疫情背景下基于混合式教学的电工电子类实验教学改革

赖春露,姚 统,刘 芳

（哈尔滨工业大学（威海）信息科学与工程学院,山东 威海 264200）

习近平总书记提出：“在新一轮全球增长面前，唯改革者进，唯创新者强，唯改革创新者胜”[1]。创新教育是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是一个学校的生存之本[2]。随着信息社会的到来，传统的授课方式已经不能适应现代教育的发展，虽然高校很多实验课程已经采用多媒体教学，但是主要还是采用 “课前预习-课上讲解和实验-课后分析并形成报告”传统的教学模式[3]，教学效果有限，因此实验教学面临着开展创新型网络教学的巨大挑战。尤其是2020年“新冠”疫情的新形势下，学生不能返校，实验课只能进行网络授课，向工程实验老师提出了前所未有的新挑战。一切都要从零开始，原有的教学内容、教学手段、教学方法在新的教学环境中均不能直接沿用，实验教师必须打碎原有积累、重新整合，探索一条实践教学的网课新路径。

本文以我校电工电子实验教学中心为例，分析了现有教学模式中存在的问题，针对新形势下实验教学要求，提出了基于自建SPOC的“4步紧密衔接”式实验课程线上线下混合教学模式，分别对电工电子类实验课和实习课提出了新型网络教学体系。新的实验教学模式开辟了实验课程网络教学空间，充分发挥信息技术对实验教学网络开展的重塑作用，实施线上线下相互融合、有机统一、前后贯通的教学改革，从而在实验教学内容重构与方法创新等多个层面实现对传统实验教学模式的有力变革。

1 我校电工电子类实验教学现状分析

我校电工电子实验教学中心开设的11门基础电类实验以及1门实习课现采用独立设课、全开放教学的模式，即课程负责教师将实验的理论知识讲解、注意事项、实操视频等提前上传至课程网站，学生可自行预习，在实验周期内学生可随时来到实验室做实验，课上老师将对实验内容进行进一步的讲解，学生实验课上完成实验内容后，完成数据分析、形成报告。现有教学模式确实可以做到给学生尽可能细致的讲解，学生也能根据自身情况自由地完成实践能力训练，但这其中仍存在着诸多问题，教学资源紧张、实验设备陈旧、实验内容单一、教学考核死板等均是制约中心教学改革的重要因素。

1.1 教学资源紧张、实验设备陈旧

中心实验室数量有限、承担的课程繁多，导致实验室资源非常有限，每学期实验设备均需高频运转，且实验室建设较早、实验设备服役时间较长，导致设备故障率高、维修任务量 大、可做实验项目有限等等。

1.2 实验内容单一

由于受设备和技术的限制，中心现有实验课程内容仍采用普遍的实验教学模式和传统经典实验课程内容，创新内容较少且主要集中在创新实验课中，导致基础实验课程内容的针对性、包容性不强，无法顾及到各种水平和能力的学生。能力较强的学生认为现有实验内容过于单薄，能力较差的学生只敷衍完成实验内容并不去深入思考实验原理。学生学风和学习氛围得不到改善，参与实践的主动性和热情得不到充分挖掘和发挥，学生的独立创新能力、自主思维能力得不到充分锻炼[4-5]，无法体现新时代尊重个体差异、个性化的教学，无法满足教育中“因材施教”的本质需求[6]。

1.3 教学考核死板

中心现有实验课程考核采用 “平时实验成绩+期末实验考试成绩”的模式，其中平时成绩包括学生的实验操作成绩和实验报告成绩。这种以单一结果性评价作为考核标准的评价方式忽视了实验过程中对学生的考核，学生的自主学习能力和创新思维完全没有得到锻炼和深化，单一的实验考查方式也并不符合当下“中国学生发展核心素养”的考核标准[7]。另外，实验内容完成度仍靠学生记录数据老师检查的模式来评判，学生记录实验数据的真实性很难保证，不同老师的评判标准也很难完全统一，导致现有考核体系很难做到完全公平。

2 现有问题解决思路

针对现有实验教学体系中存在的问题，本文就实验中心及任课教师层面提出了一些解决思路。

2.1 建设SPOC课程，开展线上线下教学相结合的教学模式

SPOC（Small Private Online Course）即小规模在线课程，其主要教学过程是：教师根据教学大纲，每周定期发布视频教学材料、布置作业和组织网上讨论。学生在学习清单的引导下按照时间点完成视频观看、作业和参加讨论。在课堂上教师进行课堂授课，处理网络课程答疑，并进行课堂测试。相比于大型开放网络课程MOOC（Massive open online course），SPOC 课程更强调线上课程和线下课堂的互补和融合，同时由于更注重有限学生个数的教学效率，更适合个性化学习和新型教学模式的开展。利用SPOC进行线上线下混合式教学，有助于虚实结合的实验教学环境的设计与呈现，促进新型教学模式的开展和深化[8]。

SPOC这种在线课程教学模式采取开放的网络形式，可将优秀的教学资源很好地融合起来，对知识点进行最优呈现，能够从根本上改变传统实验教学的课程模式、授课形式与教学管理等，为教学模式改革提供了思路和方法[9-10]。采用SPOC教学模式，教师可以对课程内容重新进行梳理、提炼知识点并以短视频形式呈现，学生可以依托电脑端或者无线移动端学习、自由灵活地控制自己学习时间和地点，教师和学生可以SPOC课程讨论版块进行自由沟通和交流使得学生的疑问得到快速的解答，学生的一切学习过程可以由网站完全记录下来、为课程成绩考核提供了有力的数据。

2.2 重建课程体系、对课程内容进行分层

在现有课程体系的基础上，组织各课程组交流研讨，对各课程中存在的重复内容进行去冗余，并根据课程开设先后、年级高低重新调整课程的难易程度，让实验课程体系更加完善、合理。每门实验课可增设多个设计性实验内容，对不同层次、不同专业的学生分别要求，让学生从多个实验内容中选做，这样不同能力的学生可以根据自己的情况选择合适的项目，能力高的学生工程实践能力得到提高，能力弱的学生基础实验能力得到巩固。另外，中心可增设多门高阶创新实验课，形成一系列有针对性的工程实践培训课程，为想进一步提高自身工程实践能力的学生提供学习成长的土壤。

2.3 开展“校企合作、工学结合”的教学模式

“校企合作、工学结合”模式作为新型的教学形式，通过企业和学校的共同合作，帮助企业培养符合市场导向、社会需求的复合型人才，也为学校传统教学模式和内容注入了新鲜的血液。同时，这种教学模式充分利用和结合了学校环境和企业环境的两种差异化教学环境和资源，学校和企业进行资源共享、优势互补，让学生从传统的课堂走出来进行市场导向的实践训练，使得学生工程实践与社会真实环境不脱离，有利于学生综合素质和能力的培养，达到学校和企业共赢的局面[11]。

2.4 利用信息化手段打造更公正的课程评价体系

利用SPOC课程平台、虚拟实验平台、实验设备数据记录软件等信息化手段，公平客观地记录学生整个学习过程和实验过程，以此作为学生成绩考核标准以及教师教学效果的反映，是一种更加公正的评价体系，不仅能保证学生成绩的客观性，也使得教师教学效果的评判有数据可依。

3 疫情背景下基于自建SPOC的 “4步紧密衔接”式实验课程网络教学模式

现有实验教学模式中存在的问题亟待解决，2020年初“新冠”疫情突如其来，所有学生不能返校只能进行网络授课，更是对实验教学模式改革提出了新的挑战。实践类课程由于其特殊性，进行网络教学必然会面临重重阻碍。然而挑战与机遇并存，我校电工电子实验教学中心在经历了疑惑、茫然和否定之后，打碎原有积累、重新整合，探索出了一条实践教学的网课新路径。

电工电子类课程实验教学借助自建独立SPOC或改造异步SPOC等方式，提出了如图1所示的基于自建SPOC的“4步紧密衔接”式实验课程线上线下混合教学模式：实验课程的理论部分开展线上SPOC教学，并利用软件仿真即计算机辅助设计实现实验电路搭建，然后利用虚拟实验平台模拟在实验室实物操作的过程，最后学生集中返校后开展实操训练。考虑到由于疫情严重学生返校后的有效时间很短，中心教师还自行拍摄并制作实验教学视频，建设SPOC课程，开辟实验课程网络教学空间，充分发挥信息技术对实验教学网络开展的重塑作用，实施线上线下相互融合、有机统一、前后贯通的教学改革，从而在实验教学内容重构与方法创新等多个层面实现对传统实验教学模式的有力变革。

图1 基于自建SPOC的“4步紧密衔接”式实验课程网络教学模式示意图

疫情期间为规范教学秩序、保证教学质量，所有课程均采用课前、课上、课后三步走原则，即课前预习，课上讲授、实验、在线答疑，课后QQ群答疑。授课过程中讲、做结合，师生互动贯穿始终，尽量给学生还在学校课堂的代入感，帮助他们创造更好的学习氛围。下面将分别介绍疫情期间电工电子类实验课程和实习课程的网络教学模式。

3.1 电工电子类实验课程的网络教学模式

电工电子类实验课程网络授课采用“QQ群或SPOC课程页面推送预习资料+腾讯课堂直播+multisim软件仿真+远程虚拟平台实验+实物实验视频演示”的形式，保证同学在理论理解、电路设计、电路建立（电路仿真）、类实物操作（远程虚拟平台使用）方面都有所收获，达到效果逼近动手实验的目的。

主讲老师在前期课程中针对课程需要使用多种工具的情况，分别讲解了Multisim软件在数电器件特性测试中的应用以及远程虚拟平台在设计性实验中的应用，通过前期课程，学生们能够充分掌握实验工具的使用。通过图2中真实实验箱与远程虚拟平台的对比，我们也可以发现，远程虚拟平台与真实的实验箱重合度非常高，因此学生的实验效果已经十分接近实物，特别是对于之前在学校已经使用过实物实验箱的学生来说，代入感会更强。同时，预习和答疑环节是课上实验的辅助环节，但对于课程的完整性有不可忽略的作用，在课前集中向学生推送预习资料、课后在QQ群随时答疑，以全面保障实验教学的质量。

图2 真实实验箱（左）与远程虚拟平台（右）对比

3.2 电工电子类实习课程的网络教学模式

我校电工电子类实习课程是全校性实习类课程，涉及到电子工业实际生产中所见到和用到的，作为一种工艺教育，实践性更强。课程根据执行方式主要可以划分为线上和线下两部分，线上部分包括理论学习、电路原理仿真与PCB设计、工厂加工；线下部分包括基本元器件的焊接练习、电子产品焊接、安装、调试，完成作品的制作和报告整理，掌握电子产品生产工艺整个过程。

针对两种情况的不同特点以及网络授课的实际情况，实习类课程组老师对课程执行方式进行了较大的改革。课程组与企业合作引入了国内近几年流行的立创EDA在线平台，该平台具有免费、开源、轻量级等特点，学生在平台上可以一站式完成设计、仿真、制板、元件采购、批量生产等全套工艺流程。引入“立创EDA”平台，学生根据需求分析以及电路原理，在老师的指导下设计出电路，完成了元器件选型、电路仿真、PCB板制作、元器件采购、焊接、调试检测及故障排查。在这一过程中，学生根据自己的能力选择一种或几种实际产品和工程实例，并自己动手完成构思设计、生产制作、检测、排障、到形成成品的全过程，理论知识在实际产品中得到了印证，产品制作的过程中出现的问题也可以反馈回电路设计和仿真中找到问题所在。不仅使学生了解和掌握先进的工艺和技术、掌握工程中常见故障的分析方法，也提高学生理论联系实际的能力，解决所学与所用脱节的问题，对学生工程素质和实践动手能力的训练、创意创新能力的培养都是一个全面的提高。“立创EDA”平台还具有在线工程版本管理、团队在线协作等功能，方便课程组老师对学生设计过程的监控和对学生练习作业的在线管理，有助于课程形成更合理的考核和评价机制。

对于实际动手的的焊接安装调试部分，课程组提出将焊装调试套件寄送学生个人的办法，在进行安全培训的基础上，利用网课在线指导学生焊接、安装和简单调试工作，并要求学生按照进度逐次撰写报告、拍摄实际作品上交，以便监督保障学生能够按要求完成实践任务。

实习类课程侧重实践的特点，使得长时间的在线讲解并不合适，理想情况是边学边做边指导，因此课程组在中国大学MOOC上开设了实习的SPOC课程，录制了课程内容对应的短视频，将任务分拆讲解，便于同学们在家也能边学边做，同学遇到问题后可以反复观看对应视频，起到和教师指导一样的作用。

综上所述，如下图，课程组为实习类课程构成了如图3所示的“六位一体”新型线上线下混合教学模式，相信必能为课程的高质量教学提供保障。

图3 实习类课程“六位一体”新型线上线下混合教学模式示意图

4 结语

由于实验中心自身多年问题的积累以及电工电子类实验实习课程自身的特殊性，实验中心的实验教学体系改革确实面临着重重阻碍。新冠疫情的到来为实验中心的实验教学改革带来了挑战和机遇，在经过多轮研讨之后，最终借助自建独立SPOC或改造异步SPOC等方式，提出了基于自建SPOC的“4步紧密衔接”式实验课程网络教学模式。既保证了疫情期间的教学质量，做到了停课不停学，也开启了实验教学改革之路，为将来的实验教学变革打下了夯实的基础。