实验实践类课程混合式教学模式探索

李伟 曹晓燕

摘  要：因实验实践类课程注重学生实际操作、重点培养学生动手能力，单纯的线上教学模式不能满足其课程需求。文章以“电子系统设计与实践”课程为例，探索实验实践类课程的线上线下相结合的混合式教学模式。为达到培养学生动手能力及创新实践能力的目的，实现“电子系统设计与实践”课程的预期教学目标，文章提出了在原有实验项目的基础上，采用线上实验、线下仿真实验以及远程实验等多种实验方式相结合，“以学生为中心”的实验教学模式以及阶梯性考核的教学理念。结果表明，该教学模式为学生提供了实践能力培养、独立思考、自主学习的平台，对于培养学生实践能力及创新意识具有很好的效果。

关键词：实验实践类课程；混合式教学；线上实验；线下仿真实验；远程实验

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）05-0092-04

近年来，高校学生因社会因素或个人因素不能及时返校参加线下课程学习，为响应教育部“停课不停学、停课不停教”的号召，各种线上教学平台及网站发展迅速，充分利用网络和信息技术的线上教学受到青睐。实验实践类课程因注重学生实际操作，单纯的线上教学不能达到该类课程教学目的，线上线下相结合的混合式教学模式逐渐被用于实验实践类教学。该模式上课方式灵活，上课时间灵活，考核方式可变，线上线下混合式教学模式越来越受教师和学生推崇。

众所周知，实验实践类教学一直以来以学生动手实验为主，教师理论指导为辅的方式开展［1-2］。根据当前社会现状，学生无法保证教学时段完全参与到线下实验课堂，如何利用线上线下混合式教学手段，既保障实验教学的质量，又达到实验课程实践教学的目标，使学生实践动手能力和创新实践能力得到提高，在实验学习中充分培养想象力和创造力，切实地将理论与实际紧密结合，是实验教师面临的重大难题。本研究以“电子系统设计与实践”课程为例，从教学方式、实验项目内容以及考核方式等方面对实验课程的线上线下混合式教学模式进行探索和实践。

“电子系统设计与实践”作为一门基础性综合型实验课程，涵盖内容广泛，既包括电工技术基础、数字电子技术、模拟电子技术等基础性实验内容，又包含了电子设计与制作等创新性综合设计实验内容，是大部分工科专业学生进行工程设计的入门课程，也是电子技术综合应用的实践性环节，对于学生实践能力的培养有重要的作用［3-4］。

一、实验实践课程混合式教学模式思路

“电子系统设计与实践”课程共10次课，每次4个学时，共40学时，在实验项目上既包含了部分基础性、理论性相对较强的内容，同时又包含了部分设计性、创新性强的实验项目，在以往课程实验项目的基础上，将课程分为以下部分：①线上教学：主要针对实验课程的理论部分以及实验部分的操作要點、注意事项等；②线下仿真实验：主要是针对一些电路原理图、电路设计以及程序设计等；③远程实验：主要是实验项目设计性及创新性部分；④其他线下实物实验：主要是针对在校的学生开设，在前期线上课程及仿真实验的基础上进行实物制作调试。实验课程在实施过程中不断调整，采用以上方式的一种或者两种组合，以期达到实验目的［5］。

（一）线上教学与线下仿真相结合

学生不能参加线下课程，但是课程需要如期实施，如何保障实验课程的教学质量及按时完成实验任务是所有实验室教师面临的巨大难题。经教研室教师讨论及实际演练，决定采用如下方法开展“电子系统设计与实践”课程的线上学习：①采用网络软件（如超星学习通）对学生进行日常考勤、基础理论知识讲授、实验基本操作示范、实验注意事项讲解以及实验任务的验收；②通过PPT录屏的方式形成音频文件供学生下载学习，课程基础理论部分比如电路原理图的设计、元器件的识别、实验安全操作注意事项等实验，教师通过录屏讲解操作详情；③通过录制视频的方式形成视频文件供学生下载学习，实验的元器件操作比如示波器的实验、焊接练习、FPGA实验箱的程序编写及下载等由教师实际操作录制视频讲解重点难点及注意事项。学生完成线上学习以后，教师向学生布置本次课的仿真实验内容，仿真实验内容［6］主要是电路图的设计仿真以及FPGA实验程序的编写等［7］。线上教学及线下仿真共安排6次课，具体的安排如表1所示：

学生在完成线上学习及线下仿真过程中，通过课程QQ群对学生提出的问题及遇到的困难给予解决。在课程实施初期就建立好课程QQ群，学生可以通过QQ群了解教学安排、课程通知以及向指导教师提问等；实验教师则是上课时间都在线上，积极回应学生提出的问题，答疑解惑。由于QQ可以手机使用，而且对网络要求不是特别高，因而可以保证教师与学生互动时不卡顿，师生互动良好，课堂氛围热烈。

（二）远程实物实验

实验课程在完成前期理论部分知识的线上学习及线下仿真以后，针对设计性创新性部分实验内容，引入了远程实物实验［8］。该远程实验系统［9-10］由易星标公司开发，比仿真实验更进一步，学生在实验过程中可感知物理器件、电路布线，与实物实验一致。采用该远程实验系统的目的在于打破时空与地域的限制，实现优质教学资源共享，提高教学效率。远程实验系统工作流程图如图1所示。

实验操作界面如图2所示，图2（a）为学生操作界面，包括各种实验器件、模块的选择，实验的操作、结果观察以及实验报告的填写等。实验模块和器件可以任意组合，实现“积木式”电路设计；学生还可以自主设计实验模块，实现创新能力的培养。在线填写实验报告，实时实验数据分析及实验结果总结。图2（b）为教师操作界面，教师可在该界面对学生班级进行管理，对实验进行安排，对实验操作过程进行监控，对实验教学效果及学生掌握情况进行把控，对学生的报告进行在线批改，对学生实验成绩进行统计。

（三）构建以学生为中心的教学方案

在前期线上学习及线下仿真的基础上，对后面4次实验提出了“以学生为中心”的实验教学方案，设计了3个实验方案供学生选择，如表2所示。

方案A学生是到实验室内做实物实验，因而学生提交现场实物结果，获得成绩；方案B学生完成远程实验，在线填写实验报告，实验指导教师以远程实验结果及远程实验报告为依据给学生成绩；方案C则是要求学生在规定时间内完成实验教师给出的实验操作题目获得实验成绩。三个实验方案同时开设，学生根据自身情况，选择一个方案完成即可。

二、课程考核实施方案

为了保证实验成绩的公平公正性，打破传统根据实验报告给予学生成绩的考核方式，设计了阶梯性的实验成绩评定方法：总成绩=线下仿真实验项目的成绩*0.4+选择的实验方案*0.4+平时成绩*0.2。线下仿真实验项目的成绩主要包括两个部分：1. 程控放大器电路的设计与仿真；2. 基于FPGA的液晶显示程序的设计与实现。学生根据指导教师的要求在超星学习通上上传仿真实验结果，指导教师根据学生仿真实验过程及结果给出成绩，这个部分占总成绩的40%。实验选择方案部分则根据实验方案的难易程度给出阶梯性的总分：方案A总分100分；方案B总分90分；方案C总分80分；学生根据自身情况选择实验方案后，指导教师根据学生完成情况打分，选择C方案的同学即使做得再好，这部分成绩也只有80分，实验方案选择部分的成绩占总分的40%。平时成绩主要是根据上课考勤以及实验过程中与指导教师互动、提出问题的情况打分，占总成绩的20%。为了能够让每个学生都参与到实践中，不允许学生组队参与实验，每个同学须独立按照实验要求完成实验任务。

三、成绩总结与分析

以一个教学班47人为例，线上课程签到情况如图3所示，从图中可以看出每次线上实验学生出勤率还是较高，甚至高于之前学生到实验室的出勤率，平均出勤率达到98%。线下仿真实验完成情况以及成绩如图4所示，学生对实验的完成率还是较高，平均完成率达到87%，平均成绩为91分。

四、结语

2020年初，由于社会因素影响，高校的传统教学活动开展和教学方式面临巨大的影响，实验实践类教学承受着巨大的压力及挑战。但是培养学生本身就是不断面对挑战、克服困难、解决问题的过程，努力探索特殊时期的实验教学新模式是每个实验教师应尽的义务。

本研究提出了线上实验教学、线下仿真实验、远程实验等多种实验方式相结合的实验教学模式以及阶梯性考核的教学理念，使学生即便不能参与线下实践，其创新能力、动手能力、独立思考能力、科研思维能力以及责任心等都能够得到锻炼和提高。整个实验课程的教学模式以学生为中心，以培养学生创新实践能力为目标，在保证学生获取知识的同时也保证教学质量。此前电子系统设计类课程的混合式教学无可参考的模板，找到一种适合人才培養需求的实验教学模式是一项长期而艰巨的工程，只有在教学中不断实践、总结经验，探索出一套适合学生创新能力及实践动手能力培养的教学模式，积极调动老师的积极性及学生的兴趣才能起到理想的效果。

参考文献

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［10］ Angrisani L，Bonavolontà F，DArco M，et al. A flexible remote laboratory with programmable device under test［J］. Measurement，2020（156）：5-9.

［11］ 商云晶，程春雨，王林. “电子系统综合设计”课程中多层次教学方法的探索与实践［J］. 工业和信息化教育，2018（01）：91-94.

（荐稿人：印月，四川大学电气工程学院电工电子基础实验教学中心高级实验师）

（责任编辑：淳洁）