面向“两性一度”的实验课程混合式教学实践探索

王香芬 万博 黄姣英

[摘 要] “两性一度”作为教学改革过程中“金课”的建设标准，注重创新思维的水平和创新创业实践能力的提高，是实现实验教学改革的重要理念。以培养学生实践操作能力、独立解决问题的能力和实践创新能力为目的，提出面向“两性一度”的教学目标，分析了电子产品热设计热分析实验课程本研两个阶段的教学特点及存在问题，围绕实验教学目标，将线上教学和传统实验教学结合，探索了SPOC线上线下混合式实验教学过程，涵盖课程教学设计、教学实践、考核模式。通过一学期教学实践证明，混合式教学模式的实施，使学生的自主学习能力和创新兴趣等多方面得到明显提升。

[关键词] 两性一度；SPOC；混合式教学；热设计；热分析

[基金项目] 2020年度北京航空航天大学教改项目“电子产品热设计热分析本研一体化实验教学探索”

[作者简介] 王香芬（1975—），女，河北邢台人，博士，北京航空航天大学可靠性与系统工程学院工程师（通信作者），主要从事元器件可靠性实验与评价方向理论及教学研究。

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）06-0005-04 [收稿日期] 2021-11-12

随着互联网科技的快速发展，国家提出了“互联网+”与教育结合的发展思路，基于“互联网+”的很多新型教学方式成为近几年教育教学领域研究的一个热点，MOOC（Massive Open Online Courses）、SPOC（Small Private Online Course）、混合式教学等被大量运用[1]，2020年教育部正式建构“互联网+教学”“智能+教学”的信息化教学，作为教学方式的改革工程[2，3]。

“两性一度”是指在2018年第十一届“中国大学教学论坛”上提出的“金课”建设标准，即高阶性、创新性和挑战度。高阶性要求将知识、能力、素质进行有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；创新性要求课程内容有前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度则强调课程要有一定难度，需要跳一跳才能够得着。该标准与现阶段“互联网+”相结合，为实验课程教学设计和改革提供了思路。

我校提出培养有创新意识、创新思维、创新精神领军人才的教学总目标，提出加强课程过程管理、改变单一的考核方式等实验与实践教学改革思路，并成功开发了基于SPOC的在线教学平台，将传统课堂教学与优质MOOC资源有机整合，充分体现了“两性一度”思想。电子产品热设计热分析实验作为一门可靠性方向专业实践课程，贯通本研两个阶段。该实验课程既包括分析问题和解决问题等技术能力培养，也隐含着团队和沟通能力等非技术能力培养[4]。本文基于“互联网+”与传统教学的特点，提出面向“两性一度”标准的教学目标，设计了基于北航SPOC的线上线下混合式教学模式，对现有教学模式的课堂组织形式、教学内容设计、考核评价机制等方面进行了探索，有效地调动了学生的主观能动性和师生互动积极性，提高了学生的实践能力、个人素质，以及创新人才的培养效果。

一、课程教学目标和问题分析

（一）教学目标

按照“两性一度”标准和教学大纲，电子产品热设计热分析实验课程设置了四个具体的教学目标：一是能够利用热传递和电学基本知识，分析电源系统的电路热设计原理和特性测试；二是能够利用现代化手段进行电源系统可靠性热设计、功率器件降额设计及散热器优化设计；三是掌握电子产品热分析及热测量两种评估方法，能够采用仿真手段进行电子系统热分析，采用热测量方法对电子设备进行热测量；四是能够利用实验装置平台完成指定实验，并进行拓展探究，撰写实验报告，对实验数据进行分析和处理。上述教学目标与“两度一性”标准对应的要求支撑矩阵如图1所示。

（二）教學存在问题分析

1.传统线下教学。疫情暴发之前，该实验采用传统的“实验预习+集中讲解及分小组实验操作+撰写实验报告”线下方式，考核成绩依据三个环节综合给出，实验操作占比40%。

从教学效果上看，传统线下教学模式对高阶性和创新性的支撑效果不高，存在学生学习资源有限、主动性不高、学习效果较差等诸多问题：（1）学生课前主动预习效果不理想，集中授课时教师无法针对具体问题进行指导，学生实际操作时操作效果大打折扣；（2）实验教学时空有局限性，所有的热设计、热分析、热测量实验操作内容需要学生在固定时间到实验室完成，学生没有自主学习环节，对教师提出的解决思路先入为主，潜意识中以达到或接近教师提出的要求为目标，不利于充分发挥学生的主动性。

从学习成效评价看，挑战度不够，由于每组学生的实验数据相同，学生所提交的实验报告相似率极高，存在抄袭现象，不能科学综合考核每个学生的实践能力和创新能力，实际上不能满足社会对大学生的专业技能需求。

2.线上教学。线上实验教学能充分利用网络教学资源、现代信息技术和教学工具，真正做到“停课不停学”，但也存在创新性和挑战度欠缺的问题。热设计热测量实验模块只能演示，学生无法亲自动手操作和感知，得不到面对面的操作指导；热仿真获得的实验结果无法进行实物验证，使得学生对可靠性中热问题的认识理解不深，无法做到真正的实践和创新。

根据“两性一度”标准，传统线下实验教学虽存在问题，但仍不能被线上实验教学取代。因此，设计基于SPOC的电子产品热设计热分析实验线上线下混合式教学创新模式，将网络教学和传统教学进行互补和融合，使实验教学在时间、空间维度得以延伸。

二、基于SPOC的混合式教学课程设计

从混合式教学过程和优化教学内容两个方面进行课程设计，实现实验教学从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，循序渐进地达到本研两阶段的实验教学培养目标。

（一）教学过程设计

整个实验教学过程设计分为线上（课前预习/课后作业）、线下（实验操作）及线上线下全程考核评价三个环节，师生活动包括线上学生自主学习、线上教师案例启发、线下实验操作、随时互动讨论、拓展探究等五个要点。

1.线上学生自主学习。教师围绕专业、操作需求构建SPOC模式，发布学习任务，提供热设计热分析基本原理与操作、元器件检测等方面的指导性音视频资料，建立线上测试题库。教师在线指导，检查学生掌握知识点的情况，及时反馈学习效果。学生课前利用碎片化时间，通过读讲义、看视频，学习自主上传到网络的教学资源，全面查找资料，熟悉实验操作目的、注意事项等，相互讨论，或向教师提问，并完成测试题。学生线上提交预习报告，上传学习过程中的优秀视频。师生之间持续互动和讨论，教师选取一些优秀作品供大家一起学习，引导学生充分思考，进行思维发散，调动学习的积极性。

2.线上教师案例启发。充分利用科研实验室中有关元器件封装、热失效相关的案例，根据学生实验预习情况和反馈的问题，演示元器件热失效案例，对热相关知识、环境温度对产品可靠性的影响、可能遇到技术要点等问题进行启发和讨论，充分发挥SPOC课程视频实验教学课前导学作用，使学生在实验前对所用的元器件特性有感性认识，逐步形成解决专业问题的综合能力和高级思维。

3.线下实验操作。采用线下方式，利用实验硬件平台及热设计热分析软件进行自主动手实践操作。这个过程中教师重点演示并指导学生，纠正学生操作上的错误，没学会的学生可以再次观看演示视频。实验采用项目小组制和组长负责制，3人为一个小组，将时间交给学生，突出学生探究性和个性化需求，实现其独立动手和思考，鼓励学生在实验过程中发生思想碰撞，培养学生创新能力。

4.随时互动讨论。学生之间、学生与教师之间在线上线下进行互动讨论交流，讨论的内容可以是学习和做实验中的一些思考，如共同探究热设计、热分析、热测量实验怎么做？为什么做？如何改进？等，也可以是遇到的困惑和问题，如仿真与实际误差的来源（原因）是什么？怎样降低仿真误差？散热器的功能如何表现？影响功率器件热设计的因素？

5.线上线下全程考核评价。考核评价贯穿实验课程的全过程，线上注重学习效果，线下考核实操效果。拉大整个过程的指标考核，课程成绩由线上学习效果（10%）+预习实验报告（10%）+学习测试（10%）+实验操作（30%）+实验作业（20%）+拓展探究（10%）+学习互动与效果（10%）七项考核组成，现场操作成绩占比由40%下调至30%，杜绝个别学生不认真做实验、作业抄袭还能获得高分的可能，同时采用百分制，并对每个环节进行细化，有效鼓励了学生在实验环节的能动性和创新性。

（二）教学内容优化

教学内容分为热设计和热评估两个部分，针对教学目标，将试验项目优化为基础、拓展和延伸三个梯级，三个梯级整合打通本研两個阶段。

1.基础实验中热设计模块包括：电源系统降额设计及热性能测试、散热器优化及优化后系统热评估；热分析热测量实验模块包括：开关电源系统调试及性能测试、热源功耗获取，热仿真模型建立、热分析及后处理、热测量。

2.拓展实验结合电子产品热设计发展，增加热环境下电子材料力学性能测试内容，通过在不同热环境下对电子材料样件进行力学性能测试，获取并分析不同温度条件下，电子材料力学性能参数。

3.延伸实验针对电子产品使用环境，增加湿热环境下电学性能测试，分析塑封器件在湿热环境下可靠性的影响；增加信号对热的影响分析实验内容，进一步分析热参数计算过程中电源波动、负载变化的影响，观察信号在热平衡过程中的变化和影响。

基础实验突出学生实践操作能力的培养，在本科和研究生阶段均开设；研究生阶段根据本科实验模块实践基础划分操作团队，完成延伸和拓展的内容，以解决实际问题为出发点，具有一定的探究性，突出学生创新能力的培养。从内容上细化了本研一体教学内容，提出不同层次的实验目标。

三、基于SPOC混合式模式实验教学过程

（一）课前准备

实验两周前通过线上“备课”页面，教师根据教学目标，确定该阶段的知识目标和技能目标，在线上发布学习任务清单，上传实验指导书、仪器使用、实验操作、PPT等教学资源、视频资料、测试题。通过“辅导”页面在线上观看学生学习动态，检查学生掌握知识点的情况，提示学习重点和难点并答疑互动，驳回预习不认真的学生的作业，并要求重写。

学生根据任务清单明确各阶段的学习任务，包括简单的学习任务，以及需要经过查找的学习资料、小组探讨完成的学习任务，在上课前利用碎片化时间登录网络平台进行自主学习，通过向教师提问、共同探讨等形式找到问题的答案，并完成测试题，在线提交预习实验报告与测试题，及时反馈学习效果，方可进入课中实验操作阶段。

（二）课中实验操作

采用线下现场实验形式，教师以解决学生刚性需求为主，集中精力解决学生预习中的问题，重点示教、总结评价，进行试验指导和引导。教师把课堂时间交给学生，学生以小组合作形式自主动手进行实践操作，按照教学目标2与教学目标3进行训练，完成实验所有指定模块内容。通过训练、生生互动、讨论交流、自我总结等方式，反复实践，使学生达到掌握电子产品热设计热分析方法，具备使用实验工具进行问题分析和问题解决的能力，激发学生自主探究的兴趣。

（三）课后巩固

采用线上+线下指导的方式，学生依据热设计热分析所做的内容，针对工程实际需求和问题，自主搜集资料，思考制定散热器结构优化方案，分析影响产品可靠性的热因素，提出相应处理措施，必要时进行线上仿真和线下验证，最后整理实验数据，分析实验结果，撰写试验报告，并进行上传。

四、SPOC混合式教学效果评价

（一）教学过程对比

在SPOC混合式教學模式下，突出自主学习与加强互动交流，将线上观察演示与线下动手操作相结合，学生既是学生又是教师，使得实验教学不再被传统教学局限，学生对新知识的掌握程度就会更加牢固，提高了学生的主动探讨能力、团队精神。在考核评价上，实现强化教学控制与创新考核评价相结合，更好地达到“两性一度”标准层面的教学目标。

（二）教学效果分析

通过问卷调查和访谈形式，开展学生对传统全程线下教学、SPOC线上教学、SPOC线上线下混合式教学三种教学模式的在线自主学习的效率、能力提高、问题解决方式等方面教学效果的评价。62.9%的学生非常认同SPOC混合式教学模式；29.4%的学生赞同线下传统教学，这是因为SPOC运行初期系统不稳定，导致部分学生线上提交报告和测试时出现问题，影响了学生对线上部分认可度；约75%的学生认为线上自主学习效率高，80%以上的学生认为该教学模式提高了自主学习能力、理解能力和学习兴趣，大部分学生能够接受这种实验，并表现出浓厚的兴趣。

结语

基于SPOC混合式线上线下实验课程教学模式以“两性一度”标准为指导，通过创新教学模式与优化教学内容相结合，线上观察演示与线下动手操作相结合，真正实现从“学”到“做”的转变。在考核评价上，实现了强化教学控制与创新考核评价相结合，在知识广度、层次性及创新性上，本实验课程与教学效果均有较大提高。

参考文献

[1]沙沙，张平，张静.“互联网+”时代，基于SPOC的混合式教学模式的探索与研究[J].高教学刊，2021，7（21）：115-117+121.

[2]姚胜永，乔博帅，高力强.“互联网+”背景下高校教学改革探索[J].教育教学论坛，2017（46）：266-267.

[3]王香芬，万博，陈政平，等.电子系统热设计热分析实验教学改革思路与探索[J].教育教学论坛，2020（21）：197-199.

[4]JIANG Zeng-ru， JIN Hong-long. Based on “automatic control theory experiment” MOOC+SPOC teaching management[C].Proceeding of the 39th Chinese control conference，2020：811-814.

Research on Mixed Teaching Model and Practice of the Experiment Courses Geared to “Two Characteristics and One Degree”： A Study Based on Thermal Design and Thermal Analysis of Electronic Products Course

WANG Xiang-fen， WAN Bo， HUANG Jiao-ying（School of Reliability and Systems Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）

Abstract： As the construction standard of “gold course” in the process of teaching reform， the standard of“two characteristics and one degree” pays attention to the improvement of the level of innovative thinking and the practical ability of innovation and entrepreneurship， which is one of the ideas to realize the reform of experiment teaching. This paper puts forward the teaching goal geared to “two characteristics and one degree”， and analyzes the characteristics and existing problems of the two stages of undergraduate and graduate teaching in the experiment course of Thermal Design and Thermal Analysis of Electronic Products in order to cultivate students practical operation ability， independent problem-solving ability and practical innovation ability. Focusing on the experiment teaching goal， and combined with online teaching and traditional experiment teaching， this paper explores the SPOC online and offline mixed experiment teaching process， as well as the teaching design， teaching practice and assessment model. Through a semester of teaching practice， it shows that the implementation of the mixed teaching model has significantly improved students independent learning ability and innovation interest.

Key words： “two characteristics and one degree”； SPOC； mixed teaching； thermal design； thermal analysis