“项目导入式”在线虚拟仿真实验教学的研究与实践

李娟 孙涛 李宏博 马英瑞 许有军

摘要：利用现代化教学手段全程在线开展实验教学，对实践类课程是史无前例的挑战。以工程应用为背景，开展“项目导入式”在线虚拟仿真教学，践行OBE教育理念，将项目贯穿于教学过程始终，优化重组教学内容，从教学模式、教学设计、考核评价三个方面在教学实践中实施，实现了“以教为主”到学生“以学为主”的转变。实践证明，学生的实践操作、应用技能和创新能力得到提高，激发学生学习积极性成效显著。

关键词： 项目导入式;虚拟仿真实验;OBE理念;主动学习

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）09-0169-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research and Practice of Online Virtual Simulation Experimental Teaching in the Form of Project Leading

LI Juan， SUN Tao， LI Hong-bo， MA Ying-rui， XU You-jun

（College of Computer Science and Information Technology， Daqing Normal University， Daqing 163712， China）

Abstract： Utilizing modern teaching methods to carry out experimental teaching online throughout the entire process is an unprecedented challenge to practical courses. With engineering application as the background， carry out "project-Leading" online virtual simulation teaching， practice the OBE education concept， integrate projects throughout the teaching process， optimize and reorganize teaching content， and teach in three aspects： teaching mode， teaching design， and assessment Implementation in practice has realized the transition from "teaching-oriented" to "learning-oriented" of students. Practice has proved that students' practical operation， application skills and innovation ability have been improved， and the effect of stimulating students' learning enthusiasm is remarkable.

Key words： Project Leading; Virtual Simulation Experiment; OBE Concept; Active Learning

1 引言

傳统的实践课堂教学过程是“先教后练”，一般按照“预习-授课讲解-实操练习-总结报告-教师评分”五大环节组织教学，这种教学的优点是知识体系具有系统性和完整性，缺点是学生实际操作时能力很弱，这种“填鸭式”学习方式，学生不能清晰地理顺理论知识点和实际应用之间的联系，就如同小朋友刚学认字一样，只识字不读完整的篇章，是不能够在语言环境中深入理解语言的正确表达的。利用现代化教学手段改进实践类课程的教学，引入“项目导入式”的教学设计开展“混合式”在线实验教学，在教学过程中采用“先学后教”的教学方式，创设实际应用场景，让学生通过观看在线教学视频先看到项目功能演示，回溯知识点并完善知识体系，在通过在线直播课程进行项目式训练，使学生到达知识要求和能力要求，掌握基本操作的步骤和要领，并完善过程性考核标准，使学生从应用性的项目中学习，有针对性地在工程训练中获得实践能力的提升。学生课前均能认真主动预习教学视频，这种“项目导入”教学模式使学生变“被动学习”为“主动学习”教学互动灵活，教学效果明显提高。

2 “项目导入式”在线虚拟仿真实验的教学模式

2.1 教师活动

教师的课前活动流程如图1所示。

教师的课中活动流程如图2所示。

2.2学生活动

学生的课前活动流程如图3所示。

学生的课中活动流程如图4所示。

课前准备项目式教学视频，教学内容是按照课程知识体系设计针对性的项目案例，采用“项目导入式”方式讲授知识点，需要学生实操练习的部分用钉钉课堂直播方式补充，做好知识衔接，课后在QQ课程群中做实时在线答疑。实验验收通过钉钉会议直播形式验收实验成果，要求学生录制虚拟仿真实验作品的演示视频，以视频形式提交作业，学生主动完成并展示成果。学生普遍感到实验有趣，当展示出自己独立完成的一个个实验作品时，都非常有成就感。

3 在线虚拟仿真教学活动组织实施

3.1教学总目标

以《单片机原理及接口技术》在线虚拟仿真实验教学设计为例，本课程是计算机科学与技术等计算机类专业的重要专业课程，并广泛地开设在自动化控制、电子信息工程、工业机器人技术、应用电子技术、嵌入式技术与应用等专业群内的专业中。课程总目标是通过学习MCS-51单片机的结构及外围接口电路，掌握51单片机汇编指令功能和编程方法，利用Proteus虚拟仿真平台开展在线仿真实验，将理论与工程实践相结合，以工程应用为背景，优化课程结构，采用项目驱动方式开展教学，使学生具有单片机系统编程和设计的知识与技能，为大力开展学生科技创新活动打基础，未来对从事软件开发工程师、硬件开发工程师和设计师等岗位做知识和技能的储备。

3.2项目导入与教学单元链接体系设计

《单片机原理与接口技术》课程创新性提出，以工程应用项目为背景，借鉴SPOC教育“短课、互动、分享”的特点，实现翻转课堂，实施“一课多样”的教学方法，变灌输式教学为项目问题式、启发式、线上互动式等教学方法。创设应用场景，建立仿真实验环境，学生通过Proteus仿真软件完成作品的设计和开发，此种方法只需要学生自备一台笔记本电脑，在教师指导下完成虚拟仿真环境的准备，无其他硬件实验环境的要求，方便课堂翻转，学生自学并完成实操练习，教师在课后组织验收。通过“项目驱动”方式学习，注重理论联系实际，实验实训项目与理论教学相结合。本课程选取适合教学的十个典型项目导入案例，进行项目案例与知识模块对接，通过项目导入理论知识点，知识链接体系设计如下表1所示。

学时有限的情况下完成十个项目实验任务量过大，所以实際教学中，仅将标有“*”的项目布置给学生课堂上完成在线仿真实验，将标有“**”的项目作为综合性在线仿真实验项目，其他项目的知识模块的理论内容是必修内容，实验实操部分作为学生课外拓展训练项目，不做必修实验的要求。

4 完善实验教学考核体系

开展在线“混合式”虚拟仿真实验教学的过程中，能培养学生达到知识目标和技能目标，为避免通过一张考卷来评价学生，突出学生能力素质的培养，改变传统考试考核方式为过程性考核为主，考核评价方式采用阶段性评价、过程评价和终结性评价相结合的方式。学习任务分而治之，将学习任务的考核划分在不同学习的阶段，通过对学生的实验作品完成考核，将注重考查学生的综合能力和素质。采用综合性成绩评定方式和多样化的考试方式，多阶段、多类别、多种成绩评定方式;推行考、练结合，改变了传统考核方式，将过程性考核贯穿于整个教学过程，以考核学生综合能力。

本课程的学习环节包含：观看课程教学视频、完成单元测试和作业、参与课程讨论、完成项目设计并参加期末考试。总成绩由三部分构成：

（1）单元测验、讨论和作业，占课程成绩的30%。

（2）基础实验和项目综合设计，占课程成绩的20%。

（3）课程期末阶段，学生参加课程的终结性考试，占课程成绩的50%。

5 网络资源建设和存在的问题

5.1 加强课程建设，优化课程资源

网络学习资源建设，充分利用校内外的网络学习资源，充分利用超星学习通网络平台，在答疑讨论、课程问卷、知识单元专项测试、课程作业及研究性教学等方面充分发挥平台的作用。利用学习通云盘等免费网络资源上传/下载大文件。在学习通网络平台上，提供课程的教学大纲、教材电子版、教学视频、PPT课件、教案、教学设计、随堂练习、章节测试、实验验收任务点、作业任务点、项目综合设计任务点等资源;共享本课程优质资源链接;提供本课程的答疑讨论;提供本课程最新的思想观点、技术及方法，最新的企业需求及就业信息;展示往届学生优秀虚拟仿真作品;提供在线测试;提供学生评价考核标准等。

自编教材是以虚拟仿真项目案例为教学主线，强化应用能力训练;每周提前发布本周学习通知，布置学习任务，提供应知应会、重点难点知识点专项章节练习;实验验收任务点，让学生上传实验成果展示视频;作业任务点，上传实验报告;讨论区对重点难点的知识点问题剖析和讨论;项目综合设计任务点，在学生完成后做视频成果展示;期末大综合试卷用于在线考试，具有知识覆盖面广，题型丰富、题量大的特点，客观题和主观题各占50%。

选择适当地在线教学组织方式，开展全新的教学设计，通过师生在线教学互动和加强实验教学在线验收和细化考核体系，实现了教师“以教为主”到学生“以学为主”的转变。实践证明，这种教学模式有效地激发学生学习兴趣，引导学生探究，透过项目实验现象，引导学生思考和分析并解决问题;将知识点巧妙的链接在一起，进而再剖析知识点，进行系统讲解，最后将知识点放在实际的项目环境中，让学生能够举一反三加深理解和熟练运用。

5.2在线课程存在的现实问题

全程在线开展虚拟仿真教学也存在很多现实问题，比如少数学生没有电脑，无法真正完成实操练习只能用手写学习笔记的方式替代;学生感觉任务点多，学习压力大;教师批改作业量大，工作任务繁重;学生实操过程遇到的问题多，老师通过一对一的答疑效率低，共性问题分享到讨论区，但是学生不能实时浏览率不能及时得到问题反馈;实操练习打卡依然不能有效监督学生实操练习的过程等等。通过不断努力和持续改进，在教学实践中，以期达到一个更理想的教学效果。

6 结论

结合CDIO工程教育理念，优化课程结构，搭建虚拟实验平台，将理论与工程实践相结合，以“项目驱动”为载体，这种在线虚拟仿真实验教学是全方位、立体化培养模式的创新和实践，符合高校应用型人才的培养要求。

参考文献：

[1] 董林芳.基于仿真实验平台的网络工程专业实践教学模式[J].计算机教育，2014（20）：97-100，104.

[2] 王慧，白红英，马丽.高校虚拟仿真实验室的建设与改革研究[J].中国管理信息化，2019，22（7）：216-218.

[3] 莫家庆.基于虚拟仿真平台的网络工程专业核心课程实验教学实践研究[J].信息技术与信息化，2019（4）：94-96.

[4] 吕青普，王朕.网络工程专业虚拟仿真实验平台的建设与实验教学改革设计[J].当代教育实践与教学研究，2020（7）：73-74.

【通联编辑：王力】