引入云平台理念的电子技术实验教学改革与实践

胡李亚洲 王晓军 马锐军 洪晔 欧阳剑

摘 要：随着教育信息化进程飞快推进，传统的电子技术实验教学存在教学模式传统、教学设备滞后、教学环境固化等弊端。为切实适应新形势新背景，本文将云平台理念与电子技术实验教学相结合，构建以双线型的实践教学模式为导向、以多层次的实践教学内容为核心、以学生个性化发展为目标的新型课程体系。该教学模式在高校实验教学中已经得到了应用，取得了良好的教学效果，充分培养了学生独立自主的工程实践能力。

关键词：电子技术实验;云平台模式;实践能力

电子技术实验是高等院校工科电子类专业重要的基础课程，与电路分析、模拟电子技术、数字电子技术和电工电子技术等电子类理论课程相呼应，旨在提升学生实践水平和动手能力[1]。但随着现代电子信息技术的高速发展，传统的教学模式逐渐落后于新信息时代的步伐，难以满足教学改革发展的要求，特别是在实验课程教学方面，如何打破实践课堂的时间限制和固定场所的约束，让学生拥有更自由的学习方式、掌握更丰富的专业知识、了解更先进的技术内容，显得尤为重要。为更好地适应现代化教学场景、拓展学生学习知识渠道，培养学生实践能力，提升学生创新水平，本文将教学云平台理念引入电子技术实验教学中，通过构建实验教学云平台服务，围绕“线上+线下”双线教学思路，来促进学生的全面提升。

1 目前电子技术实验教学中存在的主要问题

1.1 实验教学模式传统

随着现代电子信息技术飞速发展，不断涌现出先进的技术和崭新的知识，加速推动着电子技术专业理论的改革进程。在教学内容方面，目前多数高校所开设的实验课程内容主要围绕基础验证型实验来展开，着重基础理论知识的教学，而设计型实验受到硬件条件滞后、课程时间有限及场地不足等因素影响，难以得到有效规划开展[2]。在课程设置方面，基础验证型实验过度依赖线下实验场地，学生在有限的课时内完成实验项目，即使能够吸收当堂课程内容知识，巩固往前实验项目也是具备一定难度。此外，不同实验项目之间联系甚少，难以形成系统且完整的知识体系。长此以往，学生获得知识深度和广度极度匮乏，动手能力和创新能力无法得到有效锻炼和提升。这种传统的实验课程教学模式不利于深度培养学生的实践能力，难以满足企业对高校输出人才的创新性及能动性要求。

1.2 实验教学设备滞后

电子信息技术的发展离不开硬件设备的支持。一方面，随着课程开设年限增长，多数高校的电子技术教学设备出现老化、损毁等现象，且由于实验室建设经费有限，在硬件设备投入上远远不够，基本上常年不更新老旧设备，对教学质量和教学进度造成了较大影响。另一方面，随着电子信息技术领域迅猛发展，电子仪器设备更新换代速度逐渐加快，仪器精度和数字化程度逐渐提升，实验硬件设备如不能及时响应先进技术的更新，将会使得实验手段和实验技术远远落后，学生只能使用陈旧的元器件、滞后的设备、匮乏的芯片参与到实验课程学习中来，难以掌握到现代最先进的电子技术实践技能，在走向工作岗位之际，难以达到社会发展需要和适应新技术的要求[3]。

1.3 实验教学环境固定

目前，多数高校的电子技术实验普遍采取线下教学方式，存在较大局限性。学生完成实验项目的时间有限，经常提出加时长来继续探究实验拓展课题，但实验场地无法支持，不利于培养学生动手能力和探索精神;实验仪器设备数量有限，学生做实验时，根据实验指导书多人一组按部就班地进行连线，记录实验结果，大部分学生参与感较弱，存在实验报告和实验结果相互抄袭的现象。此外在疫情大背景下，大多数高校采用Multisim等仿真软件进行线上教学，由于此类仿真软件高度模拟了电子仪器设备和元器件的特性，只要实验电路图连接完整，学生都能获得比较精准的实验结果，但此方式仍存在一些问题，如学生无法直观掌握电子仪器设备组成与结构且极少遇到实验操作困惑，不利于培养学生独立思考、发现问题和解决问题的能力，学生对于实验课程的主动性和创造性难以得到充分挖掘和发挥。因此，亟待需要一种灵活的实验教学云平台以推动教学实践体制改革[4]。

2 基于云平台模式的课程教学基本内容

2.1 含义

教学云平台作为一种教育信息化与云技术融合的产物，为教育教学提供了新的信息化解决方案[5]。基于云平台模式的课堂教学主张以学生为中心，充分整合和利用现有的实验教学资源和实验硬件资源，建立线上线下混合式的教学模式。一方面，学生不仅能够在课堂内学习正确规范的实验操作方法、完成实验课程所要求的实验内容，充分调动动手的积极性，满足基本的实践需求;另一方面，随着云实验平台的引入，学生能够在任何场所任何时间预习安排的实验项目、完成规定的实验课程内容、进行课外的创新性拓展实验。通过搭建电子技術实验的云实验平台课程知识体系架构，充分发挥学生的主观性和能动性，提升学生的创新思维与动手能力，培养学生的科研兴趣与钻研精神，在延伸的课外时间下让学生自主享受理论认识与知识构建的过程。

2.2 优势

2.2.1 实现教学管理的集中化、高效化、统一化

在引入教学云平台模式的课程教育教学中，以线下常规的实验项目为主体、线上开放式的教学环境为辅助，形成多样化的线上线下互通学习体系。所有教学资源、教学设备等集中存储于教学云平台上，便于学生随时获取学习资源，做好课程知识储备或复习，且平台能够保存所有操作记录，利于实验课程教学的集中统计与管理。此外，这种教学模式着重加强学生在实验课程教学中的主导地位，促进学生自主学习、自由探讨、深度协作，以云平台为载体实现任何时间任何空间的在线学习，极大地提高了实验教学管理的高效性与协同性。教学云平台采用统一化的实验资料，进行教学资料的统一编排，支持远程教学或跨地域协同教学场景下实验资料的高度一致，其中包括实验手册、实验成果及实验报告的基本内容和基本格式、增强不同地域学生之间的知识交流与协作，助于学生构建一套自己的知识框架体系。

2.2.2 提升教学模式的便捷性、协同性、创新性

在引入教学云平台模式的课程教育教学中，通过学校的内外网，从任何地方任何时间通过终端设备都能对实验室实验仪器进行访问，本地安装云终端软件，无需高端软硬件配置，既可以打开、查看、保存任何实验指导文档，进行实验仿真的操作，也支持在线导入实验数据，进行实验报告的撰写，学生能够便捷地操作实验内容、有效提升学习效率。在异地协同办学场景下，云平台能够整合实验资源，以互联网为载体实现不受地点时间约束的在线学习，从而实现跨地域协同教学。此外，云平台提供让学生参与工程项目设计、实现和运行的场所，激发学生的创新思维，扩展学生的实践空间，达到培养工科专业学生电子技术创新与实践能力的目的。

3 基于云平台模式的课程体系设计思路

3.1 云平台模式的课程教学功能

3.1.1 课程资源上云

课程资源云旨在为教学活动提供教育资源，该教育资源包括教学课件、实验视频，实验软件等。在备课阶段，任课教师需要制订详细教学计划，明确教学内容与教学目标，注重重点知识与难点知识讲解。在完善教学课件过程中，引入先进教学工具与方法，制作实验操作教学视频，安装计算机软件手册，以此来辅助直观教学。教学云平台支持同步记录整个过程，从备课到开课，系统自动保存信息及其发生时刻，支持相关教学资源上传与共享，便于教师后期观看、反思、提升教学能力，益于学生课前预习实验项目、反复学习课程内容、充分吸收专业知识。

3.1.2 课程设备上云

课程设备云旨在为教学活动提供设备资源，电子技术实验教学依赖于线下设备，如示波器、信号发生器、显示器、电子元器件等。在线下实验室，按照实验组别组装成套的示波器、信号发生器等仪器，装配集成电子元器件实验板。教学云平台实体服务器通过实体线路与线下实验室仪器设备相连接，实现线下仪器设备的线上化、可视化，支持手动刷新设备状态及数量，学生可以在任何场所任何时间登录教学云平台使用线上的实体设备。由于设备是实际存在的，学生在实验过程中存在实验误差，且仪器操作界面与实体设备无异，可掌握实验设备的使用，利于学生课后延伸拓展实验内容、开发创新型实验项目，有助于提高学生创新能力和动手能力。

3.1.3 课程成果上云

课程成果云旨在为教学活动提供学期成果资源，实验课程会依照日常考勤、实验报告等综合表现给分。一方面，教学云平台记录学生登录情况及学习进度情况，便于保存课程考勤信息;一方面，教学云平台在课程中设置实验报告在线编辑与提交功能，免去收取纸质实验报告或者电子版实验报告的烦琐和冗杂;此外，教学云平台提供师生交流平台，教师针对学生疑惑知识进行详细解答，学生对于教师的授课内容、授课方式做出实际评价，利于增进师生交流沟通，营造良好学习氛围。

3.1.4 云终端

云终端主要为教师、学生等仪器使用者提供实验教学云桌面操作及显示等使用的计算机软件，支持笔记本电脑、台式机、平板电脑等安装云桌面客户端软件，实现云终端的构建，达到对实验室仪器设备的云使用。

3.2 云平台模式的课程教学应用

基于云平台模式的课堂教学核心思想是建立线上线下混合式的教学模式，形成多样化的线上线下互通学习体系。学生刚接触电子技术实验课程时，大部分对实验设备和实验仪器十分陌生，因此实验课程建设应当以认知型线下实验项目的开设为主，掌握常用仪器仪表的使用方法，使得学生更好地掌握基础电子技术知识和动手能力。在面对面授课过程中，通过教师的实验原理讲解、正确规范的实验操作演示，学生独立完成实验内容并记录实验现象和实验数据，主动进行深入思考和实验总结，充分调动了学生动手的积极性。在奠定扎实的基础实验技能之余，将云平台引入课堂进行辅助教学，以下是基于云平台模式的课堂辅助教学应用场景。

3.2.1 学校公共的大电类基础课程的实验教学

在大电类公共基础课程教学中，教师或者实验室管理员首先搭建实验课程所需要的仪器与元器件，并将这些器件与云平台服务器建立起物理连接，进而整合成云上资源。然后根据公共课程的教师和学生账号进行排课授权，教师登录云平台桌面软件后可设计实验教学内容，学生登录云平台桌面软件后可按照课程要求完成实验内容并在线提交实验报告。

3.2.2 学校电子技术类专业的实验教学

在电子技术类专业课程教学中，搭建操作系统对应的云平台桌面软件，整合仿真软件、电路原理图设计、制作电路板等实验工具资源，学生运用已学知识对所设计的电路进行焊接，连接至云平台服务器，进行上云调试。根据不同专业课程要求和安排对教师和学生账号进行排课授权，教师登录云平台桌面软件后可设计个性化的实验教学内容，学生登录进入界面后按照相应拓展性要求完成个人化实验内容。

3.2.3 完成课程设计、毕业设计及其他各类科研活动

在各类科研活动中，支持学生自主构建所需要的实验环境，在线下完成实验电路的设计、实验模块的焊接、模块功能的调试。教师和学生在任何终端设备、任何地点、任何时间可登录进入云平台软件界面进行各类教学和科研活动，学生完成相应的学习任务和科研任务，教师能够随时查看进度和验收成果。

结语

本文通过引入云平台技术理念来进行电子技术实验的教学改革与实践，筑建扎实线下教学质量的同时，实现实验教学资源的上云整合，优化了教学内容，丰富了教学方式，打破了传统教学条件约束，促进了学生的自主学习和创新实践。当然，教师仍需要紧随科技发展的步伐，不断探索崭新的实验教学模式，让学生行走在新知识、新技术的科技前沿。

参考文献：

[1]徐国峰，陆欣云，宋卫菊，等.基于CDIO理念下“电工学”教学改革的研究与实践[J].教育教学论坛，2016，000（007）：99100.

[2]葛磊，吴建军.高校云平台建设的研究与探索[J].软件工程，2016，019（001）：5052.

[3]马锐军，向丹，赵先美，等.引入CDIO工程理念的电子技术实验教学创新与实践[J].北京工业职业技术学院学报，2018，17（04）：102105.

[4]李桂香，彭红梅，张沪寅，等.软件综合实验室教学云平台的研究与应用[J].创新教育研究，2017，5（3）：8.

[5]匡哲君，周东岱.云平台的远程教学互动设计与研究[J].现代教育技术，2017（10）：8894.

基金项目：广州市工业机器人智能驱控技术及部件重点实验室项目（201805010001）;广东省科技计划项目（2016 B090927009）;广东省科技计划项目（2016B090927002）

*通讯作者：胡李亚洲（1994— ），女，土家族，湖南张家界人，硕士，助理实验师，研究方向：光通信系统与网络技术。

作者简介：王晓军（1965— ），男，汉族，江西安福人，硕士，教授，研究方向：机械一体化控制;马锐军（1991— ），男，汉族，广东揭阳人，博士，实验师，研究方向：嵌入式系統设计、无线通信和计算机控制;洪晔（1989— ），女，汉族，广东揭阳人，博士，校聘副教授，研究方向：锂离子电池及固态电池的设计开发;欧阳剑（1983— ），男，汉族，湖南隆回人，博士，高级工程师，研究方向：机电一体化系统。