用信息技術增強實驗教學場景的探索與實踐*

鄧洪波 梁志明 王云 章秀銀 王虎才

摘 要：根據目前實驗教學面臨的問題，結合現代網絡技術的發展，從實踐學習和人的注意力的特點出發，作者提出了以網絡技術和手機結合增強實驗室場景的實驗教學改革，以提高實驗教學效率，并大大減輕實驗教師的工作量。文章通過通信電子線路與射頻實驗室的實踐案例，詳細闡述了改革的要點和過程，為其他實驗室提供了借鑒。

關鍵詞：實驗室;場景;二維碼;手機

中圖分類號：TP393? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）22-0089-04

一、引言

通信是現今社會最熱門的行業之一，也是與國民經濟最密切相關的行業之一，相關人才社會需求量大，專業素質要求高，對高校培養相關專業人才提出了很高的要求。而《通信電子線路》和《射頻電路》課程是通信相關專業的重要基礎課程，學習難度大、內容多、工程性強，實驗是其最重要的一部分教學內容，但每次實驗一般只安排3節課時，實際涉及的內容又非常多，如何在有限的實驗時間內，提高學生對相關儀器電路的操作、理解、掌握和創新能力？現代先進技術的輔助應用，應該是一個很好的選擇。

隨著互聯網技術的快速發展和手機的普及，實驗教學也做了很多相應的改革，比如“互聯網+”[1][2]、微課程[3]的教學研究，智慧教室的設計[4][5]等，這些改革的目的主要是利用現代信息技術提高教學效率。二維碼在日常生活中已經非常普遍，在實驗管理上也有一些應用研究[6][7]，旨在提高管理效率，在教學上也做了一些有益的探討，但還不夠深入，缺少具體應用[8]。為了進一步提高實驗教學的效率，利用網站、二維碼、手機并結合實際實驗室的內容特點來增強實驗室實驗場景，提高學生學習興趣、學習的便利性以及引導的及時性，是非常有意義的探索。

二、目前實驗教學面臨的機遇與挑戰

由于時代的發展、實際情況的變化以及技術的進步，為了取得更好的教學效果，實驗教學必須實時作出相應的調整。目前實驗教學具體面臨的機遇和挑戰主要有以下幾點：

1.新時代學生的特點

現在的學生跟十幾年前的學生有很大的不同。由于信息技術的飛速發展，現在的學生每天有大量的時間是面對手機、電腦，特別是手機，對電腦、手機特別是手機的依賴性是這個時代的學生的顯著特點。電子產品的普及，是社會與科技發展的結果，是不可阻擋的趨勢?，F代教育應該順應這種潮流，積極做好引導，充分利用電子產品的便利性為教育教學服務，以取得更好的教學效果。

2.學習方式的改變

由于學生對信息產品的依賴，其思維方式、學習方式都發生了很大的變化。從思維方式來看，以前的學生遇到問題，由于條件限制，基本只能根據自己所學，依據書本或教師所教的知識，運用各種原理解決問題?，F在學生遇到問題，第一時間是從網上查找答案，從各種解決方案中找出合適的，或者更進一步，在現有方案的基礎上做適當的改進，作為解決問題的方法。兩種方法各有優劣，從解決問題方面考慮，明顯第二種方法更高效，它集合了眾人的智慧，但容易使人產生惰性，減弱思考能力，對學生能力提升不利，本科教學應該從思考方面多做引導。從學習方式來看，由于手機的便攜性以及功能的強大，現在的學習很大一部分是碎片化的學習。這種學習方式是技術發展的必然，它使人可以隨時隨地學習，也更符合人的學習規律，因為大部分人很難長時間集中注意力。本科教學應該順應潮流的發展，利用手機和網絡，更好地開展實驗教學。

3.學生要學習的內容比較多，時間少

現在是一個信息爆炸的時代，各種知識得到極大的擴充。知識的爆炸性增長，很大部分的原因是因為信息網絡技術的發展，信息的流動比以往更快捷了，必然會產生更大量的信息。對目前的本科生來說，僅僅是教學大綱的內容就比十年前增加了很多，而且考慮到學生找工作、實習的原因，很多學校把原本是四年的學習內容壓縮到三年，學生學習壓力可想而知。如果還是按傳統的教學方式，必然會擴大知識增長和教學之間的矛盾。技術推動了知識的增長，而獲取知識，也必然要利用技術才能提高效率，跟上知識增長的速度。

4.實驗課程理論化嚴重

目前實驗課程的理論化比較嚴重。實際上，實驗教學與理論教學有很大不同，理工科的理論課目的在于讓學生掌握相關概念、原理，進而進行理論分析設計。學生在課堂上理解不了，可以在課后自習。而實驗課程不同，其最大的特征在于現場性、實現性、可操作性。大部分實驗課程必須要在實驗室這個現場場景才能完成，并且是對實際產品進行操作實驗。實驗課的目的在于通過實踐操作，訓練學生工程實踐能力，并進一步理解原理，提升設計能力。因此，應該讓學生在做中學，而不是學中做。利用網絡信息技術增強實驗場景，有利于學生更快地掌握相關技能，提高工程開發能力。

三、改革思路與方案

實驗教學要進行有效的改革，提高學習效率，必須把握實踐學習的特點，意識到人的注意力是有限的，有限的注意力正是初學者做實驗時的最大障礙。以通信電子線路實驗為例，涉及的儀器多，電路復雜，連線、開關多，步驟多，學生在短時間內很難熟練掌握，只要其中某個方面出現小問題，學生在做實驗時往往就會陷入困境，這也是給很多實驗教師造成困惑的地方。這個問題產生的很大原因是師生都沒有意識到人的注意力是有限的。人在同一時間往往只能注意到2、3個點，而在做復雜實驗時，初學者要面對的是遠超自己所能注意到的現實問題，所以在做實驗時，很多時候會陷入不知所措的境地。要解決這個問題，可以考慮設置增強實驗場景，使學生在實驗中每涉及一個儀器、電路和操作，都能及時得到指示和反饋，所見即所得，必然會極大地提高學習效率。所以，場景越細膩，學生越沉浸，學習效果會越好?，F有實驗的教學改革，應該增強實驗的場景，這才是提高實驗教學效率的正確途徑。

基于以上論述，改革方案如下：①實驗知識分解。根據實驗課程的內容，提煉實驗場景的基本要素，根據實驗的過程，提煉實驗的重要節點。②建立實驗室網站。該網站必須電腦和手機都能瀏覽，然后把基本要素和重要節點的相關知識分別存放在網站上，并形成二維碼。③把二維碼貼在實驗室相應的位置上，比如儀器、設備、實驗臺上。

1.把握知識要點，降低學習難度

實際的實驗過程是非常復雜的，特別是對于像《通信電子線路》這種復雜電路的課程而言，最好的方法是抓住要點，以點帶線。所以本方案的重點是要提煉內容，對實驗的本質和關鍵點要把握好。這需要教師要有較長期的實驗教學經驗，對實驗技能、工程能力的培養有較好的認識。

2.利用網站技術，提高方便性

以往的網站內容很多，但不適應手機瀏覽，學生要查找內容不容易，用手機瀏覽，極大提高了學生獲取資料的方便性。

3.使用二維碼技術，解決及時性

二維碼技術提高了引導學生解決問題的及時性。以往實驗前教師會講解儀器使用、實驗原理、注意事項、故障排除思路等，但實際上，學生僅僅聽講一次很難馬上轉化成自己的實驗能力。而形成二維碼后，學生在遇到問題時，可以根據問題通過掃描相應位置上的二維碼，及時得到資料。例如：當學生不會使用儀器時，不用去翻厚厚的說明書，直接用手機掃描儀器上的二維碼，馬上可以得到圖文并茂的針對本實驗的使用說明，或者是直接視頻演示。當學生在遇到實驗故障時，可以直接掃描桌面的二維碼，得到排除故障的思路指引。從以上方案可以看出，通過網絡技術和手機的結合，極大增強了實驗的場景，可以極大地提高實驗教學效率。

四、具體實施

實驗場景是以實驗室為基礎，所以方案的實施必須以實驗室為依托。根據以上方案，以本校通信電子線路與射頻實驗室為例，具體實施如下：

1.對實驗室資源進行歸類

實驗室資源包括課程、儀器設備、教學資源等。通信電子線路實驗室共承擔3門課程的實驗教學，即《通信電子線路實驗》《通信電子線路課程設計》和《射頻電路實驗》。這三門課程是同一類課程，前后銜接緊密，儀器設備基本可以共用，從實驗室建設來說，放在一起是很好的選擇。通信電子線路實驗室的主要儀器設備有穩壓直接電源、函數信號發生器、射頻信號發生器、示波器（帶萬用表）、頻譜儀、網絡分析儀、通信電子線路實驗箱、射頻電路實驗套件等。教學資源包括課程介紹（教學大綱）、教學課件、視頻、原理圖等。

2.對實驗課程中常見問題進行總結

在實際教學中，電路原理在理論課中會有詳細介紹，在實驗課程的PPT上也會加以闡述，但在實驗的過程中，學生還是會遇到很多問題。這主要是學生理論知識轉化到工程實際的能力薄弱和實驗技能的缺失造成的。所以，在實際的實驗課程教學中，要適當引導。在引導的過程中，注意不要直接告訴學生答案，而是要培養學生相關思維和能力。

3.建設相應的網站

實驗室網站只是一種資源的載體，根據實驗室場景增強的思路，網站資源必須便于分享，這就要求網站除了能用電腦瀏覽外，必須能方便用手機登錄瀏覽，特別是各個節點必須能形成二維碼，這樣，學生就能很方便地通過手機掃描特定的二維碼得到相應的知識內容。根據以上的思路，設計的通信電子線路實驗室網站結構框如圖1所示。

網站與本文內容相關的主要內容有儀器設備、教學資源、問題討論。儀器設備框圖如圖2所示。實驗室大部分儀器功能較多，使用復雜，應根據實驗課程具體情況，把實際所需的簡要儀器使用說明存在網站上，如果內容太多，反而失去方便學生使用的便利性。學生應該在使用的過程中掌握相關儀器設備的使用。網站教學資源框圖見圖3。

由圖3可以看到，教學資源部分，每個資源都是具體項目，不是打包資源，這樣的好處是便于學生用手機瀏覽。網站問題討論框圖見圖4。

這部分資源也是具體到每個問題點，方便學生查找，但問題的解答都只是提供思路，需要學生進一步分析思考，這樣有利于提高學生解決問題的能力。

4.把網站的每個節點形成二維碼，貼在實驗室的對應位置

這樣，學生在哪個場景碰到什么問題，就可以選擇掃相應的二維碼，及時得到引導，大大提高了教學效率。通信電子線路與射頻實驗室網站二維碼及儀器設備相關的二維碼如圖5所示。

圖5中的設備二維碼直接貼在實驗室的儀器設備上，這樣學生在做實驗時，如有問題，可以直接掃描二維碼，立即就能得到相關資料。例如：通信電子線路實驗箱EEHF-3，這是實驗室的自制設備，電路復雜，考慮到學生的使用，網站主要提供了實驗箱的框圖（見圖6）、實物圖（見圖7）和開關說明（見圖8）。學生可以直接用手機掃描設備上對應的二維碼，得到相應的信息。

教學資源和問題討論也可以形成類似的二維碼，根據課程需要，放在實驗臺面，方便學生在需要時及時得到相關信息。通過二維碼把手機和網站聯系起來。把知識點分布在實驗室各個場景點上，使學生在實驗過程中遇到問題馬上能夠得到指引，特別是在目前學生人數眾多的情況下，能極大減輕教師的輔導壓力，也使學生的學習效率得到極大提高，教學效果會有根本性的改善。

實驗室是理工科高校的基石，實踐教學是培養學生工程能力創新能力的重要手段。我們應該重視實踐，認清實踐教學的本質，如此學生方能學有所用。教學改革應多從學生的角度考慮問題，切實幫助學生提高學習效率，這是教學改革的重要目的之一。綜上所述，根據現實狀況和實驗課程的特點，利用現代網絡技術，增強實驗場景將極大提高實驗教學效率。

參考文獻：

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（編輯：魯利瑞）