線上線下融合的電子類實驗課程教學探索與實踐*

石興華 文 斯

（昆明理工大學電子信息科學與技術實驗室 云南昆明 650500）

2020 年國家發改委等多部門明確指出“構建線上線下教育常態化融合發展機制，形成良性互動格局[1]”，可見線上線下融合是教學改革和發展的側重點。

本科實驗教學與高校理論教學相結合，一方面增進學生對理論知識的理解，提高動手實踐能力；另一方面提高學生科研創新的能力，提高分析研究問題、解決問題的能力。電子類實驗課程如《電路分析基礎》《模擬電子電路》《數字電路系統》是電子信息類專業的“基石”課，也是后續課程的“搭橋課”，具有較強的工程性和實踐性。實驗課程教好，既能加深學生對理論的理解和掌握，又能培養學生動手實踐能力。

我校爭創雙一流高校之際，提高實驗教學的質量，對培養創新卓越人才、推動一流專業的建設起到了奠基的重要作用。

一、傳統實驗教學存在的問題

在2019 年以前電子類實驗教學還是采用傳統的課堂教學為主，教學一般分為課前預習、課堂實踐和課后報告三個環節。例如模擬電子技術實驗在大二上學期開設，共16 學時，6 個實驗項目，每個實驗項目基本上是2 個學時左右。學生在課前按照實驗教師要求完成預習報告，課堂上老師先講解后學生再動手實驗，課后再完成實驗報告。這種傳統教學方式存在明顯的不足[2]：1.預習不充分，被動地抄完實驗原理、實驗內容。缺乏有效的引導和監督手段，學生往往存在應付、抄襲現象，直接影響了課堂實驗教學的效果。2.課堂上教師先對實驗原理、實驗內容以及難點進行講解，現成的實驗臺，導致學生機械地完成電路的連線工作，缺乏對實驗內容的主動思考。3.缺少有效的交流平臺。師生之間交流主要是在課堂上進行。但課堂上教師既要講解實驗，又要幫助學生解決問題，還要檢查每個學生實驗完成情況，幾乎沒有時間與學生進行交流討論。4.考核評價方式不夠全面、合理，主要是由實驗報告和操作決定實驗成績，不很科學。

二、構建線上、線下課程平臺

電信實驗室電子類實驗教學團隊不斷研討，按照線上線下混合式的內涵[3]，從電子類實驗課程著重建設的四點出發，構建線上線下教學平臺，提升教學質量。（1）如何使理論與實踐深度融合，培養學生的工程應用能力與創新能力；（2）如何使線上線下教學有效銜接；（3）如何以學生為主體，達到深度的雙向互動；（4）如何恰當地融入思政元素，進行價值引領。

（一）線上平臺資源建設

根據多年的實踐教學經驗，為適應學生學習特點及學習規律，保障線上線下學習的無縫對接，以學生為中心，依托超星、雨課堂等網絡教學平臺設計制作了適合我校學生的“模擬電子電路實驗”“數字電路實驗”等在線教學內容。在線內容涵蓋了實驗目的、實驗電路及原理、實驗內容與步驟、實驗注意事項、總結分析思考五大塊內容。通過老師的視頻講解、PPT 展示，引導學生充分預習，在理解實驗內容基礎上，熟悉實驗操作。如圖1、2 所示超星和雨課堂的部分教學內容。

圖1 超星平臺模擬電路實驗教學內容

圖2 雨課堂數字電路實驗教學內容

（二）線下統一測試平臺建設

實驗室結合線上教學內容，搭建線下統一測試平臺如圖3所示，摒棄原有的實驗臺的固定操作，改為自主使用元器件設計電路、PBL 項目制學習模式，引導學生分析解決實際問題。學生可在統一測試平臺完成實驗的觀察、記錄、分析等。

圖3 統一測評平臺

三、線上線下融合課程思政的教學體系

（一）課堂教學融入課程思政元素

在電子類實驗課程的線上線下教學中，適時融入課程思政，積極引導學生樹立家國情懷，激發同學們的愛國熱情。例如在電子電路設計時啟發學生思考，現在國家在集成電路、半導體器件等方面取得了哪些成就，應用在哪些領域，哪些行業目前受到國外的壓制，如何打破壁壘等。要靠在座的各位同學在校期間把專業基礎打牢，能力培養好，將來自主研發，為國家科技發展和智能制造業貢獻力量。

（二）構建線上線下融合的實驗教學體系

以模擬電子技術實驗為例，線上和線下融合式教學設計如表1 所示。該教學設計主要圍繞基礎性實驗1-4、綜合性實驗5、6 和創新型實驗7 大內容。學生通過線上平臺的內容進行預習，并在Multisim 仿真軟件上完成仿真報告；線下到實驗室進行自主設計，教師采用多種教學方法啟發學生，引導學生解決問題。學生可課后在線上隨時和教師展開討論。

表1 模擬電子技術實驗“線上線下融合式教學設計”

（三）教學過程

整個教學過程如圖4 所示，將三個階段（課前預習、課中內化、課后鞏固）有效銜接，實現線上線下融合。

圖4 線上線下教學過程設計

1.課程預習實現線上自學和虛擬仿真自學模式[4]。學生自學線上平臺的內容，并使用這種Multisim 軟件進行原理電路圖的虛擬仿真實驗，通過項目任務的設計、項目準備、仿真實施完成仿真和預習報告。該預習模式不僅可以達到傳統項目教學法的教學目標，而且可以拓展學生的參與面，培養學生的創造性，有助于開展個性化實驗，具有靈活的擴展性和推廣性，達到傳統儀器及實驗室無法比擬的效果。近幾年的實踐表明，實驗室應用該教學模式非常適合“研究、創新應用型”人才培養目標下的電子類實驗教學，既增強了學生對理論知識的理解，又將理論知識加以應用，有助于學生形成有效的知識體系，激發了學生的學習興趣，提高了學生的課堂參與度。如圖5 所示，學生優秀的仿真報告。

圖5 優秀的仿真報告

2.課堂教學采用線上線下混合式教學模式[5]。教師采用多種教學方法，如問題導向法、任務驅動法、研討等，引導學生“自主式、討論式”學習；學生采用多種學習方法如學思結合法、參與互動法、合作學習法等互相滲透；例如在講解集成運算放大器這一章時，老師提問“如何實現方波信號輸出三角波？”，學生思考“集成運放微積分電路”的工作原理，自主設計積分電路，在萬能板上自主使用分立元件搭建，之后使用統一測試平臺對功能進行檢測與驗證。在課堂中所學的知識通過實物再現的形式，驗證仿真結果同時還啟發學生去發現問題、學會分析問題，并提出解決此問題的可行性方法。

3.課后鞏固主要是學生線上交流平臺隨時提問，和老師反饋交流；線下完成實驗報告的數據處理和分析，并進行相應的實踐拓展。老師依據同學們的反饋，進行教學總結和學生的考核評價。

（四）多元化的考核評價體系

實驗室在電子類實驗的考核評價方面，建立了多元化、過程化、能力化的課程考核體系[6]，探索出著重培養學生創新實踐能力的實驗教學考核模式[7]。如表2 所示模數電實驗課程的考核評價體系。

表2 模數電實驗課程的考核評價體系

考評內容多元化：線上學習5%，仿真和紙質報告35%，實際操作40%，討論10%。

考評主體多元化：由教師、學生、課程平臺共同評價。

考核方式過程化：通過線上學習實現。單元測驗、作業+互評、課程討論等內容均在線上平臺有記錄。

考核內容能力化：強化仿真能力考查，提升課程學習的廣度和深度，增加綜合設計電路和工程實際問題，提升了學習的挑戰度。

四、成效與持續改進

電子類實驗課程采用線上線下混合式教學實踐模式并持續改進[8]，使得教師有時間擴充知識的廣度和深度；學生帶著問題來上課，創造了饑餓感，提高了學生的學習興趣，拓展了學生自主學習力和團隊合作精神；課堂面授增加了“教師解惑及討論、實踐拓展”環節，很好地解決了學生在課下仿真、實驗過程中出現的問題，同時線上平臺隨時和老師同學溝通交流，促進了理論與實踐的深度融合。

從2019 級開始實驗室實施新的教學模式，從圖6 中可以看出，近兩級的實驗成績平均分比18 級某班（傳統教學模式）逐年大幅提升，提高了10.8 分。近兩年學生參加“互聯網+”和藍橋杯等學科競賽的積極性和人數比例也提升了22%，獲獎比例也在持續提升。

圖6 近三年的情況對比分析

結語

實驗教內涵式建設學模式充分發揮了學生的自主性，提高了課堂的活躍性，讓學生從被動接受變成主動學習，獨立思考，有利于學生積極參與課堂教學，更有利于提高學習效率和組織協調的能力。線上線下混合式的教學模式對我校的“模擬電子技術”課程有很大的促進作用，教學效果和質量大幅提升。模擬電路實驗教學模式的改革，激發了學生學習模電數電的興趣，克服了難學的心理，學生的成績得到了普遍提高。同時也激發了學生參加實踐創新活動的內驅力，許多同學申請了各類大學生創新實踐項目，參賽成績也越來越好。

通過對學生的問卷調查分析得知，學生對該教學模式普遍認可，對線下實驗的設計、調試，以及問題的分析解決有很大幫助的達到了94%。“以學生為中心、以能力培養為導向”也發揮了積極作用，課程建設效果顯著，《模擬電子技術》課程已通過校課程評價，評定等級為國內一流。