COVID-19 疫情期間高校電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的多樣性保障

張曉莉，王鳳華，黃慧春，顧玉軍

（東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心，南京 211189）

0 引言

2020 年初，新冠肺炎全國(guó)蔓延，各高校立即響應(yīng)國(guó)家公共衛(wèi)生事件應(yīng)急預(yù)案，延期開學(xué)、控制返校，防止疫情向校園輸入擴(kuò)散。在嚴(yán)峻的疫情背景下，具有實(shí)操性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作難以開展。省教育廳發(fā)布了《普通本科高校疫情防控期間教育教學(xué)工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)中明確指出，各高校要利用好互聯(lián)網(wǎng)資源，結(jié)合自身的實(shí)際情況，因地制宜地開展線上教學(xué)。有條件的高校須發(fā)揮示范作用，向兄弟院校提供國(guó)家、省精品在線開放課程、線上線下混合式課程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)現(xiàn)資源共享［2］。

部分仍然依賴傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的高校顯得難于招架，無(wú)法有效地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。而很多原本處于“多平臺(tái)多渠道開放實(shí)驗(yàn)環(huán)境”構(gòu)建階段的高校則提前進(jìn)入了實(shí)戰(zhàn)模式，比如南京航空航天大學(xué)［3］、電子科技大學(xué)［4］、中國(guó)民航大學(xué)［5］以及我校等。其中，我校很早就開展并完善了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”“翻轉(zhuǎn)課堂”及“遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)”［6］等模式的電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，具備在疫情期間開展線上電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先決條件。

1 疫情期間國(guó)內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境現(xiàn)狀

1.1 MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

采用MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的高校對(duì)比傳統(tǒng)教學(xué)模式，可以有效解決疫情期間授課資源不足，且學(xué)生無(wú)法有效開展實(shí)驗(yàn)自學(xué)的問(wèn)題［7-8］。該教學(xué)模式是依托豐富的MOOC共享課程資源，在課前利用教師分發(fā)的教學(xué)資料自主學(xué)習(xí)課程，然后在課堂上參與同伴和教師的互動(dòng)完成練習(xí)的一種教學(xué)形態(tài)［9-14］。

學(xué)生可以通過(guò)仿真軟件及“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”完成自主學(xué)習(xí)。“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”是一種綜合性的口袋設(shè)備，不受時(shí)間場(chǎng)所的限制，隨時(shí)隨地可以開展電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)。在疫情發(fā)生前，“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大高校的電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)［15-16］，比如模擬電子電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)（以下簡(jiǎn)稱模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)）等等。疫情發(fā)生后，多所高校為學(xué)生提供了“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”和FPGA板卡的借用服務(wù)，使得學(xué)生“在家做電路實(shí)驗(yàn)”成為現(xiàn)實(shí)。

該教學(xué)模式是疫情期間應(yīng)用效果較好的一種電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即使處于居家隔離狀態(tài)，學(xué)生依然可以通過(guò)仿真軟件設(shè)計(jì)優(yōu)化+“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”電路搭接的方式完成練習(xí)。然而，整體實(shí)施成本過(guò)高，不利于全面推廣。并且考慮到學(xué)生在家的不可控性，教師在教學(xué)活動(dòng)中的參與度不夠，無(wú)法真正掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，最終難以達(dá)成滿意的教學(xué)效果。

1.2 “互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下結(jié)合的教學(xué)模式

總結(jié)目前典型的電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)就保障疫情期間師生實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件這一點(diǎn)上，需要綜合考慮實(shí)施成本、教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)效果等多方面因素。結(jié)合高校實(shí)際條件整合各方面的優(yōu)勢(shì)資源，完成線上線下的有效融合，盡最大能力滿足教學(xué)效果等效目標(biāo)。

綜上，在疫情期間中心提出并實(shí)施了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下相結(jié)合的新形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（見(jiàn)圖1）。該模式充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，基于軟件設(shè)計(jì)仿真優(yōu)化這“1”種主要的線上實(shí)驗(yàn)形式和“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”、在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)、線下綜合實(shí)驗(yàn)室這“3”種實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（見(jiàn)圖2），通過(guò)多人實(shí)時(shí)會(huì)議軟件實(shí)施網(wǎng)課，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程。

圖1 “互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

圖2 “1 +3”實(shí)驗(yàn)教學(xué)形態(tài)

該模式既能保障疫情期間實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作能夠正常開展，又能避免學(xué)生因長(zhǎng)期使用仿真軟件學(xué)習(xí)電子類實(shí)驗(yàn)所造成的認(rèn)知偏差。教學(xué)實(shí)施過(guò)程靈活多樣，實(shí)驗(yàn)渠道共享開放。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境保障具體實(shí)施

2.1 整體思路

立足“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為保障每個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的有效進(jìn)行，以2019-2020學(xué)年度春學(xué)期的模電實(shí)驗(yàn)和數(shù)電實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，對(duì)于疫情期間關(guān)于教學(xué)條件保障方面的整體實(shí)施思路，如圖3 所示。

圖3 疫情期間電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境保障整體思路

在居家隔離和復(fù)學(xué)返校這兩個(gè)階段，教學(xué)環(huán)境保障工作的側(cè)重點(diǎn)略有不同：①學(xué)生居家期間主要通過(guò)軟件設(shè)計(jì)仿真與“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”、在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式開展線上網(wǎng)課實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。這個(gè)階段本單位的重點(diǎn)工作在于通過(guò)教學(xué)保障、在線答疑、實(shí)驗(yàn)管理、技術(shù)維護(hù)等形式確保線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的平穩(wěn)運(yùn)行；②返校后在滿足疫情防控要求的大前提下，可遵循以線下為主，線上為輔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)原則，綜合各自的優(yōu)勢(shì)，靈活安排。這個(gè)階段需要將疫情防控作為工作的重中之重，合理安排設(shè)備、耗材的維修、供應(yīng)，合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)授課環(huán)節(jié)及驗(yàn)收計(jì)劃，并做好應(yīng)急預(yù)案。

2.2 實(shí)施前準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)網(wǎng)課開課前1 個(gè)月，教研組對(duì)本學(xué)期的模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及教學(xué)計(jì)劃作了適時(shí)的調(diào)整。一方面是為了匹配理論課程的進(jìn)度；另一方面，面對(duì)因疫情防控而導(dǎo)致的返校時(shí)間點(diǎn)不斷被調(diào)整的現(xiàn)實(shí)，在居家隔離期間既要保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)正常有序開展，又要盡量達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的這兩者之間反復(fù)取舍，做了大量的推演、預(yù)案，最后總結(jié)出合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃及施教指南，以期達(dá)到教學(xué)質(zhì)量等效的目的。

在確定了教學(xué)計(jì)劃的同時(shí)，本單位也統(tǒng)一了實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的主要平臺(tái)，包括授課軟件以及線上實(shí)驗(yàn)依托的仿真、實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在正式開課前，需要任課教師主導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境相關(guān)的基本檢查工作，如表1 所示，按照硬件/網(wǎng)絡(luò)環(huán)境檢查→多人實(shí)時(shí)會(huì)議軟件安裝檢查→仿真軟件安裝檢查→個(gè)人實(shí)驗(yàn)箱及附件確認(rèn)的檢查流程，在開課前做好環(huán)境測(cè)試，確保實(shí)驗(yàn)網(wǎng)課能夠順利地開展。

表1 電工電子類實(shí)驗(yàn)開課前檢查項(xiàng)及標(biāo)準(zhǔn)

2.3 線上教學(xué)、多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生居家隔離期間，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要形式為線上網(wǎng)課教學(xué)，實(shí)驗(yàn)以仿真軟件為主，多個(gè)實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為輔助學(xué)習(xí)補(bǔ)充。

以模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，指導(dǎo)老師在課前布置實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可通過(guò)MOOC 或班級(jí)QQ 群獲取教學(xué)參考資源，通過(guò)仿真軟件、“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”、在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)等平臺(tái)完成預(yù)習(xí)預(yù)搭。課上師生通過(guò)“騰訊會(huì)議”完成教學(xué)互動(dòng)（內(nèi)容講解、答疑），學(xué)生通過(guò)共享屏幕或者提交錄屏視頻的方式向老師展示實(shí)驗(yàn)電路，并按要求完成驗(yàn)收。之后學(xué)生自行整理預(yù)習(xí)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等過(guò)程作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，及時(shí)提交至統(tǒng)一的電子報(bào)告平臺(tái)。針對(duì)有“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”的院系學(xué)生，安排期末線上考試。

總結(jié)這個(gè)階段本單位的教學(xué)條件保障工作，主要體現(xiàn)在：

（1）網(wǎng)課教學(xué)環(huán)境保障。由于使用騰訊會(huì)議作為授課媒介，為保障實(shí)驗(yàn)網(wǎng)課的正常進(jìn)行，指導(dǎo)老師需要在課前做好冗余備份，確保課程不中斷。教師可自行準(zhǔn)備機(jī)器登錄備用賬號(hào)，或使用本單位提供的臺(tái)式機(jī)。

（2）“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”設(shè)備保障。在開課前1 周，安排并完成一個(gè)電類院系共計(jì)167 位學(xué)生的設(shè)備免費(fèi)借用服務(wù)。通過(guò)供貨商和本單位工作人員的共同努力，分批次、共計(jì)耗費(fèi)13 d將所有設(shè)備寄送到了109 個(gè)省市自治區(qū)的學(xué)生家中，一并寄出的還有實(shí)驗(yàn)需要用到的一些耗材附件。這部分同學(xué)在家就能完成實(shí)物電路的搭接調(diào)試操作，并通過(guò)在線共享視頻或提交離線視頻作業(yè)的方式反饋給指導(dǎo)教師驗(yàn)收。

（3）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)日常維護(hù)。組織、安排包括“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”、在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電子報(bào)告系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的日常維護(hù)工作，包括實(shí)驗(yàn)資源分配，入門指導(dǎo)、在線答疑及后臺(tái)服務(wù)器設(shè)備維護(hù)等。

（4）在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)外開放。聯(lián)合服務(wù)商為不能返校上課的學(xué)生提供免費(fèi)的在線實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)平臺(tái)—“東南在線實(shí)驗(yàn)”。該平臺(tái)通過(guò)微信公眾號(hào)、QQ群等渠道為使用者提供入門指導(dǎo)及在線幫助，目前已開放的課程有“電路實(shí)驗(yàn)”“模擬電子電路實(shí)驗(yàn)”和“數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)”。其他院校的師生也可以申請(qǐng)賬號(hào)使用，達(dá)成教學(xué)資源共享目的。

（5）線上考試保障。提前制定并演練期末線上考試的具體實(shí)施細(xì)則，安排教室及考務(wù)人員，測(cè)試相關(guān)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)等。正式考試時(shí)，監(jiān)考教師使用“騰訊會(huì)議”監(jiān)察學(xué)生的實(shí)時(shí)狀況，并對(duì)考試全程錄屏存檔。

2.4 線下為主、結(jié)合線上

學(xué)生返校后，采取以線下驗(yàn)收為主、結(jié)合線上的方式開展電子類實(shí)驗(yàn)。和居家隔離期間一樣，實(shí)驗(yàn)授課可以充分利用MOOC 資源，結(jié)合線上線下的不同優(yōu)勢(shì)、合理安排。根據(jù)實(shí)際情況合理安排實(shí)驗(yàn)室資源，分批次分時(shí)段開展實(shí)物驗(yàn)收。

（1）設(shè)備耗材補(bǔ)充領(lǐng)取。釋放“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”庫(kù)存，惠及更多的學(xué)生。待補(bǔ)發(fā)元器件及連接線等耗材的學(xué)生，須在指定的時(shí)間范圍內(nèi)于室外過(guò)道大廳間隔1 m排隊(duì)領(lǐng)取物品，嚴(yán)格控制人流密度。

（2）學(xué)生自助領(lǐng)用設(shè)備耗材。確保各實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，每一種儀器設(shè)備、附件（探頭、開路電纜等）、芯片器材等有必要的備份。

（3）專員值班，防控任務(wù)落實(shí)到人。每日8：00～17：00 開啟各實(shí)驗(yàn)室門窗透風(fēng)；在每日21：00 前完成對(duì)每個(gè)教室講臺(tái)的消毒工作；每日21：00 到次日7：00每個(gè)教室開啟紫外線消毒燈（確保學(xué)生不在場(chǎng)）。

（4）合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)。交叉安排座次、單人單組實(shí)驗(yàn)。確保每位實(shí)驗(yàn)者的操作面積不少于5 m2；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中全程通風(fēng)、全員佩戴口罩，注意相互防護(hù)，確保安全；線下分批驗(yàn)收，結(jié)合線上驗(yàn)收（共享屏幕或錄屏視頻），靈活機(jī)動(dòng)。

3 實(shí)施效果

3.1 教學(xué)條件保障達(dá)成情況

在整個(gè)2019-2020 學(xué)年春學(xué)期學(xué)生居家隔離期間，模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)網(wǎng)課教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生整體出勤率高達(dá)99%，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收率超過(guò)90%，使用統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)提交電子報(bào)告的同學(xué)也超過(guò)了90%。

以本學(xué)期參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的7 個(gè)院系共計(jì)1 456 個(gè)學(xué)生作為樣本，統(tǒng)計(jì)學(xué)生對(duì)各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際使用情況，結(jié)果呈現(xiàn)多樣性（見(jiàn)圖4）。①?gòu)慕Y(jié)果上看，電路仿真軟件使用率最高，其使用不受場(chǎng)地和時(shí)間的限制，是疫情期間的主要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；②“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果很好，但因投入成本問(wèn)題，疫情期間只能滿足一部分院系學(xué)生的需求；③在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為輔助的實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，目前已能正常開展模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)及電工學(xué)實(shí)驗(yàn)等課程的教學(xué)。但是本學(xué)期本單位主要還是針對(duì)模電實(shí)驗(yàn)課程使用，沒(méi)有將該平臺(tái)的價(jià)值最大化。課程實(shí)際參與使用的學(xué)生占比數(shù)令人滿意，但仍未達(dá)到飽和，這和平臺(tái)的建設(shè)成熟度以及學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性正相關(guān)。④受條件所限，還是有大部分的學(xué)生沒(méi)有通過(guò)實(shí)際硬件電路搭接完成電路實(shí)操學(xué)習(xí)。待恢復(fù)線下教學(xué)后，應(yīng)組織對(duì)這部分同學(xué)補(bǔ)充實(shí)操內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

圖4 教學(xué)條件保障達(dá)成度

3.2 師生滿意度

在實(shí)施保障的過(guò)程中，就實(shí)施效果對(duì)1 個(gè)教學(xué)班級(jí)共30 個(gè)學(xué)生展開了問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)合“東南在線實(shí)驗(yàn)使用問(wèn)卷調(diào)查”的結(jié)果，從多個(gè)維度統(tǒng)計(jì)了針對(duì)本學(xué)期模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件保障的師生滿意度情況。

如圖5 所示，師生對(duì)于疫情防控達(dá)成度、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的多樣性均表示了肯定；但溝通效率變低，負(fù)擔(dān)加重也是共識(shí)。而對(duì)于教學(xué)目的達(dá)成度，學(xué)生和老師從各自的角度則表達(dá)不同的意見(jiàn)。由于在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊性，教研組對(duì)于模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難度、深度均有不同程度地調(diào)節(jié)。從學(xué)生角度看，降低實(shí)驗(yàn)難度對(duì)學(xué)生的自信心有一個(gè)促進(jìn)作用。另外，由于大部分實(shí)驗(yàn)都是使用仿真軟件完成，大大減少了硬件電路容易出現(xiàn)的功能問(wèn)題，整體實(shí)驗(yàn)的完成難度有降低。但是對(duì)于教師而言，很多知識(shí)點(diǎn)無(wú)法通過(guò)虛擬仿真的形式讓學(xué)生感知，較為遺憾。

圖5 師生滿意度總覽

而“東南在線實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)的滿意度統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖6），也說(shuō)明了該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自上線以來(lái)得到了校內(nèi)外師生的普遍認(rèn)可。

圖6 在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)滿意度調(diào)查

4 總結(jié)與展望

本文列舉了新冠肺炎疫情期間在保障電工電子類實(shí)驗(yàn)條件環(huán)境方面所做的工作，體現(xiàn)了立足于“互聯(lián)網(wǎng)+”線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，圍繞“1 +3”實(shí)驗(yàn)教學(xué)形態(tài)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境保障工作的思路。

實(shí)踐表明在疫情暴發(fā)前就已經(jīng)具備了在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力，“個(gè)人實(shí)驗(yàn)室”及在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)有效地彌補(bǔ)了仿真軟件的不足。而多樣性保障措施，有效地支撐了各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的有效運(yùn)行。其中應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在目前疫情未完全解除并且將防控作為常態(tài)化工作的大背景下，對(duì)沒(méi)有全面開展電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的兄弟院校有很大的共享經(jīng)驗(yàn)價(jià)值。

總結(jié)本學(xué)期對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的保障工作，應(yīng)立足已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，揚(yáng)長(zhǎng)避短。可以將已有的經(jīng)驗(yàn)形成規(guī)范，在保障疫情防控這一大前提下，有效降低師生的工作量投入，提高師生的教學(xué)達(dá)成度及滿意度。

高校電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展不應(yīng)只在疫情等特殊情況發(fā)生的時(shí)候才開始有新的思考，而應(yīng)堅(jiān)持不懈地著力于學(xué)生的培養(yǎng)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)［17］。以此為契機(jī)，應(yīng)大力推動(dòng)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)深度融合，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，深入推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［2］。