基于“雨課堂+Multisim”的虛擬實驗平臺的建設研究

摘要：“雨課堂+ Multisim”是新型的智慧實驗教學平臺。本文以數字電子技術和模擬電子技術實驗課為例，探討了“雨課堂+Multisim”作為一種線上線下結合非常緊密的實驗教學模式，對實驗教學帶來的改進和影響。文章的結論是，經過兩年多的實驗改革，學生的動手能力、工程意識和創新型思維得到了明顯的提高，特別是在特殊情況下能實現線上線下實驗課的無縫對接，是一個值得繼續堅持和努力的方向。

關鍵詞：Multisim;雨課堂;實驗平臺

一、引言

隨著社會的發展，信息時代已經全面到來，傳統的教育形式已經不能滿足人們的需求，網絡教育應運而生，通過這樣的方式能夠更加方便用戶，可以隨時隨地地完成在線交流與學習。雨課堂是由清華大學和清華網絡教育品牌學校聯合推出的智能教學工具。它旨在連接教師和學生的智能終端，給課前、課中和課后的每個環節帶來新的體驗，從而最大限度地釋放教與學的能量，促進教學改革。雨課堂通過將各種復雜的技術，與PowerPoint和微信相互融合，將課堂教學和課外預習更好的連接在一起，讓師生之間的互動永遠不會離線。Multisim軟件在解決線下實驗條件不具備、實際運行困難、高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓練等問題占很大優勢。而雨課堂與Multisim軟件的結合推動了混合式教學，推進現代信息技術與教學深度融合，最主要的是還能解決由于特殊情況無法線下授課的問題。

二、“雨課堂+ Multisim”的教學實施

模擬電子技術和數字電子技術的電路原理圖是既抽象又復雜的，實驗實踐操作是鞏固和加深理論知識的重要途徑。因此這兩門課程中的實驗部分就成為學生理論學習成果的重要鞏固過程。在傳統的教學模式下，學生往往基于教師指定的實驗指導書進行實驗預習。但由于模擬電路和數字電路的抽象性、復雜性和靈活性，僅僅依據實驗指導書學生很難對實驗原理圖的構造及設計原理有較深入的了解，他們會覺得枯燥，不感興趣，預習的積極性很低。此外，由于實驗室空間、實驗儀器數量以及課堂教學時間有限等客觀因素的影響，實驗課堂上很難兼顧到使每位同學對實驗內容完全掌握。這種情況久而久之就會造成學生對電路設計原理和思路一知半解，實驗時只是按照實驗指導書上的操作步驟照抄照搬，對實驗結果和實驗現象不會分析，不知道為什么是這樣或那樣的結果。而且出現故障也無從下手，不會解決實驗中出現的問題，嚴重影響了教學效果，同時還極大挫傷了學生學習的興趣和積極性。

圖1? ? 學生預習情況

基于“雨課堂+ Multisim”的虛擬實驗平臺，使傳統的線下教學模式與現代的線上教學模式相結合，是線上線下相結合的新型教學模式。其中，實驗課程的課堂內教學主要集中在線下，上課時間教師在實驗室內檢查學生的預習報告，并通過提問等方式檢查預習情況。然后講解實驗注意事項并指導學生完成實驗，學生做完實驗后檢查學生的實驗操作完成情況以及實驗數據是否合理，合格后簽字，學生方可離開實驗室。每一個實驗題目完成后，學生都要手寫實驗報告，教師批閱紙質實驗報告。線上部分是由“雨課堂+Multisim”虛擬實驗平臺完成的，在這種方式下，教師在上課前一個星期左右把實驗預習相關資料推送到雨課堂，并在雨課堂發布預習公告，要求學生按照要求預習實驗。學生可以實時接收實驗資料，提前預習，通過這種方式還能實時掌握學生的預習情況，如圖1所示。

實驗資料里有教師事先用Multisim軟件搭建好的示范電路，仿真電路里只要能用到實驗箱里相應模塊的部分，都要給出相應的對照圖，并對仿真圖里與實驗箱里對應的部分一一進行說明。通過這樣的方式，即使學生還沒進入實驗室就已經預先了解了實驗箱里的構造和各個模塊的作用，雖然使用的是仿真，但是感覺像在實驗室里操作一樣。學有余力的學生還可以對自己的一些設計性實驗提前進行驗證，這些都極大節省了線下課堂上的時間，使學生的有效學習和實踐時間大大加長，極大促進學生學習效果提升。另外，如遇特殊的客觀情況，“雨課堂+Multisim”這種虛擬實驗教學平臺還能實現線下與線上的無縫對接，真正做到實驗課的停課不停學。針對以上兩種情況，具體實施方案如下：

（一）完全采用線上形式

由于客觀原因，完全采用線上形式授課已經進行了兩輪了。這種授課方式是采用“雨課堂+Multisim”實現的。上課前一周左右，教師把實驗指導書和帶有仿真示范的實驗材料上傳到平臺，上傳到平臺上的信息示例如圖2所示。

上傳后，學生通過手機微信中的雨課堂收到提示，可以查看或下載平臺中的資料，事先做好預習。課中，老師可以用騰訊會議共享桌面的形式講解ppt，并根據情況演示仿真操作，需要學生自己操作完成的時間就讓學生開啟攝像頭，在老師的監控下做實驗，而且會通過雨課堂隨機點名的方式實時檢查學生實驗操作的進度，這種方式可以隨時關注學情，讓學生即使不在老師的面前，也勝似在老師的面前做實驗一樣，教學效果良好。

課后，教師將事先整理好的實驗報告要求發布到雨課堂，實驗報告主要包含實驗目的、實驗器材、實驗原理、實驗內容及步驟等，在實驗內容及步驟里，每一個小內容都有具體的要求，比如要求提交設計原理圖、仿真圖（帶有仿真測試結果的圖或示波器波形圖）、帶有已填寫數據的數據測試表、數據處理、實驗總結等內容。這種提交實驗報告的方式雖然學生提交的時候是分項提交，但是教師批閱完后，可以下載整個報告。最主要的是，通過這樣細致的劃分，使學生整理實驗報告的時候不認真不細心都不行，稍有疏忽，就會丟項丟分，這種方式從而培養了學生認真嚴謹的學習態度。學生提交實驗報告后，教師通過雨課堂中的實驗管理平臺，實時掌握學生提交作業的情況，學生完成作業情況如圖3所示。

圖2? ? 上傳信息示例

只要學生提交了實驗報告，教師就可以隨時批閱實驗報告，批閱實驗報告的示例如圖4所示。在這個平臺中，每個上傳成功的學生實驗報告都會得到永久保存，類似于無紙化辦公，更加高效安全，極大地提高了教師的工作效率和實驗管理水平。這種方案特別適合如果遇到特殊時期而無法線下授課的情況，“雨課堂+Multisim”這種虛擬實驗教學平臺實現線上與線下的無縫對接，真正做到實驗課的停課不停學。

（二）采用線下線上混合形式

實驗教學中的線下部分是由學生和教師在實驗室完成的，在上課時間進入實驗室，根據雨課堂中事先上傳的實驗材料和發布的實驗要求，利用實驗箱里的實驗功能底板和實驗模塊搭建實驗電路，完成相關實驗內容。上課時間教師在實驗室內檢查學生的預習報告，并通過提問等方式檢查預習情況。然后講解實驗注意事項并指導學生完成實驗，學生做完實驗后檢查學生的實驗操作完成情況以及實驗數據是否合理，合格后簽字，學生方可離開實驗室。每一個實驗題目完成后，學生都要手寫實驗報告，教師批閱紙質實驗報告。

實驗教學中的線上部分是利用“雨課堂+Multisim”實驗平臺，讓學生把“實驗室”帶回宿舍。在每一個實驗題目上課前一周左右，教師把實驗的相關資料上傳到雨課堂平臺，其中，資料可以是帶有仿真示范的課件，也可以是操作示范視頻，學生收到信息提示后，可以進入平臺查看或下載資料，更值得一提的是學生在實驗室之外的環境下可以很方便地自主預習實驗，這樣，可以達到在進入實驗室之前就先了解了實驗中需要用到的所有元器件的結構和用法，經過事先的搭接電路和仿真測試，真正達到預習的效果，特別是最終能讓學生能隨時隨地根據自己的想法進行自主設計實驗，既提高了學生對實驗課程的興趣，也激發了學生做實驗的積極性和熱情。

三、結束語

目前，基于“雨課堂+Multisim”模式的虛擬實驗教學改革已進行近兩年，引入“雨課堂+Multisim”平臺后，提高了學生對數字電子技術和模擬電子技術理論知識的鞏固并加深了理解，提高了學生對實驗課程的興趣。

總的來說，“雨課堂+Multisim”這個實驗教學平臺，既符合了教學要求的前沿性、時代性，又解決了由于特殊原因無法線下授課的情況，是一個值得繼續堅持和努力的方向，實踐表明，該技術值得在更多的課程中推廣應用。

作者單位：趙祥敏? ? 牡丹江師范學院 物理與電子工程學院

參? 考? 文? 獻

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