師的面前，也勝似在老師的面前做實(shí)驗(yàn)一樣，教學(xué)效果良好。

課后，教師將事先整理好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求發(fā)布到雨課堂，實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟等，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟里，每一個(gè)小內(nèi)容都有具體的要求，比如要求提交設(shè)計(jì)原理圖、仿真圖（帶有仿真測(cè)試結(jié)果的圖或示波器波形圖）、帶有已填寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)測(cè)試表、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等內(nèi)容。這種提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式雖然學(xué)生提交的時(shí)候是分項(xiàng)提交，但是教師批閱完后，可以下載整個(gè)報(bào)告。最主要的是，通過(guò)這樣細(xì)致的劃分，使學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)候不認(rèn)真不細(xì)心都不行，稍有疏忽，就會(huì)丟項(xiàng)丟分，這種方式從而培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，教師通過(guò)雨課堂中的實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生提交作業(yè)的情況，學(xué)生完成作業(yè)情況如圖3所示。

圖2? ? 上傳信息示例

只要學(xué)生提交了實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師就可以隨時(shí)批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告的示例如圖4所示。在這個(gè)平臺(tái)中，每個(gè)上傳成功的學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告都會(huì)得到永久保存，類似于無(wú)紙化辦公，更加高效安全，極大地提高了教師的工作效率和實(shí)驗(yàn)管理水平。這種方案特別適合如果遇到特殊時(shí)期而無(wú)法線下授課的情況，“雨課堂+Multisim”這種虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上與線下的無(wú)縫對(duì)接，真正做到實(shí)驗(yàn)課的停課不停學(xué)。

（二）采用線下線上混合形式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的線下部分是由學(xué)生和教師在實(shí)驗(yàn)室完成的，在上課時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)雨課堂中事先上傳的實(shí)驗(yàn)材料和發(fā)布的實(shí)驗(yàn)要求，利用實(shí)驗(yàn)箱里的實(shí)驗(yàn)功能底板和實(shí)驗(yàn)?zāi)K搭建實(shí)驗(yàn)電路，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。上課時(shí)間教師在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告，并通過(guò)提問(wèn)等方式檢查預(yù)習(xí)情況。然后講解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)并指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作完成情況以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否合理，合格后簽字，學(xué)生方可離開實(shí)驗(yàn)室。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目完成后，學(xué)生都要手寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師批閱紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的線上部分是利用“雨課堂+Multisim”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生把“實(shí)驗(yàn)室”帶回宿舍。在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目上課前一周左右，教師把實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資料上傳到雨課堂平臺(tái)，其中，資料可以是帶有仿真示范的課件，也可以是操作示范視頻，學(xué)生收到信息提示后，可以進(jìn)入平臺(tái)查看或下載資料，更值得一提的是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室之外的環(huán)境下可以很方便地自主預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，這樣，可以達(dá)到在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前就先了解了實(shí)驗(yàn)中需要用到的所有元器件的結(jié)構(gòu)和用法，經(jīng)過(guò)事先的搭接電路和仿真測(cè)試，真正達(dá)到預(yù)習(xí)的效果，特別是最終能讓學(xué)生能隨時(shí)隨地根據(jù)自己的想法進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，既提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣，也激發(fā)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和熱情。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前，基于“雨課堂+Multisim”模式的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革已進(jìn)行近兩年，引入“雨課堂+Multisim”平臺(tái)后，提高了學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)理論知識(shí)的鞏固并加深了理解，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣。

總的來(lái)說(shuō)，“雨課堂+Multisim”這個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，既符合了教學(xué)要求的前沿性、時(shí)代性，又解決了由于特殊原因無(wú)法線下授課的情況，是一個(gè)值得繼續(xù)堅(jiān)持和努力的方向，實(shí)踐表明，該技術(shù)值得在更多的課程中推廣應(yīng)用。

作者單位：趙祥敏? ? 牡丹江師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]朱桂萍，王帥國(guó)，宮晨等.電路原理智慧實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐——以清華大學(xué)“電路原理”實(shí)驗(yàn)課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，（10）：107-112.

[2]張翠，周茂杰，楊志清.混合式教學(xué)在《模擬電子技術(shù)》課程中的應(yīng)用與研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2018（34）：48-51.

[3]王帥國(guó).雨課堂：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學(xué)工具[J].現(xiàn)代教育技術(shù)， 2017，（5）：26-32.

[4]劉琨.基于雨課堂的數(shù)字電子技術(shù)精品共享課程建設(shè)探索[J].智庫(kù)時(shí)代 ，2018（51）： 230-231.