基于超星学习通、QQ群、虚拟仿真平台开展实验教学的实践与思考

李结松　张俊飞　周丽芬　阳范文　章喜明

[摘 要]新冠肺炎疫情肆虐，在线教学成为保证“停课不停教、停课不停学”的主要教学手段。作者通过超星学习通平台实施网上理论视频教学，借助虚拟仿真平台进行实验教学，通过QQ群进行远程辅导、沟通以及讨论互动，较好地完成了课程教学任务，取得了良好的教学效果。

[关键词]超星学习通;QQ群;虚拟仿真平台;在线教学

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）03-0005-03

因防控新冠肺炎疫情需要，学校延期开学，教育部适时颁发了“停课不停学”的通知，在线教学成为保证“停课不停学”的主要教学方式。在日益发展的信息技术推动下，学校的教育理念、教学对象、教学目标、教学模式、教学过程、媒介手段等诸多方面都发生着巨大变革[1]。笔者通过超星学习通平台实施网上理论视频教学，借助虚拟仿真平台进行实验教学，通过QQ群进行远程辅导、沟通以及讨论互动，较好地完成了课程教学任务，取得了良好的教学效果。

一、课程基本情况

医学相关专业的学生了解一些工科知识，对于拓宽知识视野、了解医用设备原理、强化医工结合、提高动手能力是十分有益的。本课程“Arduino软件编程与硬件实现”就是为医学相关专业学生设置的单片机自动控制的入门课程。该课程具有以下几个主要特点。

（一）注重理论联系实际

考虑到学生没有工科知识基础，笔者在开展实验教学之前，先通过超星学习通平台实施网上理论视频教学，通俗易懂地讲解实验中涉及的理论背景知识，让理论学习既不枯燥又对实验具有指导作用。

（二）案例讲解注重与医学内容相结合

非工科学生学习该门课程的主要目的在于应用，因此笔者在讲解实践案例时大都引用与医学相关的应用，如体温检测、超声测量、心率测量等。

（三）充分挖掘和利用国家级虚拟仿真平台资源

课程实验教学原本是实物实验，在因疫情无法进入实验室的情况下，笔者发挥生物医学工程实验中心依托基础医学院构建的虚拟仿真平台资源优势，通过线上虚拟仿真实验来开展实验教学。

（四）开源的Arduino平台入门容易、上手快

该开发平台有很强的易用性和扩展性。学生不需要掌握复杂的编程语言，只需了解基础的电路知识和一些开源库的用法，即可进行电子线路控制与设计制作。

二、课程在线实验教学方案

（一）教学目标

了解单片机控制的基本原理，能够掌握程序编制的基本框架;熟练对Arduino开发板的输入输出端口进行控制和访问;了解常见传感器的基本原理，熟悉虚拟仿真平台的使用方法，能够运用传感器完成相关工程项目设计。

（二）教学内容

该课程仅有36学时，因此在教学内容的组织上要突出核心概念和方法，紧紧围绕教学目标，精选完成工程項目所必需的内容进行教学。在实验教学内容上，要选择能够在虚拟仿真平台上运行的案例，这样才能便于在线组织实施实验教学。通过反复筛选，笔者最后确定包括硬件环境介绍、软件环境介绍、串口使用、键盘输入控制、数码管及液晶显示控制、常见传感器使用、实时时钟使用等核心内容。这些内容分为12个章节。其中前10个章节为线上教学内容，每个章节由1个学时理论课、2个学时实践课组成;后2个章节为线下教学内容，学生分组完成综合实验，提交实验报告，并走上讲台汇报工程项目完成情况。

（三）教学实施

因疫情期间无法开展线下实验教学，考虑到全国各级各类学校都在开展“停课不停学”在线教学活动，超星学习通平台要承载巨大的网络访问流量，我们将教学过程分为以下几个部分，教学方案实施框图如图1所示。

一是依托超星学习通平台开展理论教学。为了避免出现网络拥堵，本课程的理论教学部分没有采取直播形式，而是通过录屏软件提前做好理论教学视频、案例实践教学视频并上传至学习通平台，由学生自由选择课余时间观看。学习通平台的最大优势在于学情的信息丰富、透明度高，教师对学生的学习进度一目了然，便于对教学进行督导管理。

二是依托国家级虚拟仿真平台开展实验教学。实验教学部分借助国家级虚拟仿真实验中心即基础医学院虚拟仿真中心的生物医学工程Proteus仿真子平台进行。学生完成每个章节的理论学习后，需在虚拟仿真平台上完成2个工程项目作业。学生完成工程项目后，再通过学习通将工程文件以及工程运行的结果进行提交，教师批改作业后将批改结果反馈给学生。

三是利用腾讯QQ群平台进行互动答疑。QQ即时通信工具在国内使用非常广泛，它的最大优势在于交流实时性好，学生如有疑问可以及时交流。QQ的语音功能、视频功能等功能都有助于学生及时解决学习难点、疑问。此外，使用QQ新增的屏幕分享功能也使教学演示和直观交流十分方便。

（四）考核要求

本课程是实验课，笔者在设计本课程的考核环节时，主要是让学生自主设计完成1个综合性实验项目，要求其综合度需包含3个以上的章节内容。本课程考核成绩构成中，理论学习占40%、平时作业占30%、综合实验占30%。

三、课程在线实验教学实施案例

下面以第五章“数码管”为例介绍本课程的在线实验教学方案是如何实施的。

（一）制作并上传教学视频到超星学习通平台

首先通过EV录屏软件，将教师通过PPT讲解的理论课进行录屏，讲解内容除了数码管分类、显示原理、应用场景，还有数码管常见驱动方式及其实现机制。理论课讲解完毕后，接着登录上述生物医学工程Proteus仿真子平台，录制实操案例，演示如何建立工程文件，如何驱动一位数码管和四位数码管。视频录制完成后，如有必要可进行适当编辑，然后将编辑好的视频上传至超星学习通平台。

（二）在超星学习通平台布置工程作业

让学生在虚拟仿真平台上完成2个工程作业，1个是使用一位数码管显示可变电阻器的位置，还有1个是用四位数码管显示0至9999之间的计数。学生完成作业后，将实验结果和工程源文件上传至超星学习通平台，由教师批改反馈。

（三）在QQ群里答疑互动

教师要能够及时回答学生的提问，帮助他们解决实验中遇到的各类问题。教师对于具有共性的问题，及时引导学生解决问题，在公告栏里统一公布解决方案;对于不便用文字说明的操作，可以录制视频并上传至QQ群，让学生自行下载学习;对于个别疑难问题，通过QQ的远程协作功能，登录学生的主机，观看并指导学生操作。教师帮助学生解决问题后，要求学生总结问题的解决思路，并在QQ群里分享学习心得，给遇到类似问题的同学提供帮助。教师除了解答学生的问题，还鼓励学生自己上网查找解决方案;同时鼓励学得比较快、比较好的学生协助解惑，并分享学习经验，营造团结协作、教学相长的学习氛围。

（四）运用超星学习通平台的教学预警功能进行督导

将视频学习或者工程作业完成进度慢的学生筛选出来，然后发送信息进行提醒，如图2所示。本文的图2、图3、图4原来均为电脑截图，图中的所有文字都为重录，以使其清晰可见。

四、课程在线实验教学实施效果

（一）线上视频观看率高

本课程为公共选修课程，已经开设过2个学期，平均到课率大约为75%。改为在线教学后，从开展教学的章节来看，学生完成观看第一、第二章视频的比例为100%，后面的章节观看率也超过90%，平均比例达到94%，超过之前实际到课率19个百分点。图3呈现的是学生在线完成视频观看的相关统计情况。

（二）线下互动率高

在线教学打破了时空界限，学生只要在学习中发现问题就可随时在QQ群里提问。在不到3周的时间里，教师与学生、学生与学生之间在QQ群里的互动信息达上千条。即便教师有时不在线，学生也会在群里讨论，提出自己的见解和方案。

（三）学生对课程教学的评价好

开展线下教学学生对课程的评价约为4分，开展在线教学学生对课程的评价约为4.8分，有较大幅度的提升。许多学生这样评价：这门课程很有趣，能够学到新知识、新技术;完成工程项目后有成就感;教师责任心强。部分有代表性的学生评价如图4所示。

五、对在线实验教学的思考

此次疫情给正常的教学秩序带来了严重的困扰，但是很多事情都有两面性，在危机中我们也会有意外的收获，那就是公共网络教学平台上将会涌现一批优质的在线课程，未来的在线教育将会得到快速发展，一批“水课”将会逐渐被取代。关于在线实验教学问題，笔者做了以下几点思考。

（一）在线实验教学对教师的专业素质提出了更高的要求和更大的挑战

授课教师需要有扎实的专业功底和良好的敬业精神，有很强的信息技术运用能力和实验操作能力，能够对学生提出的问题加以迅速解决。

（二）在线实验教学效果的好坏与教师在督导、答疑方面所付出的时间精力有着直接的关系

笔者在教学实践中发现，每次给学生发送督导信息后，课程的访问量都有较大幅度的提升。QQ群的运用，要求教师能随时在线答疑互动，这对于提升在线实验教学效果有很大的帮助。

（三）要做好线下实验教学与在线实验教学的衔接

在线学习因学生学习条件、自主学习能力等方面的原因，学习效果会有差别[2]。因此，教师应根据学情分析，及时做好线下实验教学与在线实验教学的无缝衔接，努力提高实验课程教学质量和教学效果。为避免以在线实验教学完全代替线下实验教学，恢复课堂教学后，需要精准分析学情，并且有针对性地调整课程教学计划。特别是对于在线实验教学存在问题较多的章节，可通过补课、答疑和辅导等形式进行有效弥补。而对于综合性与设计性的实验项目，应遵循“虚实结合”“能实不虚”的原则开展实验教学[3]，即让学生在完成线上实验的基础上通过相应的线下实验巩固提高实验学习效果。

六、结语

在线教学拓展了教学时空，促使教与学的方式发生了重大变化，高校教育改革进程中的教学管理模式也随之发生全方位改变[4]。这对于现行高等教育来说，既是机遇又是挑战。教师应顺应时代潮流，积极迎接挑战，努力将在线课程建设融入教学改革之中，对在线课程建设进行统筹规划和全程把关，推动其教学质量的稳步提升。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 罗晨，刘勇，权冀川，等.基于在线教学案例的启发式教学模式研究[J].计算机工程与科学，2014（S2）：64-67.

[2] 没有必要普遍要求教师录播课程：教育部有关负责人就“停课不停学”有关问题答记者问[EB/OL].（2020-02-12）[2020-08-11].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s5147/202002/t20200212_420249.html.

[3] 章喜明，李锦新，朱晓琴，等.基于虚实结合的基础医学虚拟仿真实验教学平台构建与应用[J].实验室研究与探索，2019（10）：273-276.

[4] 胡志远，沈祁萌，鄂东，等.基于在线学习的高等教育改革创新与内涵发展初探[J].大学教育，2018（10）：224-226.

[责任编辑：庞丹丹]