基于五位一體的電子技術系列實驗課程建設

肖 平，肖 軍，張 瑩，楊 華，楊 楠，尹光明

（東北大學信息科學與工程學院，沈陽 110819）

0 引言

電子技術系列實驗課程依托于我校國家級電子實驗教學示范平臺，是工科專業學生必修的公共基礎實驗課程。該系列實驗課程的內容主要涉及模擬電子技術、數字電子技術及EDA 技術，是工科專業學生在電子信息相關領域必須掌握的基礎實驗實踐能力。因此，電子技術系列實驗課程是工科專業在實踐育人環節中的重要支撐課程。

近幾年，我校首批開設了機器人工程、工業智能、智能制造、未來技術工業智能等“新工科”專業。與此同時，傳統的自動化、電氣工程等老專業也在不斷調整培養計劃以適應國家戰略與區域經濟社會發展需求。調整后的專業培養計劃對電子技術系列實驗課程在基礎實踐和創新能力培養制定了更明確的課程目標。

傳統電子技術系列實驗課程受課程設置、教學模式及實驗設備的影響，存在教學設計目標導向不足，學生創新意識及自主能力薄弱，實驗教學資源及實驗時間不足等問題，已不能與新的課程目標相匹配［1］。

因此，自“十三五”電子國家級實驗教學改革及示范工程建設以來，為了發揮電子技術系列實驗課程在實踐育人中的主體基礎支撐作用，達成課程目標，系列實驗課程在信息化監控及管理、線上課程建設、實驗教學評價及內容設計等進行了深入建設與研究。

1 電子技術系列實驗課程概況

電子技術系列實驗課程為獨立設課，現階段面向自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、電子科學與技術等專業，基本情況見表1。根據數據統計，系列實驗課程每年可接納700 余名在校本科生開展實驗學習。

表1 電子技術系列實驗課程基本情況

2 電子技術系列實驗課程建設規劃

電子技術系列實驗課程區別于理論課程，其建設除了涉及課程內容，還需考慮實驗設備、教學模式等。因此，系列實驗課程圍繞實驗教學的全流程，在信息技術、教學設計、思政育人、遠程平臺以及人才培養方面重新制定了“五位一體”的建設規劃，見圖1。

圖1 電子技術系列實驗課程總體規劃建設

（1）堅持信息技術與教育教學深度融合的核心理念，以信息化產業技術為支撐，發揮智能監管及監控平臺在實驗教學過程中的主體作用，建立學情分析及課程反饋渠道，進而實現教學相長的目的。

（2）完善和規范實驗教學全流程，明確課程目標，推進基于產出式學習的教學設計，規范實驗教學要求和考核評價，加強系列實驗課程內容的高階性、創新性和挑戰度，推進數字化教學資源建設，加快配套實驗平臺的升級及改造，全面深化高質量實驗課程的建設，落實“以本為本，四個回歸”在實驗教學的主體地位［2］。

（3）加強實驗思政課程建設，充分挖掘所授內容的研究背景、科學意義、研究目的以及社會價值，以潤物無聲的方式，培養學生的家國情懷、專業使命、責任擔當與創新熱情［3］。

（4）加快遠程輔助教學實驗平臺建設，讓學習者能夠通過遠程平臺真實還原實驗現場，延長學習者的實驗時間，進而實現系列實驗課程的共享共用［4］。

（5）建立健全創新應用型人才培養機制，為人才提供良好的實驗環境，提升實驗項目的挑戰度，鼓勵人才之間的互相協助，支持人才在技術創新方面的應用。

3 電子技術系列實驗課程實施內容

3.1 實驗教學智能監管系統

實驗教學智能監管系統是專為電子技術系列實驗課程開發的一款教輔系統，將系統安裝在計算機上即可使用。監管系統是由預習檢測、在線實驗、實驗總結及學情分析4 個核心功能組成，并在閉環型實驗教學環節中發揮監管學生自主學習的作用［5-7］。實驗教學智能監管系統架構見圖2。

圖2 實驗教學智能監管系統架構

預習檢測由教師在課前發布，學生端接收到預習任務后，在系統中下載預習資料和視頻，完成預習試題。預習合格后，方可進入實驗室。預習檢測環節具有防作弊功能，預習檢測時間結束后才可查看錯題情況。

學生進入實驗室后，登錄實驗教學智能監管系統開展在線實驗。由于電子技術系列實驗課程測量數據均為電信號，電信號能夠通過電子測量設備與實驗教學智能監管系統進行數據傳輸［5-7］。學生在實驗室利用實驗教學智能監管系統進行在線實驗情況見圖3。

在線實驗環節中，獲取的電信號數據可以通過監測點的形式呈現在系統頁面上。在線實驗界面如圖4所示。教師根據實驗流程設置監測點，并設置數據誤差范圍。學生按照實驗流程，通過系統實時獲取監測點數據，直至完成實驗內容。在出現錯誤數據時，多數學生能夠主動分析并解決問題，直至獲取正確數據。通過設置監測點的方式，使系統在一定程度上監管學生的自主實驗。

圖4 實驗教學智能監管系統在線實驗界面

在線實驗完成后，學生通過實驗教學智能監管系統填寫實驗報告。教師可根據實驗報告中，實驗內容設置數據截圖模塊、數據表格模塊、文本模塊。

系統根據學情大數據針對各階段實驗教學環節，推送相關數據信息［9］，進行學情分析。實驗教學智能監管系統可分析各階段學生提交的錯誤與正確率，試錯情況及耗時情況等。根據系統反饋的分析結果，教師對課程內容進行動態調整。學情分析結果見圖5。

圖5 實驗教學智能監管系統學情分析

3.2 線上實驗課程

線上實驗課程是電子技術系列實驗課程的輔助教學內容。學生通過計算機或手機端訪問網絡地址，即可觀看實驗課程的相關視頻。通過線上實驗課程，能夠更高效地幫助學生進行課前的預習準備工作，提高課中的實驗學習效果。

電子技術系列實驗課程已在中國大學慕課平臺上發布“電工電子技術實驗（數字電子部分）”及“電工電子技術實驗（模擬電子部分）”2 門線上課程，并在“電工電子實驗”微信公眾號以及實驗教學智能監管系統中同步發布相關教學視頻。學生可以任意選擇線上平臺，觀看線上實驗課程資源進行實驗預習。

3.3 基于OBE教學模式的實驗教學設計

OBE教學模式是一種基于產出式學習的教育模式，其核心內容是強調在教學過程中注意學生所能取得學習成果的形式、學習的現實意義以及取得這些學習成果的有效途徑等［10-11］。

因此，電子技術系列實驗課程在OBE教學理念的指導下，重新定位了各專業培養目標與課程目標的對應關系，明確實驗課程產出式總學習指標，進而規范實驗課程教學要求和考核評價標準，開展“基礎＋擴展＋提升”的階梯式實驗項目內容設計，已達到產出式學習的預期效果。

在規范的實驗課程教學要求框架下，電子技術系列實驗課程再將產出式學習指標對應到實驗項目中。以測控技術與儀器專業“模擬電子學實驗”課程為例，介紹基于OBE教學模式的“波形轉換電路”實驗項目設計，見表2。

表2 基于OBE教學模式的“波形轉換電路”實驗項目設計

“波形轉換電路設計”實驗項目中，通過階梯式的課程設計，使每個學生都能夠完成實驗內容，獲得產出式學習成果。只是部分學生通過“提升”內容，能夠認識到在較高頻率下運算放大器增益帶寬積、壓擺率等參數對電路設計的影響，產出深度學習成果，滿足了學生的創新需求。

基于OBE教學模式的實驗教學課程，簡單的“預習＋實驗過程＋實驗報告”考核評價方式已經不能合理量化學生的實踐能力和綜合素質［12］。因此，電子技術系列實驗課程根據基礎驗證型、綜合設計型和創新驅動型實驗項目的設置，重新制定與產出式教育模式相匹配的細化分級的規范化考核標準。

隨著實驗教學智能監管系統的深入推進，線上考核方式更能夠客觀真實地評價學生的學習情況。因此，電子技術系列課程的考核評價方式也從線下考核轉變為“線上＋線下”的混合考核［13］。學生以小組形式進行考核如圖6 所示。具體規范化考核評價標準，見表3。

表3 電子技術系列實驗課程考核評價標準

3.4 培育實驗思政課程

思政育人建設將思想政治教育元素融入實驗項目設計，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響［14］。電子技術系列實驗課程以“國際熱點”“身邊人”和“身邊事”為核心元素，將家國情懷、專業使命、責任擔當與創新熱情融入實驗設計中，制作了“課程思政”專題，編寫了基于“課程思政”的實驗教學大綱。以“電工電子技術實驗（數字電子部分）”為例，介紹基于實驗項目的思政案例，見表4。

表4 基于實驗項目的思政案例

4 電子技術系列實驗課程建設成效

自“十三五”電子國家級實驗教學改革及示范工程建設以來，在電子技術系列實驗課程建設規劃的指導下，各項改革內容得到初步落實，現已出版“十一五”國家規劃教材2 本“數字邏輯與數字系統（第5版）”實驗教程、“電路與電子學（第5 版）實驗教程”，新形態教材1 本“電工學實驗教程”。

2020年，電工電子技術實驗（數字電子部分）被評為遼寧省線下一流課程；2022 年，電工電子技術實驗（模擬電子部分）被評為遼寧省線下一流課程。

5 結語

電子技術系列實驗課程為了發揮在實踐育人中的主體基礎支撐作用，達成新的課程目標，重新制定了基于五位一體的建設規劃方案，明確了系列實驗課程的建設方向，建設了實驗教學智能監管系統，推進了基于OBE教學模式在實驗教學中的應用，培育了實驗思政課程等，并顯著提高了系列實驗課程的教學質量和教學效果，普遍提升了學生的自主實踐能力和綜合素質，重點滿足了創新應用型人才的需求［15-16］。但由于建設周期不足等原因，遠程平臺仍正在實施中。后續建成后，電子技術系列實驗課程將全面實現基于五位一體的建設規劃。