線上線下+虛擬仿真混合教學模式在數字電子技術實驗教學中的應用探索

曲偉　邱成軍　羅俊琦　曲藝

摘 要：通過結合現代信息技術，混合式教學模式能夠打破傳統教學模式時空限制，激發學生學習興趣，提高學生參與度。為了提高數字電子技術實驗課程的教學效果，本文針對傳統數字電子技術實驗課程教學中存在的問題，開展了數字電子技術實驗線上線下混合式教學改革，構建了線上線下+虛擬仿真的混合式教學模式，精心設計了教學環節，優化教學方法和考核方式，不斷提高學生學習主動性。教學實踐表明通過課程持續改進，實現了以學生為中心課堂教學，提升了教學質量，教學效果顯著。

關鍵詞：數字電子技術實驗 混合式教學 教學環節 考核方式

Application Exploration of Online and Offline + Virtual Simulation Hybrid Teaching Mode in Digital Electronic Technology Experimental Teaching

Qu Wei Qiu Chengjun Luo Junqi Qu Yi

Abstract：Mixed teaching mode， combined with modern information technology， can break the time-space limitation of traditional teaching mode， stimulate students learning interest and improve students participation. In this paper， the digital electronic technology experiment online and offline + virtual simulation hybrid teaching reform is carried out according the problems of traditional digital electronic technology experimental course in order to improve the teaching effect. Teaching link is designed based on teaching content ， teaching method and examination method are optimized， and learning initiative of the students are improved. The teaching practice shows that the student-centered classroom teaching is realized， teaching quality is improved， and teaching effect is achieved remarkably.

Key words：digital electronic technology experiment， mixed teaching mode， teaching link， assessment method

1 引言

高等教育已經成為經濟發展的強勁推動力，在“互聯網+”時代的背景下，在“中國教育現代化”的新要求的引領下，國內高校利用互聯網積極開展線上課程建設與應用，信息化教學手段已為各高等院校進行課程教學改革的重要指導方向，也為高等院校的課程教學改革提供了行動指南。2018年４月教育部出臺了《教育信息化2.0行動》[1，2]文件、2019年中共中央、國務院印發了《中國教育現代化2035》[3]文件，促進了教育信息化的實施，推進了高等教育現代化的進程。這就意味著，結合信息技術進行線上線下教學改革滿足“加快推進教育現代化、建設教育強國”的新要求，也給高等院校工科類專業基礎課程利用信息化技術實施教學改革給帶了新機遇。

北部灣大學是一所特色鮮明的應用型本科院校，具有“一帶一路”的地緣優勢，學校近年來大力推進網絡教學資源建設，鼓勵教師建設適合本校學生特點和培養需求的異步SOPC線上線下混合式教學課程。數字電子技術課程教學團隊緊跟時代步伐，滿足我校發展的實際情況，堅持以工程教育專業認證“以學生為中心、成果產出、持續改進”的教育理念為核心[4]，對數字電子技術課程進行了線上線下混合式教學的探索與實踐。自2020年以來，開展了基于MOOC的數字電子技術線上線下混合教學模式的改革，同時也進行了線上線下混合式實驗教學模式的探索。

2 數字電子技術課程實驗教學現狀

數字電子技術課程是一門理論與實踐緊密結合的工科類專業基礎課程，具有很強的實踐性[5]，其課程的教學目標之一是使學生學會常用電子儀器測量、調試數字電路的方法，具備典型數字電路設計的初步能力，具備將數字電子技術應用于工程實踐的初步能力，數字電子技術實驗教學環節是培養這些能力重要教學環節。而目前學生主要特點是學習主動性差、缺乏學習熱情與興趣、團隊合作意識不強，加之學生對該課程的實驗重視程度不夠，缺少通過設計實驗、實驗操作、實驗數據獲取與處理，得到合理有效的實驗結論的能力[6]。具體表現如下：一是重視程度不夠，多數學生課前預習不足，存在對實驗內容不熟悉，實驗步驟不清晰，實驗器材與實驗儀器了解不夠。二是線下實驗課課堂教學時間的限制，教師對實驗操作一般只講一遍，學生在實驗實際操作中容易出現錯誤。三是課程考核方式單一，學生過于注重實驗結果和實驗報告，對實驗過程規范性重視不夠[7]，獲得合理有效實驗結論的能力不足，教學效果不盡理想。

3 線上線下+虛擬仿真混合式實驗教學模式的構建與實施

3.1 構建線上線下+虛擬仿真的混合式教學新模式

目前高校學生主力軍都是在網絡環境下成長起來的，具有超強的網絡學習欲望，以MOOC為代表的新型在線教育模式為其提供了前所未有的機會[8]，也為本課程進行線上線下混合式教學改革的順利實施提供了堅實的基礎條件。參考國內外高校工科類數字電子技術實驗課的教學模式，本課程團隊以“以學生為本，以能力為核心”的教學改革目標，構建了一套符合地方應用型院校實際情況的數字電子技術實驗線上線下+虛擬仿真混合式教學新模式，如圖1所示。

3.2 線上線下+虛擬仿真的混合式教學模式的實施

3.2.1 線上自主預習

為培養學生的自覺主動學習能力，創造一個符合信息技術時代特點的自主學習環境，本課程組在慕課平臺開展異步SPOC線上教學資源建設的基礎上，借助騰訊會議和班級QQ群開展實驗教學模式的的改革。課前教師提前向學生發布電子實驗指導書、實驗大綱、課件、視頻及實驗預習要求等教學資料，學生可以利用碎片化時間進行預習，了解實驗內容和實驗要求、實驗步驟和方法、需要記錄的實驗數據等內容。

3.2.2 虛擬仿真

數字電子技術課程組堅持課程目標和教學內容為主線，并借助EDA技術將難于理解的電路及工程實踐實例，利用電路仿真軟件進行仿真講解有助于學生對課程難點及重點知識的理解，同時也有助于實驗操作的理解。傳統實驗教學采用線下實操方式，受實驗條件和實驗場地的限制，而虛擬仿真打破了實驗條件和場地的限制，尤其是2020年疫情期間，實驗教學多數是在網上開展，學生在電腦端就可對實驗內容進行仿真，按照教師指定任務及要求完成實驗電路的搭建與實驗數據的測試，學生課前課隨時隨地完成預做，打破了時空限制。

3.2.3 線下課堂實操

通過課前預習和虛擬仿真實驗，學生對實驗內容、實驗步驟、實驗儀器等有了初步的了解，而且在預習過程中可能會產生疑問，并將問題帶入線下課堂，教師則可根據學生的問題進行不同側重點地講解實驗。課堂實操按照以下教學活動進行：1.實驗開始前教師依據學生課前預習提出的問題進行引導式解答，目的是引導學生在實驗中探索問題的答案。2.學生分組實驗，學生分組自行討論實驗方案及各自分工，按照實驗步驟進行實驗電路的搭建與測試，選擇合適的實驗設備進行實驗數據的觀測，并在實驗過程中進行拍照記錄數據，便于后續實驗數據分析與處理。教師則流動檢查規范學生的操作，解答學生實操過程中產生的新問題。3.每組實驗結束后，教師檢查實驗的完整性，與學生探討實驗數據等問題，學生在實驗結束前最后一項工作是將實驗儀器、實驗器材、實驗桌椅、實驗記錄本等歸位，進一步培養學生的實驗素養。

3.2.4 課后總結

為了進一步培養學生分析、解決和總結問題的能力，實驗課后環節總結必不可少。學生撰寫實驗報告，整理、分析與處理實驗數據，實驗總結和實驗心得與體會，教師審閱實驗報告，了解學生對本次實驗的掌握程度，為下一步實驗拓展和持續的教學改革提供基礎。

3.3 構建以學生為中心的線上線下教學環節

雖然線上短視頻回放和虛擬仿真打破了時空的限制，使學生學習更加便利，但學生自學能力存在很大差異，有的學生缺少理論練習實際的意識，尤其是在實驗教學中表現尤為明顯，有的學生對實驗儀器的使用不熟悉，有的學生實驗操作不夠規范，導致實驗結果獲得的難度增加，這就要求教師在教學環節中要精心設計教學活動，將課前、課中、課后的教學過程設計意圖與混合式教學模式的應用形成有機形成一體，確立教學目標。課前預習教學活動中，課前教師既可以借助慕課堂和異步SPOC平臺課程公告方式提前發布給學生，也可以借助Q群開課前向學生推送實踐教學內容部分課程公告。線下課堂教學活動中教師針對課前預習出現比較集中的疑難問題，進行針對性地講解，引導學生帶著問題進行實操，在實驗中摸索問題的答案，引導學生規范地記錄實驗數據，掌握實驗操作步驟規范，養成良好的實驗素養。課后總結教學活動中，要求學生學會整理、分析與處理實驗獲取的數據，能夠對實驗結果進行理論分析與實驗總結。這樣設計的教學環節（如表1所示），學生能夠預先知道學習目標，帶著問題進課堂，虛擬仿真實驗的實施使實驗更加直觀化、形象化和實際化，有助于提高課中實操教學環節的實施效果，課后有反思，學生的學習效率進一步提高。

4 線上線下+虛擬仿真教學考核評價體系的建立

課程考核方式是課程建設的重要環節，是檢驗學生學習效果的重要手段，也是評價課堂教學質量重要依據之一[9]。為了更加客觀評價實驗教學效果，構建了混合教學模式的數字電子技術實驗考核評價體系，如表2所示。考核內容由課前實驗預習、課中動手實操和課后實驗總結三部分構成，每部分考核內容和占比各自不同，從多維度評價學生的學習過程和學習能力，成績的評定更加合理和客觀。

5 總結與展望

本文從數字電子技術課程實驗教學現狀、混合式教學模式的構建和評價體系的設計方面探討了線上線下混合式數字電子技術實驗教學的改革與實施。對線上線下+虛擬仿真混合式教學模式、線上自主預習、線下課堂實操、課后總結教學環節及考核評價方式的創新進行了深入分析。在教學實施過程中形成了一套具有持續改進的混合式教學模式，創建了完整的線上線下交叉式導引學習機制，注重學生實驗素養的養成。通過教學改革，更新了授課教師的教育理念，激發了學生學習興趣，提高了學生自主學習的能力，促進了團隊合作意識的提升，取得了較好的教學效果，同時促進了本專業本科人才培養質量的提高，同時也為創新型、應用型人才的培養提供了新思路。

基金項目：廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于 MOOC《數字電子技術》課程混合式信息化教學模式的研究與實踐”（項目編號：2020JGA244）；廣西學位與研究生教育改革課題“海洋工程專業碩士實踐創新平臺構建及創新能力培養研究”（項目編號：JGY2020174）北部灣大學課程建設項目，“數字電子技術全英文課程”（項目編號：19QYKC09）；北部灣大學國際平臺英文慕課建設項目，“數字電子技術（Digital Electronics）”（項目編號：gjywpt01）。北部灣大學2020 年線上線下混合式 一流課程建設項目（第一批），數字電子技術（項目編號：無）。

參考文獻：

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[3] 李冀紅，萬青青，陸曉靜，楊瀾，曾海軍.面向現代化的教育信息化發展方向與建議——《中國教育現代化2035》引發的政策思考[J].中國遠程教育教育，2021（04）：21-30.

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[8]張宏偉，王海星，郭建鋒，王新環.基于騰訊課堂和虛擬仿真技術的嵌入式系統線上教學[J].實驗技術與管理，2220，37（12）：170-174.

[9]閆曉梅，王志社，高文華.“數字電子技術實驗”的“線上－線下混合”教學改革學[J].電氣電子教學學報，2221，43（3）：155-157.