基于视频微课与口袋实验室的电类专业混合式教学模式研究

王连明

（海南热带海洋学院 海洋信息工程学院，海南 三亚 572022）

电类专业课程普遍以培养学生的应用能力和工程实践能力为目标，如模拟电子技术、数字电子技术和单片机技术等课程。然而，在这类课程的教学中普遍存在以下问题[1]。

（1）由于这类课程的实验教学环节通常安排在理论教学之后，导致在理论教学过程中，教学内容抽象，学生理解困难，激发不了学生的学习兴趣；而在开始实验教学后，学生通常又忘记了理论，只能盲目地按照设定好的实验步骤进行实验，不求甚解，最终导致课堂所学理论知识与实验所得相脱离，对原本应该是完整的、系统的知识理解片面化、碎片化。

（2）由于每次实验课时有限，导致学生只能完成特定的、内容与过程都已安排好的实验题目，不能全面、有效地培养学生的实践能力，学生的创新能力也得不到培养。

（3）目前的教学中，学生过分地依赖教材，缺少通过查阅相关资料全面而深入地理解所学知识的意愿，导致学生知识面狭窄、扩展能力与创新能力欠缺。

针对以上问题，需要在这类课程教学中，促进理论教学过程与实验教学的有机融合，使学生在理论学习的同时就能够通过动手实践加强对所学理论的理解，从而避免理论知识的抽象化和后续实验过程的流程化。

为解决上述问题，本文根据电类专业课程特点，将视频微课和口袋实验室融入电类专业课程教学中，基于“教师主导、学生主体”教学理念，构造了教师主导、学生主动、持续参与、课内外相互促进的混合式教学模式，并通过教学实践验证了这一模式的有效性。

一、视频微课与口袋实验室介绍

近几年，随着互联网技术的发展，视频微课逐渐在以网络为基础的教学中得到广泛应用。视频微课通常是指以学习或教学应用为目的、以阐述某一知识点为目标、以短小精悍的在线教学视频为表现形式的教学活动[2]。

视频微课由于时间短、知识点明确、易于制作、可共享和可重复使用的特点，且呈现方式多样，如动画、评述和演示等，可以充分激发学生的学习兴趣，可广泛应用于预习、课堂演示、复习和讨论等环节，且学生可以自主设计和制作视频微课，从而激发学生主动学习、自主学习的潜能[3]。

口袋实验室是指将传统实验箱的核心功能压缩至一块小开发板上，易于扩展、方便携带与调试。其打破了传统实验室的时空限制，使学生可以在任何时间、任何地点实现其任何实验想法，学生和老师、学生和学生之间可以随时交流实验体会和想法，从而能够有效提高学生学习的趣味性，提高动手实践能力和理论与实践结合的能力，强化学生的探索精神与创新意识。

目前，口袋实验室理念在国内外多所高校已得到广泛的认可和贯彻，如哈尔滨工业大学、东南大学、清华大学、华中科技大学和西安交通大学等都建立了数量、规模各异的口袋实验室，其不仅在电类专业的教学中得以应用，在国外还将这一理念应用于物理专业。另一方面，国际知名公司也纷纷注意到“口袋实验室”在高校教学中的流行趋势，并积极推出相关产品支持这一教学模式。如ST 公司推出的NUCLEO-F401RE 用于嵌入式的学习，DIGILENT 公司推出的Basys3 用于数字电路系统的设计等[4]。

将“口袋实验室”运用到理论教学中具有如下优势。

（1）教师可以要求学生课外通过口袋实验室完成与课堂上所讲授理论相关的验证实验内容，从而加深对理论知识的理解。教师也可以开展讨论式教学或翻转课堂教学，即通过布置预习实验，要求学生发现实验中的问题，然后在课堂上通过讨论问题完成教学任务。

（2）通过要求学生在课外做实验遇到问题时，自己动手查找资料解决问题，提高学生解决问题的能力，并培养学生养成良好的自主学习习惯。

从国内外发展现状可以看出，视频微课和口袋实验室在教学中通常都是分开使用的[5-6]，视频微课主要用于为教学提供一些辅助视频材料；而口袋实验室更多的是为学生提供一个课外的实验手段，依靠学生的学习自主性发挥作用，口袋实验室也多应用于实验教学和实践教学中，与理论课教学相结合的有效模式还没有形成。也就是说，现有的研究成果中，所采用的教学模式并没有脱离传统的教学模式。

由于视频微课和口袋实验室在激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力、培养学生实践能力和创新能力方面具有突出的优越性，因此，将它们融入电类专业课程教学中，将有效克服传统理论课教学枯燥乏味，导致学生缺乏学习兴趣的问题；也可以解决理论教学与实验教学脱节的问题。

二、视频微课、口袋实验室与理论教学的融合方式

综合视频微课和口袋实验室的特点和优势，与理论课教学相融合的方式如图1 所示。视频微课的内容可以是理论课相关知识的发展史、典型应用、学术研究的最新成果、科技发展前沿和知识点的讲解等。视频微课可以根据理论课教学内容和过程的需要由教师自行录制，也可以从获取的视频资料中进行截取形成。视频微课的内容可以根据理论课教学的需求设计，为理论课教学提供支撑；也可以针对口袋实验的需求设计，为学生课外进行口袋实验提供实验指导。视频微课由于只针对某一知识点设计，具有制作简单、成本低、通用性强和时效性高的优点，易于形成视频微课库。

图1 综合视频微课、口袋实验室与理论课教学相融合的方式

口袋实验室的组成与具体的课程相关，如对于模拟电路、数字电路和单片机等课程，只需面包板、导线和一些基本元器件即可搭接实验电路，电路测试所需仪器，如信号源、示波器等，可以采用基于电脑的虚拟仪器，也可以利用开放实验室的物理仪器。在理论课教学过程中，为了加强学生对所讲授理论内容的理解，教师可以布置课外实验项目，对理论进行验证或应用，如三极管放大电路功能的验证；教师也可以通过布置具有特殊现象的实验，引发学生在课堂上讨论，通过讨论完成理论课教学内容。如放大电路的输出信号失真现象。

为了使学生更好地完成课外口袋实验，教师可以录制对实验进行指导的视频微课；同时，学生也可以将口袋实验过程录成视频微课，经筛选后充实视频微课库，这一过程可以提升学生被认可的自豪感，从而极大地激发学生动手实践的兴趣。

三、课内外融合的混合式教学模式构建

教学模式是指在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。通过上述分析可知，视频微课、口袋实验室与理论教学具有各自的作用与优势，因此，针对每一门课甚至每一堂课，根据教学目标不同，通过将三者有机融合就可以形成不同的教学模式。

众所周知，模拟电子技术基础是电类专业重要的必修基础课程，通常安排在实验课之前开设，由于学生对器件和电路缺少直观的认知且大多数教学内容是基于器件模型进行电路分析，因此，模拟电子技术被电类专业学生认为是最难理解的课程之一。另一方面，由于课程改革，基础课程学时也被大大缩减。海南热带海洋学院这门课程只开设51 学时。在学时少、内容多且抽象的情况下，如何提高教学效果，是本门课程教师面临的主要难题。

针对模拟电子技术基础课程的现状，并考虑到学生的课外时间相对充裕，笔者将视频微课、口袋实验室融入理论教学，构建了“教师主导、学生主体的课内外循环融合”的教学模式，如图2 所示。

图2 教师主导、学生主体的课内外循环融合教学模式示意图

此模式由6 个环节构成，其中，3 个环节在课内由教师主导进行，还有3 个环节在课外由学生自主完成，各环节的作用如下。

（1）引导性讲解：在此教学模式中，教师在课堂上只对本堂课的知识做引导性讲解，包括本堂课所授知识的背景、框架、重点、难点和注意事项等，看似简单，实则对教师提出了更高的要求，教师不仅要深入理解所授内容，更要能深入浅出地讲出来，且重点、难点突出。

（2）项目布置：由于课堂注重引导，则更多的具体内容交给学生在课后完成。在项目布置环节，教师要根据本堂课的知识特点，选取合适的项目形式。之所以称之为“项目”，是要求课后内容要有探索性，促使学生自主思考[7]。项目的结果有差异性，从而避免学生相互抄袭，养成不良的学习习惯。项目形式可以是问题讨论、仿真实验或实物实验等。对于模拟电子技术课程，项目大多是相关器件或电路的课外电路搭接与功能或参数测试。

（3）文献阅读：所布置的项目要求学生必须阅读一些文献才能完成，至少应该完成对教材中相关内容的阅读才能完成项目。教师针对某些项目，有针对性地提供一些视频微课材料。

（4）项目分组实践：为了促进相互学习，提高学习效率；也为了培养学生的团队合作意识，更好地适应社会的需求，课外项目实践通常采用分组方式进行，每组人数可以根据上课的总人数确定，保证在一段时间内，所有同学都有展示成果的机会。对于实验类项目，学生要利用口袋实验室完成，并录制实验视频。

（5）问题总结：由于课外项目具有探索性，因此，要求每组给出项目结果并提出问题，以此激发学生养成良好的思考习惯。

（6）测试与讨论：在理论课开始，教师要引导学生展示项目完成结果，并对项目中出现的问题进行讨论，以讨论的方式完成对上一次教学内容的总结。

经过上述环节，一堂课的内容更多的是由学生利用课外时间进行消化吸收，培养了学生养成自主学习、自主思考的习惯，也培养了学生团队合作意识。教师在这一模式中要充当过程的策划者、组织者和知识学习的引导者，而不仅仅是知识的搬运工。

为实践此教学模式，我们将其运用于海洋技术专业的模拟电子技术基础课程教学中，为了形成视频微课资源，选用了杨欣教授等主编的《实例解读模拟电子技术完全学习与应用》为参考教材，该教材提供了大量的教学短视频，可用作视频微课；同时，选择电路飞翔网提供的C1201 面包板实验套件作为口袋实验室，每组配备一套，用于学生课外搭接电路并实验。

四、教学案例

采用上述教学模式，针对不同的教学内容可以布置不同的课外实验项目。例如在三极管放大电路部分的教学中，由于三极管的输出特性曲线是理解三极管放大电路工作原理基础，而学生通常对三极管输出特性曲线的含义理解不深，导致对相关知识死记硬背，究其原因在于，学生们不清楚三极管的输出特性曲线是如何获得的。因此，在讲授这一部分内容时，布置的课外项目就是“晶体三极管输出特性的测量与分析”，要求学生课外利用口袋实验室对输出特性进行测量，并对测量结果及物理含义进行分析；课堂上要求展示实验过程的视频，并给出分析结果，对于实验过程中的问题，在课堂上讨论解决。学生课外会通过查找三极管输出特性的测量电路进行实验。无论各组是否能够顺利完成课外实验，但都会带着各种各样的问题进入课堂，这种带着问题的学习会更有利于学生提高课堂听课的注意力，高效地掌握和理解所学知识。

五、结论与展望

经过两学期的实践，这种教学模式使课堂教学发生了明显的变化，主要体现在以下方面。

课堂气氛活跃，学生积极参与讨论和发言；由于采用分组方式，促进了学生之间的协作和互助，使班级整体形成了浓浓的学习氛围；理论讲解与动手实践同步进行，解决了理论知识与应用实践相脱离的问题，使抽象的理论变得生动、具体，有效提高了教学效果；经过口袋实验的训练，学生已经具备了基本的实验技能，也有效提高了后续模拟电路实验的教学效果，学生从以前的照搬实验过程，到现在能够积极主动地扩展实验要求，对实验电路进行更深入的探索，体现出已经比较扎实地掌握了所学的基础理论知识与实践技能。

视频微课、口袋实验室与理论教学的融合方式具有很大的灵活性、高效性和可扩展性。视频微课由于短小精悍，讲究实效，因此易于制作；口袋实验室只用于实现简单实验，通过简单元器件就可以构建；每位教师都可以根据自己对教学的理解设计不同的课外项目。因此，本研究所提出的教学模式也可扩展应用于其他电类专业课程的教学。其教学理念和方法也可以为不同专业的理论课程教学提供借鉴。

目前，随着信息技术的发展和线上线下教学的融合，各种课堂教学模式也被不断提出。但由于教师所处的教学环境和面对的教学对象不同，只有因势利导、因材施教，探索切实可行、行之有效的教学模式，才能切实提高人才培养质量。