电工电子实验翻转课堂实践

（重庆邮电大学光电工程学院 重庆 400065）

传统的实验教学中，老师是整个教学过程的中心。教学的主要特点是以课堂教学为重心，老师先泛泛讲授及演示，学生依葫芦画瓢，如此这般短短的两个小时左右的时间，学生缺失消化理解的环节，只是被动应付；同时，受制于短短的课堂学时，大多数实验内容只能是对课堂理论的简单验证，这使得实验课程仅仅是理论课的简单补充和附属，完全不能体现出实验课对工科学生专业技能培养的重要作用。

翻转课堂是有别于传统教学以老师为中心的新的教学模式。它强调以学生为中心，将课堂尽量交还给学生，学生变被动为主动，学习的积极性能够得到充分调动。学生的主动学习，恰好是实验教学中非常重要的一点。

2019年伊始，本教学部门面向通信学院IT精英班、通信专业和计算机学院计算机等专业分别开展了电工电子实验翻转课堂试验，实验课程主要涉及模拟电子电路实验和数字电路与逻辑设计实验两门课程。本文以模拟电子电路实验为例，总结翻转课堂的具体实践过程和结果。

1 实验内容的梳理和内容体系的重构

在模块化和项目化实验教学思路的启示下，课程组对模拟电子电路理论进行了广泛且深入的讨论，对课程的核心内容进行了细致的梳理，确定了课程涉及的主要电子器件、电路结构和思想，并在此基础上制定了各个电路模块的内容。模块分为两个层级，四个模块、八个实验电路，每个模块对应两个电路。底层为支撑电路模块，顶层为系统实验模块。这样的从模块电路到系统电路的内容体系，是符合“从底层到顶层”的电路设计思想的，也能够向学生们清晰展现出如何将学习到的理论知识运用到电路设计中，拉近了理论到实际的距离（见图1）。

内容上，这些模块电路能够覆盖课程的主要知识点，但也包括一些课本理论上忽略却影响实际应用的工程知识，比如：运放的压摆率对电路的信号的影响，共集电路大信号的负半周失真问题及解决方案等。这使得实验内容不仅仅能加深对理论知识的理解，也能更接近工程实际。

八个实验电路中，除了实验一是研究型，其它全是设计型和综合型实验。课程能够得以顺利实施，是因为翻转课堂强调预习的重要性，否则电路的课前预设计也只能流于形式。

2 课程资源的建立

有了内容体系的建立，课堂翻转还需要建设完善的课程资源来支撑。主要包括实验讲义、实验预习单和课堂数据记录表以及软硬件视频。

2.1 实验讲义

根据实验内容体系编制电子版的实验指导书并提前上传教学群以供学生打印查看。为满足课堂翻转的要求，减轻学生的负担，针对设计型实验的教学要求，在深入学习国内外电子电路教学先进经验的基础上，对实验讲义进行了深度的全新编写，一方面绕开了理论书中较为晦涩的公式推导，引入了国外成熟教材的经典理论模型，比如：在共射电路中引入Ebers-Moll模型，使得放大倍数的推导变得更为直观简单；另一方面重新编排了实验顺序，比如：因为，运算放大器设计和应用简单，实验并不需要知道器件内部的电路结构，只需要清楚外部特性即可，所以把运算放大器实验内容提前。这样，学生在预习的过程中，可以脱离理论教材的束缚，能够更加容易的自学实验内容，甚至于能够在相关理论知识学习前即可介入实验，这对培养学生独立自主的学习能力的是大有裨益的，也体现了翻转课堂以学生为主的特点。

2.2 实验预习单和数据记录表

实验预习是翻转课堂的重要特点。预习任务以预习单的形式提前发放给学生。任务主要包括电路的设计、计算、电路软件仿真测量和硬件电路的预搭。因为电路的设计较难，所以还制作了部分电路的设计范例文件以供同学们参考；因为在进入课程之前，学生不掌握任何电路仿真软件，仿真对于同学们来说也不轻松，所以，又制作了Multisim仿真软件的使用指南，包括如何构建电路，如何通过虚拟仪器仪表或者各项分析方法来测量和分析各个电路参数；另外要求学生将设计好的电路先搭好，这样，课堂上有比较充分的时间完成电路测量并思考和讨论各种实验电路现象，深入理解电路原理。

课堂数据记录表用于记录各个测量实验参数。每个实验均包括电路各个参数的设计和计算、软件仿真测量和硬件电路测量，并比较它们的差异和解释其差异原因。这个是符合现代电路设计制作流程的，而且也加深了学生对电路“从虚到实”的认识和理解。

2.3 软硬件视频

图1：实验内容的层级体系

图2：模电实验教学模式

为了帮助学生课前和课中自主学习，制作了各类软硬件视频。软件视频主要是上面提到的Multisim仿真软件的使用指南，用于学生的实验仿真预习；硬件视频主要服务于学生的课堂实验，涉及广泛，主要有：（1）实验室常用仪器仪表的使用方法与技巧。仪器仪表的使用是电子电路实验课程所必须训练和掌握的基本技能，也是一个难点，尤其是示波器的使用。为了帮助学生自学并掌握示波器，将示波器的使用分解并录制成4个微视频，每个视频主要包括一个知识点：包括示波器垂直系统、水平系统、触发系统以及示波器的使用方法和技巧，这些视频片段串起来就构成一个相对完整的学习资料；（2）话筒和扬声器的焊接方法。话筒和扬声器没有引脚，焊接后，才能在面包板上搭接电路；（3）各个实验的主要操作步骤和技巧。模拟电路实验难度大，测试参数多。如果在课堂开始的时间集中讲解，耗时长，而且学生也记不住。所以通过微视频的方式把各个知识点分解，学生边做边看，自主学习，节省时间，提高效率，效果也好。

3 实验教学模式的调整

总结现有教学方式，基于翻转课堂强调学生自主学习的要求，调整实验教学模式，如图2所示。

课前一周左右发布实验任务，学生参考实验讲义等相关教学资料自主学习，并在老师的引导下完成电路计算、设计、电路预搭等并填写预习单并提交结果。老师检查预习结果并反馈。这样，预习效果能够得到保证。有了课前充分的预习，课堂中教师转变实验的泛泛讲解为实验关键点的讲解、引导甚至于老师和学生、学生与学生的讨论互动，这样大大地增加学生在整个实验学习环节的主动性和参与度，从图2的教学模式可看出，学生参与到的环节为6/8，达到75%的深度参与，这体现了翻转课堂的主要宗旨，即把学习的决定权从教师转移给学生。

针对新的教学模式，构建了贯穿实验课前、课中和课后各个环节的详细评价体系。课前的预习、课中的实验操作技能和课后的数据整理和报告编写均设置后考核指标点，而且针对预习不好有效监督的问题，在课堂上会随机的出问题考核学生并计入成绩，防止学生随便抄袭预习数据以应付检查，督促学生自觉地诚实地学习。

4 结论

通过与学生交流，多数学生肯定了课堂翻转的收获。有学生表示实验课程加深了对理论知识的理解，甚至有些理论课上没明白的知识，也通过实验理解了。另外，因为课前花了不少时间预习，课中实验时间能够充分保证，实验能力明显增强。

对于老师来讲，需要在课外制作更全面的教学资料建设，课前需要花较多时间对学生预习中的问题答疑。在课堂中，老师从普通的知识传授变为个性化教育和引导，这样，可以使学生的能力得到个性化的发展。

总的来说，翻转课堂在模拟电子电路实验的实践取得了预期的效果，同时对后续教学改革，包括其它课程诸如数字电子电路实验、电路分析实验等提供宝贵的经验，能够促进各门实验教学质量的提升。