一流課程模擬電子技術(shù)的建設(shè)與實踐

蘇士美，樊好義

（鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450001）

一、背景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)教育給傳統(tǒng)教育行業(yè)帶來極大影響，大規(guī)模在線開放課程MOOC（Massive Open Online Courses，中文簡稱“慕課”）的發(fā)展是21 世紀(jì)最顯著的變革。MOOC 是一種新的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式，2008 年由加拿大學(xué)者戴夫·科米爾和布萊恩·亞歷山大提出，這一教學(xué)模式2013 年在我國開始啟動并迅速得到發(fā)展。至此，線上MOOC 學(xué)習(xí)進(jìn)入人們的視野，它改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生只能從書本、課堂獲取知識的方式，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)在時間和空間上都有了更大的自由度?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)和資源也促使教師對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行變革。但慕課的低完成率及高流失率均對慕課的可持續(xù)發(fā)展提出了挑戰(zhàn)，無論是國內(nèi)還是國外，均把基于慕課資源的混合式教學(xué)看為慕課在高等教育領(lǐng)域的突破口。英國學(xué)者Thorne 認(rèn)為混合式學(xué)習(xí)是將在線學(xué)習(xí)與更多的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)和開發(fā)方法混合起來；李克東教授認(rèn)為混合學(xué)習(xí)是把面對面的課堂學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)兩種方式有機(jī)整合起來，針對不同的問題及要求，采用不同的方式來解決問題，教學(xué)上采用不同的媒體與信息傳遞方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。可見，基于MOOC 資源的混合式教學(xué)獲得了大多數(shù)教師和學(xué)習(xí)者的認(rèn)可。2019 年教育部印發(fā)《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》中明確了對廣大教師基于慕課開展混合式教學(xué)政策層面的推動和支持，使得混合式教學(xué)在國內(nèi)得到了長足的發(fā)展。

模擬電子技術(shù)課程是自動化類、電子信息類、電氣工程類等傳統(tǒng)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，也是許多熱門“新工科”專業(yè)，如醫(yī)工交叉類、人工智能類、大數(shù)據(jù)類、智能科學(xué)與技術(shù)類等學(xué)科的核心基礎(chǔ)課程；其在專業(yè)課程體系中起承前啟后的作用。課程自成體系，具有很強(qiáng)的理論性、實踐性和工程應(yīng)用特性，長期以來存在的問題是課時少，課程難度大，理論與實踐脫節(jié)，課程不及格率高等。針對存在的問題，課程設(shè)計中“以學(xué)生為中心”，采取優(yōu)化課程內(nèi)容的方法，構(gòu)建理論、實踐、仿真與應(yīng)用交互融合的一體化課程資源，采用線上線下混合的教學(xué)模式，教學(xué)實踐中體現(xiàn)老師的主導(dǎo)性、學(xué)生的主體性，加強(qiáng)過程考核，融入課程思政元素，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，為學(xué)生提供多元化、個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而提高教學(xué)效果，達(dá)到知識、能力、素質(zhì)綜合培養(yǎng)的目標(biāo)。

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)教育的共識，該課程獲得了長足發(fā)展。該課程于2015 年獲得學(xué)校首批MOOC 建設(shè)立項，2017 年在超星泛雅教育教學(xué)平臺上線試運(yùn)行，2018 年春季開始正式投入使用，至今，已經(jīng)上線運(yùn)行四年多的時間，完整使用5 個學(xué)期，線上累計瀏覽量超過500 萬；2019年該課程獲得省在線精品課程立項建設(shè)，2020 年在中國大學(xué)MOOC 平臺面向社會學(xué)習(xí)者開放，至今已經(jīng)開課5期；2020 年該課程獲得首批國家級線上線下混合式一流本科課程的認(rèn)定。本文將對一流課程模擬電子技術(shù)的資源建設(shè)、混合式教學(xué)模式設(shè)計、課程設(shè)計、課程考核評價體系、教學(xué)實踐、資源共享、教學(xué)效果等進(jìn)行分析總結(jié)。

二、課程資源建設(shè)

課程針對傳統(tǒng)的理論與實驗分割、先學(xué)理論再做實驗的情況，對課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，把實驗仿真與課程理論深度融合，按照半導(dǎo)體二極管及其基本電路、EDA 仿真應(yīng)用、三極管及放大電路基礎(chǔ)、實驗操作、場效應(yīng)管放大電路、模擬集成電路、反饋放大電路、功率放大電路、運(yùn)算放大器、信號的處理及產(chǎn)生電路、直流穩(wěn)壓電源電路等模塊劃分，知識點(diǎn)、實驗仿真碎片化，創(chuàng)建了53 個相應(yīng)的微視頻，12 個例題、8 個實踐仿真、6 個實驗操作等視頻資源，并建有包含各類題型的近千題的題庫，單元測試、主題討論等非視頻資源，形成了理論、實踐、仿真、應(yīng)用一體化的教學(xué)資源，如圖1 所示。課程資源豐富，能滿足學(xué)習(xí)者個性化、多元化的學(xué)習(xí)需求。如圖2 所示為超星泛雅平臺第5 期課程資源截圖，其中包含了一些課堂實錄和課程公告等。

圖1 一體化的課程資源

圖2 超星泛雅平臺第5 期課程資源截圖

三、課程教學(xué)設(shè)計

（一）混合式教學(xué)設(shè)計

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是一種老師課堂灌輸、學(xué)生被動接受的單向教學(xué)。整個教學(xué)過程以老師為中心，以講授課程內(nèi)容為中心，老師一般在講臺上完成教學(xué)任務(wù)，整個過程忽視學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)以及學(xué)生的主體性和創(chuàng)造性，客觀限制了學(xué)生潛能的充分發(fā)揮，課程評價單純以期末一張試卷成績來確定，沒有結(jié)合過程評價，造成學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性不夠，學(xué)習(xí)興趣不高，期末突擊復(fù)習(xí)考試，知識掌握不牢，掛科率較高。

“線上”和“線下”混合式教學(xué)不是簡單的線上教學(xué)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)的疊加，而是兼顧個性化學(xué)習(xí)、多種教學(xué)策略深層次交互融合的混合式教學(xué)模式，如混合多種教學(xué)手段、教學(xué)資源、學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)環(huán)境、課程思政、評價方式等；教學(xué)過程中既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)性，更要以學(xué)生為中心充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，增加課程的研究性、創(chuàng)新性、綜合性內(nèi)容，加大學(xué)生投入，對學(xué)生有效科學(xué)“增負(fù)”，融合知識、能力和素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考，解決復(fù)雜問題的綜合能力，提高教學(xué)質(zhì)量和效果；混合式教學(xué)的實施需要有完善的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、規(guī)范的教學(xué)平臺、豐富的課程資源和具有技能的主導(dǎo)老師及態(tài)度積極的學(xué)生來作為支撐。

借助超星學(xué)習(xí)通信息化的教學(xué)平臺，依托一體化的課程資源，把課程教學(xué)設(shè)計分為課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)，課后亦可稱為課前，課前亦可作為課后，交叉融合，形成閉環(huán)的學(xué)習(xí)模式，如圖3 所示。課前，老師在線發(fā)放學(xué)習(xí)任務(wù)及要求，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個性化的學(xué)習(xí)，學(xué)生在線自主預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)相關(guān)視頻課件等資源，在線自主檢測，發(fā)現(xiàn)問題，記錄重難點(diǎn)，根據(jù)自身的情況對問題探究，進(jìn)行知識擴(kuò)展，準(zhǔn)備展示的PPT，隨時在線與老師或與同學(xué)進(jìn)行問題交流討論；課中，學(xué)生自主知識點(diǎn)分享、PPT 展示，老師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況答疑解惑，進(jìn)行重難點(diǎn)授課，對知識點(diǎn)歸納總結(jié)，組織討論仿真，邊學(xué)邊做，隨堂測試，布置課后作業(yè)等；課后，學(xué)生在線提交互評作業(yè)，復(fù)習(xí)鞏固，問題討論，電路仿真，知識拓展，老師在線檢查作業(yè)，查看問題回復(fù)，根據(jù)學(xué)生的反饋在線答疑，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，不斷改進(jìn)教學(xué)方法。

圖3 “模擬電子技術(shù)”線上線下混合式教學(xué)模式設(shè)計

（二）理論與實踐交互融合教學(xué)設(shè)計

課程設(shè)計中打破傳統(tǒng)的“先學(xué)理論后做實驗”的教學(xué)順序，以問題為導(dǎo)向，深度融合理論與實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)“學(xué)”中有“做”，“做”中有“學(xué)”，從而促進(jìn)課程內(nèi)容的理解。如信號放大的原理、靜態(tài)工作點(diǎn)Q 的設(shè)置，學(xué)生不易理解，如果結(jié)合實驗仿真，可以通過調(diào)參數(shù)、看波形、測性能，使學(xué)生更直觀地理解放大的過程、Q 點(diǎn)設(shè)置的重要性以及電路參數(shù)對Q 所產(chǎn)生的影響。如圖4 所示為理論與實踐交互融合示例。

圖4 單管放大電路理論與實踐交互融合示例

（三）課程綜合考核方式

課程采用線上過程考核（35%～50%）和線下期末考試（65%～50%）綜合的課程考核評價模式。將線上課程參與度、隨堂考試、作業(yè)互評、課堂活動、主題討論、資源學(xué)習(xí)、考勤等納入過程考核指標(biāo)，同時把課程思政、課堂展示等不易量化的環(huán)節(jié)作為特殊激勵環(huán)節(jié)納入過程考核，充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思維、主動展示的積極性，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)及綜合能力，使課程考核評價更加公平、公正、合理。如圖5 所示是課程線上線下綜合考核評價模式。

圖5 課程綜合考核評價模式

四、教學(xué)實踐

（一）教學(xué)實施環(huán)境

模擬電子技術(shù)課程混合式教學(xué)借助超星泛雅教學(xué)平臺實施，至今已經(jīng)實施四年，完整使用了五個學(xué)期，線上累計瀏覽量超過500 萬，學(xué)生每期學(xué)習(xí)人數(shù)400 多人，累計選課人數(shù)2 243 人。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程在超星泛雅平臺五個學(xué)期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 模擬電子技術(shù)課程在超星泛雅平臺五個學(xué)期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

（二）教學(xué)實施案例

教學(xué)過程中，老師每次課前會根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在超星泛雅教學(xué)平臺以通知的形式，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、重難點(diǎn)、教學(xué)要求、主題討論、實驗仿真等內(nèi)容，并線上提供學(xué)習(xí)引導(dǎo)及答疑。課堂45 分鐘教學(xué)實施樣例設(shè)計見表2。表中針對功率放大模塊以“功率放大的一般問題及OCL乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路”為例，從課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)、課時安排到課前、課中、課后實施的流程做了細(xì)致的設(shè)計，體現(xiàn)了問題引導(dǎo)，線上線下混合的教學(xué)方式。

表2 教學(xué)設(shè)計及實施流程樣例

（三）資源共享與應(yīng)用

基于超星泛雅學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺，一流課程模擬電子技術(shù)的線上資源及教學(xué)模式已經(jīng)在學(xué)校電氣工程及其自動化、軌道交通信號與控制、生物醫(yī)學(xué)工程等學(xué)科多名授課老師、多個不同的教學(xué)班級、同類課程教學(xué)中完全實現(xiàn)了資源共享及應(yīng)用。實施結(jié)果表明，課程資源及教學(xué)模式的資源共享節(jié)省了各任課老師建設(shè)課程的人力物力，增加了老師間教學(xué)經(jīng)驗的互動與交流，提升了老師們的教學(xué)能力和教學(xué)手段，課程資源得到不斷豐富，以學(xué)生為中心組織實施的教學(xué)理念，激勵了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮了學(xué)生的潛能。2015-2019級的教學(xué)實施結(jié)果表明，線上線下混合式教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，課程的不及格率由原來的兩位數(shù)降到了個位數(shù)，平均成績和優(yōu)良率明顯提高，教育教學(xué)質(zhì)量明顯得到提升。

（四）教學(xué)實踐數(shù)據(jù)

如圖6 和圖7 所示是2022 年春季學(xué)期自動化專業(yè)4-6 班5 月份的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及任務(wù)點(diǎn)完成情況截圖。老師通過查看教學(xué)平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以隨時掌握各同學(xué)的學(xué)習(xí)動態(tài)及任務(wù)完成情況，幫助老師及時發(fā)現(xiàn)教與學(xué)中存在的問題，有針對性地調(diào)整教學(xué)策略，對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行個性化的引導(dǎo)、指導(dǎo)和督促。

圖6 2022 年春季學(xué)期自動化4-6 班5 月份學(xué)生訪問統(tǒng)計截圖

圖7 2022 年春季學(xué)期自動化4-6 班5 月份學(xué)生任務(wù)點(diǎn)學(xué)習(xí)情況截圖

五、混合式教學(xué)效果

（一）線上課程成績綜合統(tǒng)計

如圖8 和圖9 所示是2022 年春季學(xué)期，超星泛雅教學(xué)平臺上模擬電子技術(shù)課程，學(xué)院不同專業(yè)各教學(xué)班級線上成績綜合情況統(tǒng)計表和對比截圖。結(jié)果顯示在可以量化的過程考核成績中，多數(shù)教學(xué)班級成績優(yōu)良率高達(dá)90%以上，個別重修學(xué)生占比較高的教學(xué)班級優(yōu)良率亦達(dá)到86%，說明學(xué)生線上對課程各項學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況優(yōu)良，能夠很好地適應(yīng)線上線下混合式教學(xué)的模式。

圖8 2022 年春季學(xué)期各教學(xué)班級線上成績綜合情況統(tǒng)計截圖

圖9 2022 年春季學(xué)期各教學(xué)班級線上成績綜合情況對比截圖

（二）混合式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)綜合成績比對分析

表3 給出了2015-2019 級自動化專業(yè)課程教學(xué)模式及課程考評方式及過程考核主要內(nèi)容，如圖10 所示是2015-2019 級該專業(yè)學(xué)生的綜合成績對比圖。圖表反映了線上線下混合式教學(xué)模式從無到有實施的過程，過程考評占比從0 逐漸增加到45%，過程考評的內(nèi)容從無、單一、簡單到深度廣度難度增強(qiáng)的變化。綜合成績對比結(jié)果表明，線上線下混合式教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，有效降低了課程不及格率，提高了平均成績和優(yōu)良率，使教育教學(xué)質(zhì)量得到明顯提升。

圖10 2015-2019 級學(xué)生課程綜合成績對比圖

表3 2015-2019 級教學(xué)模式及課程考評方式表

六、結(jié)束語

一流課程模擬電子技術(shù)經(jīng)過多年的建設(shè)與實踐，形成了以下特色：構(gòu)建了基礎(chǔ)理論、虛擬仿真、實踐應(yīng)用并重的一體化課程資源，且內(nèi)容不斷豐富中，能夠滿足學(xué)生多元化、個性化的學(xué)習(xí)需求；教學(xué)過程中體現(xiàn)老師的主導(dǎo)性，學(xué)生的主體性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)揮學(xué)生的潛能；采用理論與實踐深度融合的教學(xué)設(shè)計，課前、課中、課后閉環(huán)的教學(xué)模式，提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新能力，使“模電”不再成為“魔電”；采用線上線下綜合的考評方式，有效解決課程“掛科率”高的問題，使課程考評更加客觀合理；實現(xiàn)了一流課程資源及教學(xué)模式在學(xué)院不同學(xué)科多名授課老師同類課程教學(xué)中的資源共享及良好應(yīng)用。

為實現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)綜合培養(yǎng)的目標(biāo)，一流課程模擬電子技術(shù)將繼續(xù)優(yōu)化整合課程內(nèi)容，拓展課程資源，探索實踐應(yīng)用與課程理論深層次的結(jié)合，以工程應(yīng)用做牽引，增加課程的研究性、創(chuàng)新性、綜合性內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，把課程內(nèi)容與思政元素深度融合，構(gòu)建多元豐富的課程資源；教學(xué)過程中，研究線上線下多維度混合的教學(xué)手段，對學(xué)生科學(xué)“增負(fù)”，挖掘?qū)W生的潛力，努力把課程打造為資源和模式可復(fù)制應(yīng)用的“金課”。