SPOC教学模式在电子技术实验教学中应用实践

杨卫军， 闫四海， 任 静， 于泽祥

(火箭军工程大学， 陕西 西安 710025)

0 引言

小规模限制性在线课程SPOC(Small Private Online Course)，是针对在校学员开展的小范围、精英式在线和课堂混合式教学模式， SPOC的学习活动灵活高效，能满足学习者个性化学习的需求。将SPOC教学模式引入实验教学，与现有教学改革成果结合，提高实验教学的针对性，让学员在实验实践时，教员授课和指导能更贴近学员的学习需求，促进学员自主学习、自主实践、自主探索，提高学员学习效率和质量，培养学员创新实践能力，是本课题的研究目标。

SPOC教学模式使教员可以通过信息手段全程与学员互动交流，掌握预习问题，预先做好教学准备，实时获得实验后的收获与问题，激发学员实验的参与度，便于在课堂上拓展实践的深度和广度，强化辅导和学员能力培养，学员之间也可以相互获知问题和解决方法，并可通过线上和线下围绕问题展开讨论，在研讨中使学员团队合作能力、竞争意识无形中得到了培养和提高，教学方式实现双向化、网络化。

1 SPOC教学模式实施方案

知识单元化、富媒体化、学习行为管理、翻转课堂是SPOC教学模式的主要工作，结合电子技术实验的教学特点，引入基于CDIO(Conceive、Design、Implement、Operate)的教学理念，设计实施方案，如图1所示。

图1 电子技术实验SPOC教学实施方案

1.1 知识单元化

对于电子技术实验课程而言，将课程进行知识点拆分，建立知识点网络，便于学员学习。知识点的拆分设计是建立SPOC课程的基础，知识点的大小、相互之间的关系是否合适是课程能否顺利实施的关键。研究电子技术实验的课程培养目标，确定学员在专业学习、工作中需要的电子技术技能和实践能力，明确培养需求，提出技能点的概念，如表1所示。

1.2 富媒体化

建设元件库，利用多功能信息化实验台，提供电子教案PPT、电子教材、芯片手册、示例电路、成果文档、视频教学片资源库，制作仪器使用教学视频等信息资源，配置焊接工具，将multisim、protel，FPGA、单片机核心板安装到多功能信息化实验台，设计可配置的电子技术综合设计硬件平台。

1.3 学习行为管理

通过教学效果检查、考核、评价，学员反馈等方式掌握课程实施的效果，以便学员之间、 学员和教员之间有更多的沟通和交流，便于调整教学过程。在校园网建立讨论区，讨论区的内容是课堂的延伸，设定一些问题放到讨论区完成，深化课程话题，教员可以在其中根据教学进度和教学内容设立题目，可以引申课程内容，引起学员兴趣，使这些讨论题目既能帮助学员复习已学的知识，又能锻炼和提高他们的创新思维能力。

1.4 翻转课堂

翻转课堂是SPOC教学模式的特色，是提高、升华教学效果的重要一环，可以根据自己的实际情况进行必要的思考过程，从而灵活决定自己的学习进度，在小规模探究式、研讨式课堂中提出有效的见解供大家分享，也是教员需要认真准备的一环。对于实施的CDIO课题，根据难点、重点，设计了讨论题目，并把明显的实验现象在教学过程中展示，引起学员兴趣和思考，鼓励学员踊跃提出问题，发表见解。

表1 实验技能点

2 电子技术实验知识技能网络

分析理论课中的知识点，归纳基础知识点、关键知识点，知识点教学形式、学习方法、先后关系，建立知识网络，按完成电子系统设计所需的能力，总结必须的实验技能，并在知识点拆分中将理论知识点和实验技能点结合。以综合性、设计性实验项目，串联相关的知识点和技能点，引导学员自主完成实验学习。

以电路原理实验为例，课程实验知识点网络包含了27个基本知识点(其中15个理论知识点、12个实验技能点)，如图2所示。

15个理论知识点，如电阻、电容、电感、 直流电路分析方法、叠加定理、戴维南定理、器件频率特性、RC一阶电路、二阶电路、阻抗特性、串联谐振、正弦相量、三相电流、三相电压、功率[1]。

12个实验技能点，如电压测定、电流测定、插针器件焊接方法、面包板使用方法、万用表测试电压、函数信号发生器的应用、示波器的应用(光标测量、双通道波形测试)、交流毫伏表的使用、功率表的使用、直流稳压电源的使用、multisim软件使用等。

为培养学员仪器使用、焊接、电路搭接等实践动手技能，将实验技能融入知识点拆分，技能与知识点相互衔接，录制了教学视频、配置了针对性的实验套件，使学员可以直接利用这些教学资源，学习、练习、掌握这些实验技能，体现了实验实践类课程边学边练的特点和要求。

3 SPOC辅助教学资源

3.1 网络辅助教学资源

利用校园网实验教学网站，建设网络辅助教学平台、网络资源库和交互平台，设立技术论坛、答疑等互动交流平台，实时发布课程的疑难问题、学员意见反馈，开展专题讨论和网络释疑，教学情况调查等教学辅助工作。制作了仪器视频、收集整理了电子文档等辅助信息化资源，针对实验室使用的仪器，制作了“如何使用示波器”、“如何使用函数信号发生器”、“如何使用万用表”及部分知识点的视频和PPT，收集整理了100多个数字和模拟芯片的数据手册及应用资料电子版，放到网站。

建立微信群，开展即时反馈互动教学，为学员提供移动设备上的消息推送、作业、课件、视频和资料服务，教员组织讨论答疑、开展教学互动。

3.2 电子技术综合设计硬件资源

为电子实验台配置计算机、电烙铁等信息化设备和焊接装置，开发示波器波形获取软件和电子报告撰写软件，学员可以在实验台上察看电子资源，仿真软件，设计实现电子作品，利用即时通信软件参与课堂讨论。

设计了电子技术综合设计硬件平台，面包板、透明塑料亚克力装配母版、元器件、连线、电源模块、导线，采用可以搭建多模块的功能电路[2]。建设元件库，元件库包含考核所涉及的所有元件，便于查找和配发，学期初，教员根据考核题目，给学员配发元件盒、万用板、导线等实物，在实施过程中，逐步领用添加元件，让学员根据题目分析所需要元件，如元件库中没有该元件，教员讲解清楚替代元件和学员查找元件的性能管理。教员设计、提供便携式测试仪器，如示波器、函数信号发生器，撰写辅助、指导教材和实验指导书，学员在学员队可利用业余时间展开调试。

4 CDIO课题驱动教学实施

为了贯穿知识点，结合基础知识、基本理论和先进技术的应用，参考历届电子竞赛试题，增强实验的系统性，引入CDIO的工程教育理念，设计具有实际应用背景的课题，题目具备综合性，多个知识点融合，可行性，学员经过努力可以完成，可测性，数据可以测量、有实验现象，可研性，具有一定深度和宽展性，可培养学员探索创新精神[3]。因为对同一题目，电路实现方式较多，可以采用不同器件实现，但是为了让学员思考，培养创新能力，又不能把题目实现方式规定太死，限定了学员发挥，在实验过程中，教员要注意引导学员，可以进行多个方案比较，保证题目实现的可行性[4]。在学习、设计、实现课题过程中将由教员引导学员利用知识技能网络学习相应的内容，在实施中充分考虑课题难度，进行层次化要求和结果评价，来推动学员在基础知识、基本理论、实验操作、创新探索等方面进行工作，结合SPOC教学模式，每个课题都有对应的知识点网络[5]。

首先布置实验课题，学员选定课题后，可以利用课程知识点网络、电子资源研究分析课题，通过校园网查阅电子资源，完成思考题目和作业，与教员交流课程体会和问题，教员分批检查进度、查看留言、集中课堂方案、问题讨论的方式督促学员完成课题，课上教员组织小型讨论课，当面回答问题和处理作业，了解学员对知识点的吸收程度，课后教员收集学员收获和问题，对课程内容进行调整，验收环节中教员依据指标查看作品、依据课题知识点提问问题，在教学效果评价环节，教员根据作品完成度、课题报告、创新点等情况，分析共性、个性问题，结合知识点网络，考察知识点、技能点掌握情况，总结分析原因，进行下一步的改进，教学实施过程如图2所示。

图2 “简易模拟万用表的设计与制作”课程进度

以“简易模拟万用表的设计与制作”实验为例：

1)课题要求

利用一个灵敏电流计表头、各种阻值的定值电阻等，设计一个模拟万用表(多量程直流电压表、多量程直流电流表、欧姆表)，指标如表2所示。

表2 主要技术指标

2)课题布置

教员把题目分解成两个任务，即电压表和欧姆表、电流表和欧姆表，学员自行选择任务并分析，教员引领学员分析设计过程：首先确定直流电压表、直流电流表、欧姆表的设计原理，然后根据设计所需的测量范围要求来确定每个功能表的量程，最后根据各量程情况来计算相关参数，并选择合适器件[6]。

学生从知识点网络中串联如下知识点，观看视频材料，查询电子资料。技能点、知识点与知识点之间前后均有衔接， 使实验最终形成一个电路系统的综合实践。

3)翻转课堂

依据设计方案查找资料、收集电子手册，做理论分析；

实际测量电流计表头的内阻，逐个对功能电路进行仿真，课堂演示；

记录测试数据，总结归纳仿真电路与实际电路异同，并进行性能对比；

测试方案，被测量输入信号(标准)的选取，如何选择用于对比的测试仪器；

如何提高测量精度，控制误差；

欧姆表设计中中值电阻的计算方法；

直流电压源的大小对欧姆表的影响。

经过预设问题的讨论，学员基本掌握了设计过程的难点和重点。

4)层次化的递进实施和评价机制

为鼓励学员实践，采用层次化的评价体系，并以层次化递进实施：

(1)60分-70分 设计原理清晰，表头内阻已测；搭建好实物电路，走线清晰，布局合理,完成基本部分，电压(或电流)测量范围满足要求。

(2)70分-80分 电压(或电流)测量误差满足要求,欧姆表测量电阻测量范围满足要求,各部分电路综合成完整系统，直流电压源为教员提供的固定值。

(3)90分以上 有创新环节，依据创新比率加分。

5 结语

经过三学期应用，电子技术实验采用SPOC教学模式，教员能及时掌握学员实验状态，便于采用CDIO课题驱动式、启发式、案例式教学方式，学员参与度高，对于提高学员兴趣，动手能力和创新思维有很大的帮助，参与学员对于综合性课题的完成率和优秀率均有很大的提升，参与SPOC教学模式的学员参加国家、陕西省电子竞赛多次获奖。