基于視頻微課與口袋實(shí)驗(yàn)室的電類專業(yè)混合式教學(xué)模式研究

王連明

（海南熱帶海洋學(xué)院 海洋信息工程學(xué)院，海南 三亞 572022）

電類專業(yè)課程普遍以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等課程。然而，在這類課程的教學(xué)中普遍存在以下問題[1]。

（1）由于這類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)通常安排在理論教學(xué)之后，導(dǎo)致在理論教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)生理解困難，激發(fā)不了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；而在開始實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，學(xué)生通常又忘記了理論，只能盲目地按照設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不求甚解，最終導(dǎo)致課堂所學(xué)理論知識與實(shí)驗(yàn)所得相脫離，對原本應(yīng)該是完整的、系統(tǒng)的知識理解片面化、碎片化。

（2）由于每次實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，導(dǎo)致學(xué)生只能完成特定的、內(nèi)容與過程都已安排好的實(shí)驗(yàn)題目，不能全面、有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，學(xué)生的創(chuàng)新能力也得不到培養(yǎng)。

（3）目前的教學(xué)中，學(xué)生過分地依賴教材，缺少通過查閱相關(guān)資料全面而深入地理解所學(xué)知識的意愿，導(dǎo)致學(xué)生知識面狹窄、擴(kuò)展能力與創(chuàng)新能力欠缺。

針對以上問題，需要在這類課程教學(xué)中，促進(jìn)理論教學(xué)過程與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)融合，使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)就能夠通過動手實(shí)踐加強(qiáng)對所學(xué)理論的理解，從而避免理論知識的抽象化和后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程的流程化。

為解決上述問題，本文根據(jù)電類專業(yè)課程特點(diǎn)，將視頻微課和口袋實(shí)驗(yàn)室融入電類專業(yè)課程教學(xué)中，基于“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”教學(xué)理念，構(gòu)造了教師主導(dǎo)、學(xué)生主動、持續(xù)參與、課內(nèi)外相互促進(jìn)的混合式教學(xué)模式，并通過教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證了這一模式的有效性。

一、視頻微課與口袋實(shí)驗(yàn)室介紹

近幾年，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，視頻微課逐漸在以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。視頻微課通常是指以學(xué)習(xí)或教學(xué)應(yīng)用為目的、以闡述某一知識點(diǎn)為目標(biāo)、以短小精悍的在線教學(xué)視頻為表現(xiàn)形式的教學(xué)活動[2]。

視頻微課由于時(shí)間短、知識點(diǎn)明確、易于制作、可共享和可重復(fù)使用的特點(diǎn)，且呈現(xiàn)方式多樣，如動畫、評述和演示等，可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可廣泛應(yīng)用于預(yù)習(xí)、課堂演示、復(fù)習(xí)和討論等環(huán)節(jié)，且學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)和制作視頻微課，從而激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的潛能[3]。

口袋實(shí)驗(yàn)室是指將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱的核心功能壓縮至一塊小開發(fā)板上，易于擴(kuò)展、方便攜帶與調(diào)試。其打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)空限制，使學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其任何實(shí)驗(yàn)想法，學(xué)生和老師、學(xué)生和學(xué)生之間可以隨時(shí)交流實(shí)驗(yàn)體會和想法，從而能夠有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，提高動手實(shí)踐能力和理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，強(qiáng)化學(xué)生的探索精神與創(chuàng)新意識。

目前，口袋實(shí)驗(yàn)室理念在國內(nèi)外多所高校已得到廣泛的認(rèn)可和貫徹，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)和西安交通大學(xué)等都建立了數(shù)量、規(guī)模各異的口袋實(shí)驗(yàn)室，其不僅在電類專業(yè)的教學(xué)中得以應(yīng)用，在國外還將這一理念應(yīng)用于物理專業(yè)。另一方面，國際知名公司也紛紛注意到“口袋實(shí)驗(yàn)室”在高校教學(xué)中的流行趨勢，并積極推出相關(guān)產(chǎn)品支持這一教學(xué)模式。如ST 公司推出的NUCLEO-F401RE 用于嵌入式的學(xué)習(xí)，DIGILENT 公司推出的Basys3 用于數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等[4]。

將“口袋實(shí)驗(yàn)室”運(yùn)用到理論教學(xué)中具有如下優(yōu)勢。

（1）教師可以要求學(xué)生課外通過口袋實(shí)驗(yàn)室完成與課堂上所講授理論相關(guān)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而加深對理論知識的理解。教師也可以開展討論式教學(xué)或翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，即通過布置預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的問題，然后在課堂上通過討論問題完成教學(xué)任務(wù)。

（2）通過要求學(xué)生在課外做實(shí)驗(yàn)遇到問題時(shí)，自己動手查找資料解決問題，提高學(xué)生解決問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣。

從國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，視頻微課和口袋實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中通常都是分開使用的[5-6]，視頻微課主要用于為教學(xué)提供一些輔助視頻材料；而口袋實(shí)驗(yàn)室更多的是為學(xué)生提供一個(gè)課外的實(shí)驗(yàn)手段，依靠學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性發(fā)揮作用，口袋實(shí)驗(yàn)室也多應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中，與理論課教學(xué)相結(jié)合的有效模式還沒有形成。也就是說，現(xiàn)有的研究成果中，所采用的教學(xué)模式并沒有脫離傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

由于視頻微課和口袋實(shí)驗(yàn)室在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力方面具有突出的優(yōu)越性，因此，將它們?nèi)谌腚婎悓I(yè)課程教學(xué)中，將有效克服傳統(tǒng)理論課教學(xué)枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣的問題；也可以解決理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)的問題。

二、視頻微課、口袋實(shí)驗(yàn)室與理論教學(xué)的融合方式

綜合視頻微課和口袋實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)和優(yōu)勢，與理論課教學(xué)相融合的方式如圖1 所示。視頻微課的內(nèi)容可以是理論課相關(guān)知識的發(fā)展史、典型應(yīng)用、學(xué)術(shù)研究的最新成果、科技發(fā)展前沿和知識點(diǎn)的講解等。視頻微課可以根據(jù)理論課教學(xué)內(nèi)容和過程的需要由教師自行錄制，也可以從獲取的視頻資料中進(jìn)行截取形成。視頻微課的內(nèi)容可以根據(jù)理論課教學(xué)的需求設(shè)計(jì)，為理論課教學(xué)提供支撐；也可以針對口袋實(shí)驗(yàn)的需求設(shè)計(jì)，為學(xué)生課外進(jìn)行口袋實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。視頻微課由于只針對某一知識點(diǎn)設(shè)計(jì)，具有制作簡單、成本低、通用性強(qiáng)和時(shí)效性高的優(yōu)點(diǎn)，易于形成視頻微課庫。

圖1 綜合視頻微課、口袋實(shí)驗(yàn)室與理論課教學(xué)相融合的方式

口袋實(shí)驗(yàn)室的組成與具體的課程相關(guān)，如對于模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)等課程，只需面包板、導(dǎo)線和一些基本元器件即可搭接實(shí)驗(yàn)電路，電路測試所需儀器，如信號源、示波器等，可以采用基于電腦的虛擬儀器，也可以利用開放實(shí)驗(yàn)室的物理儀器。在理論課教學(xué)過程中，為了加強(qiáng)學(xué)生對所講授理論內(nèi)容的理解，教師可以布置課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對理論進(jìn)行驗(yàn)證或應(yīng)用，如三極管放大電路功能的驗(yàn)證；教師也可以通過布置具有特殊現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生在課堂上討論，通過討論完成理論課教學(xué)內(nèi)容。如放大電路的輸出信號失真現(xiàn)象。

為了使學(xué)生更好地完成課外口袋實(shí)驗(yàn)，教師可以錄制對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)的視頻微課；同時(shí)，學(xué)生也可以將口袋實(shí)驗(yàn)過程錄成視頻微課，經(jīng)篩選后充實(shí)視頻微課庫，這一過程可以提升學(xué)生被認(rèn)可的自豪感，從而極大地激發(fā)學(xué)生動手實(shí)踐的興趣。

三、課內(nèi)外融合的混合式教學(xué)模式構(gòu)建

教學(xué)模式是指在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序。通過上述分析可知，視頻微課、口袋實(shí)驗(yàn)室與理論教學(xué)具有各自的作用與優(yōu)勢，因此，針對每一門課甚至每一堂課，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)不同，通過將三者有機(jī)融合就可以形成不同的教學(xué)模式。

眾所周知，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是電類專業(yè)重要的必修基礎(chǔ)課程，通常安排在實(shí)驗(yàn)課之前開設(shè)，由于學(xué)生對器件和電路缺少直觀的認(rèn)知且大多數(shù)教學(xué)內(nèi)容是基于器件模型進(jìn)行電路分析，因此，模擬電子技術(shù)被電類專業(yè)學(xué)生認(rèn)為是最難理解的課程之一。另一方面，由于課程改革，基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)也被大大縮減。海南熱帶海洋學(xué)院這門課程只開設(shè)51 學(xué)時(shí)。在學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多且抽象的情況下，如何提高教學(xué)效果，是本門課程教師面臨的主要難題。

針對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀，并考慮到學(xué)生的課外時(shí)間相對充裕，筆者將視頻微課、口袋實(shí)驗(yàn)室融入理論教學(xué)，構(gòu)建了“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的課內(nèi)外循環(huán)融合”的教學(xué)模式，如圖2 所示。

圖2 教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的課內(nèi)外循環(huán)融合教學(xué)模式示意圖

此模式由6 個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，其中，3 個(gè)環(huán)節(jié)在課內(nèi)由教師主導(dǎo)進(jìn)行，還有3 個(gè)環(huán)節(jié)在課外由學(xué)生自主完成，各環(huán)節(jié)的作用如下。

（1）引導(dǎo)性講解：在此教學(xué)模式中，教師在課堂上只對本堂課的知識做引導(dǎo)性講解，包括本堂課所授知識的背景、框架、重點(diǎn)、難點(diǎn)和注意事項(xiàng)等，看似簡單，實(shí)則對教師提出了更高的要求，教師不僅要深入理解所授內(nèi)容，更要能深入淺出地講出來，且重點(diǎn)、難點(diǎn)突出。

（2）項(xiàng)目布置：由于課堂注重引導(dǎo)，則更多的具體內(nèi)容交給學(xué)生在課后完成。在項(xiàng)目布置環(huán)節(jié)，教師要根據(jù)本堂課的知識特點(diǎn)，選取合適的項(xiàng)目形式。之所以稱之為“項(xiàng)目”，是要求課后內(nèi)容要有探索性，促使學(xué)生自主思考[7]。項(xiàng)目的結(jié)果有差異性，從而避免學(xué)生相互抄襲，養(yǎng)成不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣。項(xiàng)目形式可以是問題討論、仿真實(shí)驗(yàn)或?qū)嵨飳?shí)驗(yàn)等。對于模擬電子技術(shù)課程，項(xiàng)目大多是相關(guān)器件或電路的課外電路搭接與功能或參數(shù)測試。

（3）文獻(xiàn)閱讀：所布置的項(xiàng)目要求學(xué)生必須閱讀一些文獻(xiàn)才能完成，至少應(yīng)該完成對教材中相關(guān)內(nèi)容的閱讀才能完成項(xiàng)目。教師針對某些項(xiàng)目，有針對性地提供一些視頻微課材料。

（4）項(xiàng)目分組實(shí)踐：為了促進(jìn)相互學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率；也為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識，更好地適應(yīng)社會的需求，課外項(xiàng)目實(shí)踐通常采用分組方式進(jìn)行，每組人數(shù)可以根據(jù)上課的總?cè)藬?shù)確定，保證在一段時(shí)間內(nèi)，所有同學(xué)都有展示成果的機(jī)會。對于實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目，學(xué)生要利用口袋實(shí)驗(yàn)室完成，并錄制實(shí)驗(yàn)視頻。

（5）問題總結(jié)：由于課外項(xiàng)目具有探索性，因此，要求每組給出項(xiàng)目結(jié)果并提出問題，以此激發(fā)學(xué)生養(yǎng)成良好的思考習(xí)慣。

（6）測試與討論：在理論課開始，教師要引導(dǎo)學(xué)生展示項(xiàng)目完成結(jié)果，并對項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論，以討論的方式完成對上一次教學(xué)內(nèi)容的總結(jié)。

經(jīng)過上述環(huán)節(jié)，一堂課的內(nèi)容更多的是由學(xué)生利用課外時(shí)間進(jìn)行消化吸收，培養(yǎng)了學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)、自主思考的習(xí)慣，也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識。教師在這一模式中要充當(dāng)過程的策劃者、組織者和知識學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，而不僅僅是知識的搬運(yùn)工。

為實(shí)踐此教學(xué)模式，我們將其運(yùn)用于海洋技術(shù)專業(yè)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，為了形成視頻微課資源，選用了楊欣教授等主編的《實(shí)例解讀模擬電子技術(shù)完全學(xué)習(xí)與應(yīng)用》為參考教材，該教材提供了大量的教學(xué)短視頻，可用作視頻微課；同時(shí)，選擇電路飛翔網(wǎng)提供的C1201 面包板實(shí)驗(yàn)套件作為口袋實(shí)驗(yàn)室，每組配備一套，用于學(xué)生課外搭接電路并實(shí)驗(yàn)。

四、教學(xué)案例

采用上述教學(xué)模式，針對不同的教學(xué)內(nèi)容可以布置不同的課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如在三極管放大電路部分的教學(xué)中，由于三極管的輸出特性曲線是理解三極管放大電路工作原理基礎(chǔ)，而學(xué)生通常對三極管輸出特性曲線的含義理解不深，導(dǎo)致對相關(guān)知識死記硬背，究其原因在于，學(xué)生們不清楚三極管的輸出特性曲線是如何獲得的。因此，在講授這一部分內(nèi)容時(shí)，布置的課外項(xiàng)目就是“晶體三極管輸出特性的測量與分析”，要求學(xué)生課外利用口袋實(shí)驗(yàn)室對輸出特性進(jìn)行測量，并對測量結(jié)果及物理含義進(jìn)行分析；課堂上要求展示實(shí)驗(yàn)過程的視頻，并給出分析結(jié)果，對于實(shí)驗(yàn)過程中的問題，在課堂上討論解決。學(xué)生課外會通過查找三極管輸出特性的測量電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。無論各組是否能夠順利完成課外實(shí)驗(yàn)，但都會帶著各種各樣的問題進(jìn)入課堂，這種帶著問題的學(xué)習(xí)會更有利于學(xué)生提高課堂聽課的注意力，高效地掌握和理解所學(xué)知識。

五、結(jié)論與展望

經(jīng)過兩學(xué)期的實(shí)踐，這種教學(xué)模式使課堂教學(xué)發(fā)生了明顯的變化，主要體現(xiàn)在以下方面。

課堂氣氛活躍，學(xué)生積極參與討論和發(fā)言；由于采用分組方式，促進(jìn)了學(xué)生之間的協(xié)作和互助，使班級整體形成了濃濃的學(xué)習(xí)氛圍；理論講解與動手實(shí)踐同步進(jìn)行，解決了理論知識與應(yīng)用實(shí)踐相脫離的問題，使抽象的理論變得生動、具體，有效提高了教學(xué)效果；經(jīng)過口袋實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)具備了基本的實(shí)驗(yàn)技能，也有效提高了后續(xù)模擬電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，學(xué)生從以前的照搬實(shí)驗(yàn)過程，到現(xiàn)在能夠積極主動地?cái)U(kuò)展實(shí)驗(yàn)要求，對實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行更深入的探索，體現(xiàn)出已經(jīng)比較扎實(shí)地掌握了所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識與實(shí)踐技能。

視頻微課、口袋實(shí)驗(yàn)室與理論教學(xué)的融合方式具有很大的靈活性、高效性和可擴(kuò)展性。視頻微課由于短小精悍，講究實(shí)效，因此易于制作；口袋實(shí)驗(yàn)室只用于實(shí)現(xiàn)簡單實(shí)驗(yàn)，通過簡單元器件就可以構(gòu)建；每位教師都可以根據(jù)自己對教學(xué)的理解設(shè)計(jì)不同的課外項(xiàng)目。因此，本研究所提出的教學(xué)模式也可擴(kuò)展應(yīng)用于其他電類專業(yè)課程的教學(xué)。其教學(xué)理念和方法也可以為不同專業(yè)的理論課程教學(xué)提供借鑒。

目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和線上線下教學(xué)的融合，各種課堂教學(xué)模式也被不斷提出。但由于教師所處的教學(xué)環(huán)境和面對的教學(xué)對象不同，只有因勢利導(dǎo)、因材施教，探索切實(shí)可行、行之有效的教學(xué)模式，才能切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。