基于“雨课堂+Multisim”的虚拟实验平台的建设研究

摘要：“雨课堂+ Multisim”是新型的智慧实验教学平台。本文以数字电子技术和模拟电子技术实验课为例，探讨了“雨课堂+Multisim”作为一种线上线下结合非常紧密的实验教学模式，对实验教学带来的改进和影响。文章的结论是，经过两年多的实验改革，学生的动手能力、工程意识和创新型思维得到了明显的提高，特别是在特殊情况下能实现线上线下实验课的无缝对接，是一个值得继续坚持和努力的方向。

关键词：Multisim;雨课堂;实验平台

一、引言

随着社会的发展，信息时代已经全面到来，传统的教育形式已经不能满足人们的需求，网络教育应运而生，通过这样的方式能够更加方便用户，可以随时随地地完成在线交流与学习。雨课堂是由清华大学和清华网络教育品牌学校联合推出的智能教学工具。它旨在连接教师和学生的智能终端，给课前、课中和课后的每个环节带来新的体验，从而最大限度地释放教与学的能量，促进教学改革。雨课堂通过将各种复杂的技术，与PowerPoint和微信相互融合，将课堂教学和课外预习更好的连接在一起，让师生之间的互动永远不会离线。Multisim软件在解决线下实验条件不具备、实际运行困难、高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题占很大优势。而雨课堂与Multisim软件的结合推动了混合式教学，推进现代信息技术与教学深度融合，最主要的是还能解决由于特殊情况无法线下授课的问题。

二、“雨课堂+ Multisim”的教学实施

模拟电子技术和数字电子技术的电路原理图是既抽象又复杂的，实验实践操作是巩固和加深理论知识的重要途径。因此这两门课程中的实验部分就成为学生理论学习成果的重要巩固过程。在传统的教学模式下，学生往往基于教师指定的实验指导书进行实验预习。但由于模拟电路和数字电路的抽象性、复杂性和灵活性，仅仅依据实验指导书学生很难对实验原理图的构造及设计原理有较深入的了解，他们会觉得枯燥，不感兴趣，预习的积极性很低。此外，由于实验室空间、实验仪器数量以及课堂教学时间有限等客观因素的影响，实验课堂上很难兼顾到使每位同学对实验内容完全掌握。这种情况久而久之就会造成学生对电路设计原理和思路一知半解，实验时只是按照实验指导书上的操作步骤照抄照搬，对实验结果和实验现象不会分析，不知道为什么是这样或那样的结果。而且出现故障也无从下手，不会解决实验中出现的问题，严重影响了教学效果，同时还极大挫伤了学生学习的兴趣和积极性。

图1    学生预习情况

基于“雨课堂+ Multisim”的虚拟实验平台，使传统的线下教学模式与现代的线上教学模式相结合，是线上线下相结合的新型教学模式。其中，实验课程的课堂内教学主要集中在线下，上课时间教师在实验室内检查学生的预习报告，并通过提问等方式检查预习情况。然后讲解实验注意事项并指导学生完成实验，学生做完实验后检查学生的实验操作完成情况以及实验数据是否合理，合格后签字，学生方可离开实验室。每一个实验题目完成后，学生都要手写实验报告，教师批阅纸质实验报告。线上部分是由“雨课堂+Multisim”虚拟实验平台完成的，在这种方式下，教师在上课前一个星期左右把实验预习相关资料推送到雨课堂，并在雨课堂发布预习公告，要求学生按照要求预习实验。学生可以实时接收实验资料，提前预习，通过这种方式还能实时掌握学生的预习情况，如图1所示。

实验资料里有教师事先用Multisim软件搭建好的示范电路，仿真电路里只要能用到实验箱里相应模块的部分，都要给出相应的对照图，并对仿真图里与实验箱里对应的部分一一进行说明。通过这样的方式，即使学生还没进入实验室就已经预先了解了实验箱里的构造和各个模块的作用，虽然使用的是仿真，但是感觉像在实验室里操作一样。学有余力的学生还可以对自己的一些设计性实验提前进行验证，这些都极大节省了线下课堂上的时间，使学生的有效学习和实践时间大大加长，极大促进学生学习效果提升。另外，如遇特殊的客观情况，“雨课堂+Multisim”这种虚拟实验教学平台还能实现线下与线上的无缝对接，真正做到实验课的停课不停学。针对以上两种情况，具体实施方案如下：

（一）完全采用线上形式

由于客观原因，完全采用线上形式授课已经进行了两轮了。这种授课方式是采用“雨课堂+Multisim”实现的。上课前一周左右，教师把实验指导书和带有仿真示范的实验材料上传到平台，上传到平台上的信息示例如图2所示。

上传后，学生通过手机微信中的雨课堂收到提示，可以查看或下载平台中的资料，事先做好预习。课中，老师可以用腾讯会议共享桌面的形式讲解ppt，并根据情况演示仿真操作，需要学生自己操作完成的时间就让学生开启摄像头，在老师的监控下做实验，而且会通过雨课堂随机点名的方式實时检查学生实验操作的进度，这种方式可以随时关注学情，让学生即使不在老师的面前，也胜似在老师的面前做实验一样，教学效果良好。

课后，教师将事先整理好的实验报告要求发布到雨课堂，实验报告主要包含实验目的、实验器材、实验原理、实验内容及步骤等，在实验内容及步骤里，每一个小内容都有具体的要求，比如要求提交设计原理图、仿真图（带有仿真测试结果的图或示波器波形图）、带有已填写数据的数据测试表、数据处理、实验总结等内容。这种提交实验报告的方式虽然学生提交的时候是分项提交，但是教师批阅完后，可以下载整个报告。最主要的是，通过这样细致的划分，使学生整理实验报告的时候不认真不细心都不行，稍有疏忽，就会丢项丢分，这种方式从而培养了学生认真严谨的学习态度。学生提交实验报告后，教师通过雨课堂中的实验管理平台，实时掌握学生提交作业的情况，学生完成作业情况如图3所示。

图2    上传信息示例

只要学生提交了实验报告，教师就可以随时批阅实验报告，批阅实验报告的示例如图4所示。在这个平台中，每个上传成功的学生实验报告都会得到永久保存，类似于无纸化办公，更加高效安全，极大地提高了教师的工作效率和实验管理水平。这种方案特别适合如果遇到特殊时期而无法线下授课的情况，“雨课堂+Multisim”这种虚拟实验教学平台实现线上与线下的无缝对接，真正做到实验课的停课不停学。

（二）采用线下线上混合形式

实验教学中的线下部分是由学生和教师在实验室完成的，在上课时间进入实验室，根据雨课堂中事先上传的实验材料和发布的实验要求，利用实验箱里的实验功能底板和实验模块搭建实验电路，完成相关实验内容。上课时间教师在实验室内检查学生的预习报告，并通过提问等方式检查预习情况。然后讲解实验注意事项并指导学生完成实验，学生做完实验后检查学生的实验操作完成情况以及实验数据是否合理，合格后签字，学生方可离开实验室。每一个实验题目完成后，学生都要手写实验报告，教师批阅纸质实验报告。

实验教学中的线上部分是利用“雨课堂+Multisim”实验平台，让学生把“实验室”带回宿舍。在每一个实验题目上课前一周左右，教师把实验的相关资料上传到雨课堂平台，其中，资料可以是带有仿真示范的课件，也可以是操作示范视频，学生收到信息提示后，可以进入平台查看或下载资料，更值得一提的是学生在实验室之外的环境下可以很方便地自主预习实验，这样，可以达到在进入实验室之前就先了解了实验中需要用到的所有元器件的结构和用法，经过事先的搭接电路和仿真测试，真正达到预习的效果，特别是最终能让学生能随时随地根据自己的想法进行自主设计实验，既提高了学生对实验课程的兴趣，也激发了学生做实验的积极性和热情。

三、结束语

目前，基于“雨课堂+Multisim”模式的虚拟实验教学改革已进行近两年，引入“雨课堂+Multisim”平台后，提高了学生对数字电子技术和模拟电子技术理论知识的巩固并加深了理解，提高了学生对实验课程的兴趣。

总的来说，“雨课堂+Multisim”这个实验教学平台，既符合了教学要求的前沿性、时代性，又解决了由于特殊原因无法线下授课的情况，是一个值得继续坚持和努力的方向，实践表明，该技术值得在更多的课程中推广应用。

作者单位：赵祥敏    牡丹江师范学院 物理与电子工程学院

参  考  文  献

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