在远程教育领域开设《电路》课程网络实验的探索

张晓霞　应柏青　张锋

摘 要： 介绍了在远程教育领域开设《电路》课程网络实验的一些设想，并就已完成的《电路》课程网络实验为例，讨论了网络实验的制作方法和特色，指出在实验教学环节相对薄弱的远程教育领域，开设网络课程实验，使学生通过网络接受实验教学环节，对培养学生的动手能力、设计能力和创新能力所起的作用不可忽视。在远程教育蓬勃发展的今天，为培养适应社会需求的复合型工程技术人才，坚持“学以致用、求新求精”的原则是开设网络实验的必然发展趋势。

关键词： 远程教育； 电路； 网络实验； 站点

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）11?0155?03

Abstract： Some ideas about the creation of "Circuit" course network experiment in the field of distance education is introduced in this paper. Taking the compleshed network experiment of "Circuit" course for example， the method and characteristics of network experiment are discussed. It is pointed out that the ceation of the network course experiment in the field of distance education which is a weak link in experiment can not be ignored for the students to accept experiment teaching through the network， and improve their practical ability， design ability and creativity. Today in distance education flourish， it is inevitable trend to create network experiment for training complex engineering and technical personnel needed by society， and persisting in "Learning， Innovation and Refinement" principles.

Keywords： distance education； "Circuit"； network experiment； station spot

0 引 言

随着计算机多媒体技术和网络通信技术的飞速发展，接受远程教育的学生人数也在成倍增长。西安交通大学网络教育学院在天地网远程教育平台支撑下，承担着150门，8 000余学时的网络课程的教学任务。在本学院开设的高起专、专升本的课程中，土木、护理学、机械工程及自动化、环境工程、电力系统及自动化等专业的多门课程都属于依赖实践的工科类课程。在远程教学过程中，由于学生和教学机构在时间和空间上的分隔，使得实验教学难以实施，实践教学环节相对较弱。如何让接受远程教育的学生也能通过网上开设的网络课程实验加深对基本概念的理解，提高动手能力，开展设计性和探究性实验，是当前远程教学中急需解决的问题。为此，有必要在开设网络实验的模式上进行一定的探索。下面通过已完成的《电路》课程网络实验阐述一些具体的做法。

1 开设《电路》课程网络实验的设想

实验教学资源共享能够最大限度地提高实验建设的投资效益，实现资源共享、优势互补、合作办学。然而校际间的实验室仪器设备和师资力量的共享由于涉及到方方面面的因素，相比之下单纯以信息传播为主的网络资源共享，在实现上就容易了许多[1]。利用现代技术对传统实验教学给予改善和补充，构建网络实验课程使学生通过网络接受实验教学环节，这是制作《电路》课程网络实验的初衷。

与全日制在校学生不同，接受远程教育的学生没有在实验室完成实验的条件。如果只将实验过程录制为教学片让学生观看，由于理论知识不系统，又缺少参与性，学生必定学得枯燥，达不到实验教学的目的，影响实验教学质量，这种单一的教学方法不可取。对《电路》课程网络实验模式有新的设想。

1.1 组织实验内容

根据《电路》课程的特点精心组织实验内容。在网络学院远程实验课程的教学计划框架下，组织实验内容时注意在这两方面进行选材：（1） 始终围绕教材，根据《电路》课程重点、难点设置典型实验。例如，“线性动态电路的研究”、“RLC串联电路的谐振”[2]等，通过实验可使学生深入理解和掌握课程内容。（2） 将课程内容进行综合，设置综合性实验，培养学生灵活应用所学知识的能力。例如，“无源网络的故障检测”实验，将故障预置在电路板中，要求学生自行设计实验方案，采集数据，灵活应用课程中所学的理论计算方法，查找故障原因。

1.2 建立虚拟实验室

实现的思路：在B/S架构的虚拟实验教学系统中，虚拟实验平台通过Java Applet，ActiveX或Flash插件，提供界面仿真、电路图表示、电路求解和操作控制等功能[3]。学生在接近真实的虚拟实验平台上可以搭建任意实验。这样，学生既可通过虚拟实验平台完成实验教学任务，又可自主设计实验，有利于培养设计能力和创新意识。

同时，还可以利用工程软件Pspice，Workbench在计算机上建立虚拟实验环境，使学生通过接近真实的人机交互界面完成实验。例如，在电路实验“RLC串联电路的谐振”实验中，设计利用小信号交流分析时附带参数分析的方法，得到不同参数解算下的图形变化曲线，使学生从动态的变化过程中加深对选择性、品质因数、带宽等问题的理解。其原理图及输出结果，如图1与图2所示[4]。

1.3 确定评价方案

对于实验效果的评价是整个网络实验教学设计的关键环节。网络实验教学效果的检测这里设计了以下方案：

（1） 要求学生在规定的课程学习期间提交一份实习报告。实习报告是实验工作的全面总结，整理实验结果是实验的重要环节，通过整理及编写报告可以系统地理解实验教学中所获得的知识，建立清晰的概念。而网络学生恰恰缺少这方面的训练。我们设想在学生学习完一项实验后，给出相关内容的思考题，学生通过虚拟实验室，独立完成思考题，并提交具有理论计算及仿真结果对比分析的实验报告，作为获得实验成绩的评价依据。

（2） 在期末考试时，实验的内容在考试题目中体现。

（3） 根据上网学习课程实验的累计时间等方式来有效检测学生学习效果。

通过以上方式可促进学生自主学习，提高学生综合素质，并能在一定程度上反映学生对于实验内容的掌握程度。

2 《电路》课程网络实验的制作

2.1 开发团队

《电路》课程网络实验开发团队由教师、实验技术人员、网站技术开发人员及视频开发制作人员四部分共同组成。教师主要负责实验课程的设置、实验大纲、实验指导及实验操作步骤脚本的撰写工作。实验技术人员根据实验操作脚本要求进行规范的实验操作。网站技术开发人员主要负责学习平台的搭建、技术性和功能性架构的设计、页面的美术设计及站点的建设工作。视频开发制作人员负责视听教材素材拍摄及后期制作[5]。

2.2 实验项目

在已完成的《电路》课程网络实验中，共设有11个实验项目，他们分别为：戴维宁定理和诺顿定理、无源网络的故障检测、示波器的使用、基本运算电路、线性动态电路的研究、交流参数的测定、RLC串联电路的谐振、耦合电感、三相电路、方波?三角波发生器、有源RC滤波器的设计与调试[6?7]。

2.3 实验呈现方式

网络实验由文字、视听教材、Pspice虚拟环境等方式呈现。文字部分以网页的形式呈现，采用drmewervea网页制作工具完成。视听教材的录制采用两种方法：

（1）在电路实验室内现场拍摄，后期采用专业视频编辑软件eduis实现剪辑。

（2）采用截屏工具软件，跟踪计算机屏幕上的显示画面自动录制，生成视频文件。

2.4 站点的结构设计

一级目录：电路主页显示11个实验标题。

二级目录：每一个实验的具体内容栏目，分别为教学大纲、实验指导、实验课堂、实验操作、仪器介绍、仿真实验、虚拟实验室、实验报告、参考资料。

三级目录：相应栏目的具体内容呈现。各个模块的呈现方式为教学大纲：用静态页面呈现；实验指导：用静态页面呈现；实验课堂：将视频文件嵌套到网页中；实验操作：将视频文件嵌套到网页中；仪器介绍：将视频文件嵌套到网页中；仿真实验：链接仿真实验演示文件；虚拟实验室：Pspice/Workbench虚拟环境；实验报告：用静态页面呈现；参考资料：静态页面呈现。

2.4.1 实验课堂

在“实验课堂”模块中，设计思路是突出实验课程中实验教师一对一实验指导的效果，采取图文并茂的形式，将老师的讲授场景虚拟成了一个演播室，在演播室中设计了屏幕，屏幕上的文字、图片、电路图等和老师的授课内容同步进行，实验课堂截屏如图3所示。

2.4.2 实验操作

在“实验操作”模块中所呈现的视听教材都是在西安交通大学电路实验室内拍摄，拍摄环境真实，拍摄主题突出，画面整洁。利用转场来强化实验的步骤，可以清楚地交代已经进入下一个实验环节，对于呈现电流及电压等变化过程的画面采取特写镜头。后期制作又柔和进大量的字幕、电路原理图、接线图、电路公式等，使整个视频内容丰富、讲解清晰、画面流畅，便于学生自主学习。

2.4.3 仿真实验

对“仿真实验”模块中所呈现的视听教材，首次采用截屏工具软件生成。主讲教师在计算机前，对每个电路实验项目在Pspice仿真环境下，从搭建电路、设置元件参数、标注结点标号、设置分析类型，到求解计算，最终获得结果图的每一步操作过程，边操作边讲解，由截屏工具软件对计算机屏幕上的显示画面及教师的语音进行录制，生成视频文件。采用这种方式生成的视听教材避免了摄像机在拍摄计算机屏幕上的画面时所产生的闪烁现象，使画面稳定清晰，适合长时间观看。

2.4.4 虚拟实验室

站点提供Pspice和Workbench链接地址。学生可在这两种虚拟环境下，利用软件中提供的元件库，搭建实验电路，完成实验报告中要求的思考题，也可以自行设计实验，验证理论知识理解的正确性。在无法及时答疑的远程教育领域，虚拟实验室无疑为自主学习的学生提供了一个学习好帮手。

3 网络实验特色

（1） 网络实验课件知识系统，不但可以使教学思路清晰、解答详细，而且重点内容还可以重复播放，以加强理解和加深印象。

（2） 知识学习和虚拟实验有机融合，形成完整的实验教学体系，加深了学生对理论课程的理解，开拓了学生的思路，促进理论课程教学质量的提高，收到了良好的教学效果。

（3） 虚拟实验室打破了网络实验的不可操作性。教师可根据教学需要灵活添加实验器材及实验项目。学生也可自行设计实验，获得实验结果，调动了学生的学习自主和积极性。

（4） 通过网络实验，提高学生分析问题与解决问题的能力。计算机的计算结果可与学生手算结果进行比对，使学生在自行查找出错原因的过程中，提高分析问题与解决问题的能力。

4 结 论

在实验教学环节相对薄弱的远程教育领域，开设网络课程实验，使学生通过网络接受实验教学环节，对培养学生的动手能力、设计能力和创新能力所起的作用不可忽视。在远程教育蓬勃发展的今天，为培养适应社会需求的复合型工程技术人才，坚持“学以致用、求新求精”的原则是开设网络实验的必然发展趋势。

参考文献

[1] 洪延姬.网络课程设计原理与方法：远程教育专业教材[M].北京：中国宇航出版社，2004.

[2] 吴仕宏.Fundamentals of Electric Circuit Theory电路基础[M].北京：北京大学出版社，2012.

[3] 张晓霞，阮春蕾.《药剂学》远程实验系列课程的设计与开发[J].中国医学教育技术，2013（6）：666?668.

[4] 应柏青.Pspice在电路实验教学中的应用[J].高校实验室工作研究，2007（4）：4?5.

[5] 刘清堂，王忠华，李书明.网络教育资源设计与开发[M].北京：北京大学出版社，2009.

[6] 邱关源，罗先觉.电路[M].5版.北京：高等教育出版，2006.

[7] 赵录怀.电路与电磁场实验[M].北京：高等教育出版社，2001.

1.3 确定评价方案

对于实验效果的评价是整个网络实验教学设计的关键环节。网络实验教学效果的检测这里设计了以下方案：

（1） 要求学生在规定的课程学习期间提交一份实习报告。实习报告是实验工作的全面总结，整理实验结果是实验的重要环节，通过整理及编写报告可以系统地理解实验教学中所获得的知识，建立清晰的概念。而网络学生恰恰缺少这方面的训练。我们设想在学生学习完一项实验后，给出相关内容的思考题，学生通过虚拟实验室，独立完成思考题，并提交具有理论计算及仿真结果对比分析的实验报告，作为获得实验成绩的评价依据。

（2） 在期末考试时，实验的内容在考试题目中体现。

（3） 根据上网学习课程实验的累计时间等方式来有效检测学生学习效果。

通过以上方式可促进学生自主学习，提高学生综合素质，并能在一定程度上反映学生对于实验内容的掌握程度。

2 《电路》课程网络实验的制作

2.1 开发团队

《电路》课程网络实验开发团队由教师、实验技术人员、网站技术开发人员及视频开发制作人员四部分共同组成。教师主要负责实验课程的设置、实验大纲、实验指导及实验操作步骤脚本的撰写工作。实验技术人员根据实验操作脚本要求进行规范的实验操作。网站技术开发人员主要负责学习平台的搭建、技术性和功能性架构的设计、页面的美术设计及站点的建设工作。视频开发制作人员负责视听教材素材拍摄及后期制作[5]。

2.2 实验项目

在已完成的《电路》课程网络实验中，共设有11个实验项目，他们分别为：戴维宁定理和诺顿定理、无源网络的故障检测、示波器的使用、基本运算电路、线性动态电路的研究、交流参数的测定、RLC串联电路的谐振、耦合电感、三相电路、方波?三角波发生器、有源RC滤波器的设计与调试[6?7]。

2.3 实验呈现方式

网络实验由文字、视听教材、Pspice虚拟环境等方式呈现。文字部分以网页的形式呈现，采用drmewervea网页制作工具完成。视听教材的录制采用两种方法：

（1）在电路实验室内现场拍摄，后期采用专业视频编辑软件eduis实现剪辑。

（2）采用截屏工具软件，跟踪计算机屏幕上的显示画面自动录制，生成视频文件。

2.4 站点的结构设计

一级目录：电路主页显示11个实验标题。

二级目录：每一个实验的具体内容栏目，分别为教学大纲、实验指导、实验课堂、实验操作、仪器介绍、仿真实验、虚拟实验室、实验报告、参考资料。

三级目录：相应栏目的具体内容呈现。各个模块的呈现方式为教学大纲：用静态页面呈现；实验指导：用静态页面呈现；实验课堂：将视频文件嵌套到网页中；实验操作：将视频文件嵌套到网页中；仪器介绍：将视频文件嵌套到网页中；仿真实验：链接仿真实验演示文件；虚拟实验室：Pspice/Workbench虚拟环境；实验报告：用静态页面呈现；参考资料：静态页面呈现。

2.4.1 实验课堂

在“实验课堂”模块中，设计思路是突出实验课程中实验教师一对一实验指导的效果，采取图文并茂的形式，将老师的讲授场景虚拟成了一个演播室，在演播室中设计了屏幕，屏幕上的文字、图片、电路图等和老师的授课内容同步进行，实验课堂截屏如图3所示。

2.4.2 实验操作

在“实验操作”模块中所呈现的视听教材都是在西安交通大学电路实验室内拍摄，拍摄环境真实，拍摄主题突出，画面整洁。利用转场来强化实验的步骤，可以清楚地交代已经进入下一个实验环节，对于呈现电流及电压等变化过程的画面采取特写镜头。后期制作又柔和进大量的字幕、电路原理图、接线图、电路公式等，使整个视频内容丰富、讲解清晰、画面流畅，便于学生自主学习。

2.4.3 仿真实验

对“仿真实验”模块中所呈现的视听教材，首次采用截屏工具软件生成。主讲教师在计算机前，对每个电路实验项目在Pspice仿真环境下，从搭建电路、设置元件参数、标注结点标号、设置分析类型，到求解计算，最终获得结果图的每一步操作过程，边操作边讲解，由截屏工具软件对计算机屏幕上的显示画面及教师的语音进行录制，生成视频文件。采用这种方式生成的视听教材避免了摄像机在拍摄计算机屏幕上的画面时所产生的闪烁现象，使画面稳定清晰，适合长时间观看。

2.4.4 虚拟实验室

站点提供Pspice和Workbench链接地址。学生可在这两种虚拟环境下，利用软件中提供的元件库，搭建实验电路，完成实验报告中要求的思考题，也可以自行设计实验，验证理论知识理解的正确性。在无法及时答疑的远程教育领域，虚拟实验室无疑为自主学习的学生提供了一个学习好帮手。

3 网络实验特色

（1） 网络实验课件知识系统，不但可以使教学思路清晰、解答详细，而且重点内容还可以重复播放，以加强理解和加深印象。

（2） 知识学习和虚拟实验有机融合，形成完整的实验教学体系，加深了学生对理论课程的理解，开拓了学生的思路，促进理论课程教学质量的提高，收到了良好的教学效果。

（3） 虚拟实验室打破了网络实验的不可操作性。教师可根据教学需要灵活添加实验器材及实验项目。学生也可自行设计实验，获得实验结果，调动了学生的学习自主和积极性。

（4） 通过网络实验，提高学生分析问题与解决问题的能力。计算机的计算结果可与学生手算结果进行比对，使学生在自行查找出错原因的过程中，提高分析问题与解决问题的能力。

4 结 论

在实验教学环节相对薄弱的远程教育领域，开设网络课程实验，使学生通过网络接受实验教学环节，对培养学生的动手能力、设计能力和创新能力所起的作用不可忽视。在远程教育蓬勃发展的今天，为培养适应社会需求的复合型工程技术人才，坚持“学以致用、求新求精”的原则是开设网络实验的必然发展趋势。

参考文献

[1] 洪延姬.网络课程设计原理与方法：远程教育专业教材[M].北京：中国宇航出版社，2004.

[2] 吴仕宏.Fundamentals of Electric Circuit Theory电路基础[M].北京：北京大学出版社，2012.

[3] 张晓霞，阮春蕾.《药剂学》远程实验系列课程的设计与开发[J].中国医学教育技术，2013（6）：666?668.

[4] 应柏青.Pspice在电路实验教学中的应用[J].高校实验室工作研究，2007（4）：4?5.

[5] 刘清堂，王忠华，李书明.网络教育资源设计与开发[M].北京：北京大学出版社，2009.

[6] 邱关源，罗先觉.电路[M].5版.北京：高等教育出版，2006.

[7] 赵录怀.电路与电磁场实验[M].北京：高等教育出版社，2001.

1.3 确定评价方案

对于实验效果的评价是整个网络实验教学设计的关键环节。网络实验教学效果的检测这里设计了以下方案：

（1） 要求学生在规定的课程学习期间提交一份实习报告。实习报告是实验工作的全面总结，整理实验结果是实验的重要环节，通过整理及编写报告可以系统地理解实验教学中所获得的知识，建立清晰的概念。而网络学生恰恰缺少这方面的训练。我们设想在学生学习完一项实验后，给出相关内容的思考题，学生通过虚拟实验室，独立完成思考题，并提交具有理论计算及仿真结果对比分析的实验报告，作为获得实验成绩的评价依据。

（2） 在期末考试时，实验的内容在考试题目中体现。

（3） 根据上网学习课程实验的累计时间等方式来有效检测学生学习效果。

通过以上方式可促进学生自主学习，提高学生综合素质，并能在一定程度上反映学生对于实验内容的掌握程度。

2 《电路》课程网络实验的制作

2.1 开发团队

《电路》课程网络实验开发团队由教师、实验技术人员、网站技术开发人员及视频开发制作人员四部分共同组成。教师主要负责实验课程的设置、实验大纲、实验指导及实验操作步骤脚本的撰写工作。实验技术人员根据实验操作脚本要求进行规范的实验操作。网站技术开发人员主要负责学习平台的搭建、技术性和功能性架构的设计、页面的美术设计及站点的建设工作。视频开发制作人员负责视听教材素材拍摄及后期制作[5]。

2.2 实验项目

在已完成的《电路》课程网络实验中，共设有11个实验项目，他们分别为：戴维宁定理和诺顿定理、无源网络的故障检测、示波器的使用、基本运算电路、线性动态电路的研究、交流参数的测定、RLC串联电路的谐振、耦合电感、三相电路、方波?三角波发生器、有源RC滤波器的设计与调试[6?7]。

2.3 实验呈现方式

网络实验由文字、视听教材、Pspice虚拟环境等方式呈现。文字部分以网页的形式呈现，采用drmewervea网页制作工具完成。视听教材的录制采用两种方法：

（1）在电路实验室内现场拍摄，后期采用专业视频编辑软件eduis实现剪辑。

（2）采用截屏工具软件，跟踪计算机屏幕上的显示画面自动录制，生成视频文件。

2.4 站点的结构设计

一级目录：电路主页显示11个实验标题。

二级目录：每一个实验的具体内容栏目，分别为教学大纲、实验指导、实验课堂、实验操作、仪器介绍、仿真实验、虚拟实验室、实验报告、参考资料。

三级目录：相应栏目的具体内容呈现。各个模块的呈现方式为教学大纲：用静态页面呈现；实验指导：用静态页面呈现；实验课堂：将视频文件嵌套到网页中；实验操作：将视频文件嵌套到网页中；仪器介绍：将视频文件嵌套到网页中；仿真实验：链接仿真实验演示文件；虚拟实验室：Pspice/Workbench虚拟环境；实验报告：用静态页面呈现；参考资料：静态页面呈现。

2.4.1 实验课堂

在“实验课堂”模块中，设计思路是突出实验课程中实验教师一对一实验指导的效果，采取图文并茂的形式，将老师的讲授场景虚拟成了一个演播室，在演播室中设计了屏幕，屏幕上的文字、图片、电路图等和老师的授课内容同步进行，实验课堂截屏如图3所示。

2.4.2 实验操作

在“实验操作”模块中所呈现的视听教材都是在西安交通大学电路实验室内拍摄，拍摄环境真实，拍摄主题突出，画面整洁。利用转场来强化实验的步骤，可以清楚地交代已经进入下一个实验环节，对于呈现电流及电压等变化过程的画面采取特写镜头。后期制作又柔和进大量的字幕、电路原理图、接线图、电路公式等，使整个视频内容丰富、讲解清晰、画面流畅，便于学生自主学习。

2.4.3 仿真实验

对“仿真实验”模块中所呈现的视听教材，首次采用截屏工具软件生成。主讲教师在计算机前，对每个电路实验项目在Pspice仿真环境下，从搭建电路、设置元件参数、标注结点标号、设置分析类型，到求解计算，最终获得结果图的每一步操作过程，边操作边讲解，由截屏工具软件对计算机屏幕上的显示画面及教师的语音进行录制，生成视频文件。采用这种方式生成的视听教材避免了摄像机在拍摄计算机屏幕上的画面时所产生的闪烁现象，使画面稳定清晰，适合长时间观看。

2.4.4 虚拟实验室

站点提供Pspice和Workbench链接地址。学生可在这两种虚拟环境下，利用软件中提供的元件库，搭建实验电路，完成实验报告中要求的思考题，也可以自行设计实验，验证理论知识理解的正确性。在无法及时答疑的远程教育领域，虚拟实验室无疑为自主学习的学生提供了一个学习好帮手。

3 网络实验特色

（1） 网络实验课件知识系统，不但可以使教学思路清晰、解答详细，而且重点内容还可以重复播放，以加强理解和加深印象。

（2） 知识学习和虚拟实验有机融合，形成完整的实验教学体系，加深了学生对理论课程的理解，开拓了学生的思路，促进理论课程教学质量的提高，收到了良好的教学效果。

（3） 虚拟实验室打破了网络实验的不可操作性。教师可根据教学需要灵活添加实验器材及实验项目。学生也可自行设计实验，获得实验结果，调动了学生的学习自主和积极性。

（4） 通过网络实验，提高学生分析问题与解决问题的能力。计算机的计算结果可与学生手算结果进行比对，使学生在自行查找出错原因的过程中，提高分析问题与解决问题的能力。

4 结 论

在实验教学环节相对薄弱的远程教育领域，开设网络课程实验，使学生通过网络接受实验教学环节，对培养学生的动手能力、设计能力和创新能力所起的作用不可忽视。在远程教育蓬勃发展的今天，为培养适应社会需求的复合型工程技术人才，坚持“学以致用、求新求精”的原则是开设网络实验的必然发展趋势。

参考文献

[1] 洪延姬.网络课程设计原理与方法：远程教育专业教材[M].北京：中国宇航出版社，2004.

[2] 吴仕宏.Fundamentals of Electric Circuit Theory电路基础[M].北京：北京大学出版社，2012.

[3] 张晓霞，阮春蕾.《药剂学》远程实验系列课程的设计与开发[J].中国医学教育技术，2013（6）：666?668.

[4] 应柏青.Pspice在电路实验教学中的应用[J].高校实验室工作研究，2007（4）：4?5.

[5] 刘清堂，王忠华，李书明.网络教育资源设计与开发[M].北京：北京大学出版社，2009.

[6] 邱关源，罗先觉.电路[M].5版.北京：高等教育出版，2006.

[7] 赵录怀.电路与电磁场实验[M].北京：高等教育出版社，2001.