基于“學(xué)習(xí)通”和Multisim仿真的電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究

鄒旺，吉暢，何超

(1.六盤水師范學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心，貴州六盤水553004；2.六盤水師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，貴州六盤水553004；3.六盤水師范學(xué)院教務(wù)處，貴州六盤水553004)

新工科背景下對(duì)高校等院校本科教育教學(xué)提出更高的要求，特別是對(duì)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)來(lái)說，實(shí)驗(yàn)課程作為本科人才培養(yǎng)體系的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力方面具有重要的作用[1-2]，基于此，提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)水平、擴(kuò)展教學(xué)資源對(duì)于促進(jìn)高質(zhì)量人才培養(yǎng)具有重要的意義?！半姽る娮蛹夹g(shù)實(shí)驗(yàn)課程”作為理論教學(xué)的延伸部分，是工科專業(yè)學(xué)生一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。該課程的主要任務(wù)是加深學(xué)生對(duì)電工電子技術(shù)理論知識(shí)的理解，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用電工、電子技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生建立工程理念和工程思維，在學(xué)習(xí)中提升自學(xué)能力、動(dòng)手能力，在合作中領(lǐng)會(huì)團(tuán)隊(duì)精神。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，將信息技術(shù)與教育教學(xué)改革深度融合是必然的趨勢(shì)[3-5],因此，有效地利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、仿真軟件等手段創(chuàng)新教學(xué)模式，提高教學(xué)效果，成為電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，但在培養(yǎng)學(xué)生積極自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考、主動(dòng)解決實(shí)際問題方面嚴(yán)重不足，學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)得不到很好的提升。具體表現(xiàn)以下四個(gè)方面：

1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，創(chuàng)新性不足。傳統(tǒng)的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)未能結(jié)合新時(shí)代大學(xué)生的特點(diǎn)和有效利用信息技術(shù)的便利開展線上線下混合教學(xué)，教學(xué)方式是老師通過講授實(shí)驗(yàn)原理，然后在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上給學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，學(xué)生只需采用記憶老師演示實(shí)驗(yàn)電路接線過程的方式就可以完成實(shí)驗(yàn)，教學(xué)方式單一，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)分析和解決問題能力[6]。

2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不豐富。傳統(tǒng)的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生機(jī)械地對(duì)照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容去驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、無(wú)法與理論結(jié)合的同時(shí)與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和手段無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，創(chuàng)新思維和實(shí)踐動(dòng)手能力得不到很好的培養(yǎng)。

3)實(shí)驗(yàn)設(shè)備過度使用，使用壽命降低。學(xué)生課前沒有進(jìn)行預(yù)習(xí)或者對(duì)實(shí)驗(yàn)電路原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不清楚情況下，在課上對(duì)于復(fù)雜實(shí)驗(yàn)電路接線容易出錯(cuò)，頻繁地拔插接線插頭，實(shí)驗(yàn)設(shè)備會(huì)被過度使用，容易損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)成本也隨之增高，而且學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程花費(fèi)大量精力在查錯(cuò)上，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效率低，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4)實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方式不完善。傳統(tǒng)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程考核方式主要以平時(shí)考勤、過程接線考評(píng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，缺乏過程中動(dòng)手能力、組織能力、主觀能動(dòng)性等內(nèi)容的考核。單一的考核方式學(xué)生容易完成考核的內(nèi)容，使得學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)創(chuàng)新的積極性不高，而且對(duì)學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)定僅停留在知識(shí)部分，對(duì)能力、素質(zhì)的考評(píng)較弱，與新工科下人才培養(yǎng)目標(biāo)不一致，且無(wú)法支撐畢業(yè)要求。

2 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課改革實(shí)施

為解決上述電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課存在的問題，本文通過使用學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)并結(jié)合Multisim 仿真軟件對(duì)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，開展線上線下混合教學(xué)，構(gòu)建多樣的教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)前發(fā)布“闖關(guān)”學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)中實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案、調(diào)試、驗(yàn)證結(jié)果，實(shí)驗(yàn)后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳學(xué)習(xí)通進(jìn)行互評(píng)、在學(xué)習(xí)通進(jìn)行討論和答疑，如圖1 所示，具體改革措施如下。

圖1 線上線下混合教學(xué)模式

2.1 建立線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)

本實(shí)驗(yàn)課程在學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)習(xí)通是以課程為中心、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，針對(duì)線上教學(xué)和學(xué)習(xí)的智慧網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，覆蓋了多種課堂教學(xué)模式。在該平臺(tái)上老師可以便捷地建立教學(xué)資源，教學(xué)活動(dòng)功能豐富，如作業(yè)、討論、簽到、考試等功能。實(shí)驗(yàn)課前在學(xué)習(xí)通上建立“電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”在線課程，上傳預(yù)習(xí)所需資料，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，如短視頻、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等相關(guān)資料，為學(xué)生提供豐富的預(yù)習(xí)資料，如圖2所示。學(xué)生進(jìn)入到學(xué)習(xí)通平臺(tái)進(jìn)行“闖關(guān)式”學(xué)習(xí)并完成測(cè)試，教師在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上可以實(shí)時(shí)了解每位學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，及時(shí)督促學(xué)習(xí)完成任務(wù)。通過在線課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生充分實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)過程需要注意的事項(xiàng)，通過知識(shí)點(diǎn)的測(cè)試進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，為實(shí)驗(yàn)課的高效進(jìn)行提高保障。

圖2 基于學(xué)習(xí)通建立線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.2 利用Multisim仿真實(shí)驗(yàn)

Multisim 仿真提供了豐富的元器件庫(kù)和儀器儀表，具有圖像界面直觀、仿真功能強(qiáng)大、使用方便等特點(diǎn)，如圖3所示。利用Mulitism 仿真實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)了解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求之后，通過Multisim 仿真實(shí)驗(yàn)，完成相對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)的仿真數(shù)據(jù)測(cè)量，并填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)操作，盡量避免學(xué)生因操作不當(dāng)導(dǎo)致舊的儀器設(shè)備易被損壞或是過度使用，從而提高實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用壽命，提高實(shí)驗(yàn)效率。對(duì)Multisim仿真軟件的基本操作學(xué)習(xí)視頻以及非設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)仿真操作視頻也將發(fā)布在學(xué)習(xí)通上供學(xué)生課前學(xué)習(xí)。

圖3 以疊加原理仿真實(shí)驗(yàn)為例

2.3 構(gòu)建遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

隨著新工科的建設(shè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求，教育部提倡實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容要提高綜合性和設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)的占比[7-8]。通過對(duì)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，構(gòu)建“基礎(chǔ)→提高→創(chuàng)新”遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度，具體將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分層三個(gè)層次(驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新綜合性實(shí)驗(yàn))，有助于學(xué)生掌握和更加深刻理解所學(xué)的理論知識(shí)并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新。根據(jù)學(xué)生專業(yè)背景以及培養(yǎng)目標(biāo)要求，合理設(shè)置各部分實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)以及難易程度，通過遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的開展，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生理論知識(shí)的理解和實(shí)踐技能的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)電工、電子相關(guān)知識(shí)的理解，在動(dòng)手實(shí)踐過程中掌握分析電路工作原理和功能的方法。

2.4 建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)

科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)能促進(jìn)教學(xué)效果的提高，考核評(píng)價(jià)結(jié)果不僅能反映出學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)態(tài)度、能力提升等多方面的情況，也能反映出教學(xué)效果是否良好，為教學(xué)反思和改進(jìn)提供支持。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)對(duì)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考試評(píng)價(jià)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的考核評(píng)價(jià)結(jié)果由實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)(線上)、實(shí)驗(yàn)課上實(shí)操(線下)、課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告(線上)、期末測(cè)試(線上)4 個(gè)部分組成。利用學(xué)習(xí)通可以便捷、實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。通過學(xué)習(xí)通中預(yù)習(xí)任務(wù)達(dá)成度、視頻學(xué)習(xí)率、反芻比評(píng)價(jià)預(yù)習(xí)效果；課上實(shí)操主要評(píng)價(jià)學(xué)生主觀能動(dòng)性和實(shí)踐能力，根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)與連線、儀器儀表、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄等方面進(jìn)行評(píng)分；課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告通過學(xué)習(xí)通提交，主要為一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告及一份仿真視頻，教師通過仿真實(shí)驗(yàn)完成率、實(shí)驗(yàn)講解了解到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握情況，并在學(xué)習(xí)通中采用交叉互評(píng)的方式鼓勵(lì)學(xué)生彼此之間進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高學(xué)生積極性，同時(shí)還可以增強(qiáng)課程的趣味性；期末測(cè)試是在課程結(jié)束后進(jìn)行，在學(xué)習(xí)通建立考試題庫(kù)，測(cè)試時(shí)學(xué)生通過隨機(jī)抽題完成實(shí)操考核，并記錄成績(jī)。其中線上學(xué)習(xí)在學(xué)習(xí)通中可以設(shè)置課前各部分學(xué)習(xí)任務(wù)分?jǐn)?shù)占比，并自動(dòng)完成打分。

3 總結(jié)

不斷發(fā)展的現(xiàn)代信息技術(shù)正逐漸改變著高等教育的教學(xué)方式，豐富的互聯(lián)網(wǎng)資源為高校的教學(xué)提供更多的教學(xué)手段。本文針對(duì)電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程存在的問題，通過利用學(xué)習(xí)通和Multisim 仿真平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)三個(gè)方面：1)借助學(xué)習(xí)通發(fā)布實(shí)驗(yàn)課前的學(xué)習(xí)任務(wù)，利用Multisim 仿真平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)仿真，朝著以學(xué)生為中心的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變，通過學(xué)習(xí)通多功能信息化教學(xué)手段，一方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生了轉(zhuǎn)，從“強(qiáng)迫學(xué)、督促做”到“主動(dòng)學(xué)、主動(dòng)做”。另一方面，實(shí)驗(yàn)課的效率得到了很大提升。2)“基礎(chǔ)→提高→創(chuàng)新”遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)由淺入深，循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)到運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，最后到進(jìn)行創(chuàng)新綜合應(yīng)用，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，分析和解決問題的能力會(huì)逐漸提高。遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)施能夠有效提升教學(xué)質(zhì)量。3)通過利用學(xué)習(xí)通從課前、課中、課后三個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后具有更強(qiáng)的操作性，學(xué)習(xí)通平臺(tái)其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，能夠直觀看出每個(gè)考核環(huán)節(jié)成績(jī)的分布情況，使考核結(jié)果更加全面、精準(zhǔn)，成績(jī)更為合理，對(duì)后續(xù)教學(xué)的改進(jìn)提供支持，促進(jìn)教學(xué)效果的提升。

基于學(xué)習(xí)通和Multisim 仿真的電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，提升了我校老師教學(xué)技巧，有效激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的提高。