线上线下+虚拟仿真混合教学模式在数字电子技术实验教学中的应用探索

曲伟　邱成军　罗俊琦　曲艺

摘 要：通过结合现代信息技术，混合式教学模式能够打破传统教学模式时空限制，激发学生学习兴趣，提高学生参与度。为了提高数字电子技术实验课程的教学效果，本文针对传统数字电子技术实验课程教学中存在的问题，开展了数字电子技术实验线上线下混合式教学改革，构建了线上线下+虚拟仿真的混合式教学模式，精心设计了教学环节，优化教学方法和考核方式，不断提高学生学习主动性。教学实践表明通过课程持续改进，实现了以学生为中心课堂教学，提升了教学质量，教学效果显著。

关键词：数字电子技术实验 混合式教学 教学环节 考核方式

Application Exploration of Online and Offline + Virtual Simulation Hybrid Teaching Mode in Digital Electronic Technology Experimental Teaching

Qu Wei Qiu Chengjun Luo Junqi Qu Yi

Abstract：Mixed teaching mode， combined with modern information technology， can break the time-space limitation of traditional teaching mode， stimulate students learning interest and improve students participation. In this paper， the digital electronic technology experiment online and offline + virtual simulation hybrid teaching reform is carried out according the problems of traditional digital electronic technology experimental course in order to improve the teaching effect. Teaching link is designed based on teaching content ， teaching method and examination method are optimized， and learning initiative of the students are improved. The teaching practice shows that the student-centered classroom teaching is realized， teaching quality is improved， and teaching effect is achieved remarkably.

Key words：digital electronic technology experiment， mixed teaching mode， teaching link， assessment method

1 引言

高等教育已經成为经济发展的强劲推动力，在“互联网+”时代的背景下，在“中国教育现代化”的新要求的引领下，国内高校利用互联网积极开展线上课程建设与应用，信息化教学手段已为各高等院校进行课程教学改革的重要指导方向，也为高等院校的课程教学改革提供了行动指南。2018年４月教育部出台了《教育信息化2.0行动》[1，2]文件、2019年中共中央、国务院印发了《中国教育现代化2035》[3]文件，促进了教育信息化的实施，推进了高等教育现代化的进程。这就意味着，结合信息技术进行线上线下教学改革满足“加快推进教育现代化、建设教育强国”的新要求，也给高等院校工科类专业基础课程利用信息化技术实施教学改革给带了新机遇。

北部湾大学是一所特色鲜明的应用型本科院校，具有“一带一路”的地缘优势，学校近年来大力推进网络教学资源建设，鼓励教师建设适合本校学生特点和培养需求的异步SOPC线上线下混合式教学课程。数字电子技术课程教学团队紧跟时代步伐，满足我校发展的实际情况，坚持以工程教育专业认证“以学生为中心、成果产出、持续改进”的教育理念为核心[4]，对数字电子技术课程进行了线上线下混合式教学的探索与实践。自2020年以来，开展了基于MOOC的数字电子技术线上线下混合教学模式的改革，同时也进行了线上线下混合式实验教学模式的探索。

2 数字电子技术课程实验教学现状

数字电子技术课程是一门理论与实践紧密结合的工科类专业基础课程，具有很强的实践性[5]，其课程的教学目标之一是使学生学会常用电子仪器测量、调试数字电路的方法，具备典型数字电路设计的初步能力，具备将数字电子技术应用于工程实践的初步能力，数字电子技术实验教学环节是培养这些能力重要教学环节。而目前学生主要特点是学习主动性差、缺乏学习热情与兴趣、团队合作意识不强，加之学生对该课程的实验重视程度不够，缺少通过设计实验、实验操作、实验数据获取与处理，得到合理有效的实验结论的能力[6]。具体表现如下：一是重视程度不够，多数学生课前预习不足，存在对实验内容不熟悉，实验步骤不清晰，实验器材与实验仪器了解不够。二是线下实验课课堂教学时间的限制，教师对实验操作一般只讲一遍，学生在实验实际操作中容易出现错误。三是课程考核方式单一，学生过于注重实验结果和实验报告，对实验过程规范性重视不够[7]，获得合理有效实验结论的能力不足，教学效果不尽理想。

3 线上线下+虚拟仿真混合式实验教学模式的构建与实施

3.1 构建线上线下+虚拟仿真的混合式教学新模式

目前高校学生主力军都是在网络环境下成长起来的，具有超强的网络学习欲望，以MOOC为代表的新型在线教育模式为其提供了前所未有的机会[8]，也为本课程进行线上线下混合式教学改革的顺利实施提供了坚实的基础条件。参考国内外高校工科类数字电子技术实验课的教学模式，本课程团队以“以学生为本，以能力为核心”的教学改革目标，构建了一套符合地方应用型院校实际情况的数字电子技术实验线上线下+虚拟仿真混合式教学新模式，如图1所示。

3.2 线上线下+虚拟仿真的混合式教学模式的实施

3.2.1 线上自主预习

为培养学生的自觉主动学习能力，创造一个符合信息技术时代特点的自主学习环境，本课程组在慕课平台开展异步SPOC线上教学资源建设的基础上，借助腾讯会议和班级QQ群开展实验教学模式的的改革。课前教师提前向学生发布电子实验指导书、实验大纲、课件、视频及实验预习要求等教学资料，学生可以利用碎片化时间进行预习，了解实验内容和实验要求、实验步骤和方法、需要记录的实验数据等内容。

3.2.2 虚拟仿真

数字电子技术课程组坚持课程目标和教学内容为主线，并借助EDA技术将难于理解的电路及工程实践实例，利用电路仿真软件进行仿真讲解有助于学生对课程难点及重点知识的理解，同时也有助于实验操作的理解。传统实验教学采用线下实操方式，受实验条件和实验场地的限制，而虚拟仿真打破了实验条件和场地的限制，尤其是2020年疫情期间，实验教学多数是在网上开展，学生在电脑端就可对实验内容进行仿真，按照教师指定任务及要求完成实验电路的搭建与实验数据的测试，学生课前课随时随地完成预做，打破了时空限制。

3.2.3 线下课堂实操

通过课前预习和虚拟仿真实验，学生对实验内容、实验步骤、实验仪器等有了初步的了解，而且在预习过程中可能会产生疑问，并将问题带入线下课堂，教师则可根据学生的问题进行不同侧重点地讲解实验。课堂实操按照以下教学活动进行：1.实验开始前教师依据学生课前预习提出的问题进行引导式解答，目的是引导学生在实验中探索问题的答案。2.学生分组实验，学生分组自行讨论实验方案及各自分工，按照实验步骤进行实验电路的搭建与测试，选择合适的实验设备进行实验数据的观测，并在实验过程中进行拍照记录数据，便于后续实验数据分析与处理。教师则流动检查规范学生的操作，解答学生实操过程中产生的新问题。3.每组实验结束后，教师检查实验的完整性，与学生探讨实验数据等问题，学生在实验结束前最后一项工作是将实验仪器、实验器材、实验桌椅、实验记录本等归位，进一步培养学生的实验素养。

3.2.4 课后总结

为了进一步培养学生分析、解决和总结问题的能力，实验课后环节总结必不可少。学生撰写实验报告，整理、分析与处理实验数据，实验总结和实验心得与体会，教师审阅实验报告，了解学生对本次实验的掌握程度，为下一步实验拓展和持续的教学改革提供基礎。

3.3 构建以学生为中心的线上线下教学环节

虽然线上短视频回放和虚拟仿真打破了时空的限制，使学生学习更加便利，但学生自学能力存在很大差异，有的学生缺少理论练习实际的意识，尤其是在实验教学中表现尤为明显，有的学生对实验仪器的使用不熟悉，有的学生实验操作不够规范，导致实验结果获得的难度增加，这就要求教师在教学环节中要精心设计教学活动，将课前、课中、课后的教学过程设计意图与混合式教学模式的应用形成有机形成一体，确立教学目标。课前预习教学活动中，课前教师既可以借助慕课堂和异步SPOC平台课程公告方式提前发布给学生，也可以借助Q群开课前向学生推送实践教学内容部分课程公告。线下课堂教学活动中教师针对课前预习出现比较集中的疑难问题，进行针对性地讲解，引导学生带着问题进行实操，在实验中摸索问题的答案，引导学生规范地记录实验数据，掌握实验操作步骤规范，养成良好的实验素养。课后总结教学活动中，要求学生学会整理、分析与处理实验获取的数据，能够对实验结果进行理论分析与实验总结。这样设计的教学环节（如表1所示），学生能够预先知道学习目标，带着问题进课堂，虚拟仿真实验的实施使实验更加直观化、形象化和实际化，有助于提高课中实操教学环节的实施效果，课后有反思，学生的学习效率进一步提高。

4 线上线下+虚拟仿真教学考核评价体系的建立

课程考核方式是课程建设的重要环节，是检验学生学习效果的重要手段，也是评价课堂教学质量重要依据之一[9]。为了更加客观评价实验教学效果，构建了混合教学模式的数字电子技术实验考核评价体系，如表2所示。考核内容由课前实验预习、课中动手实操和课后实验总结三部分构成，每部分考核内容和占比各自不同，从多维度评价学生的学习过程和学习能力，成绩的评定更加合理和客观。

5 总结与展望

本文从数字电子技术课程实验教学现状、混合式教学模式的构建和评价体系的设计方面探讨了线上线下混合式数字电子技术实验教学的改革与实施。对线上线下+虚拟仿真混合式教学模式、线上自主预习、线下课堂实操、课后总结教学环节及考核评价方式的创新进行了深入分析。在教学实施过程中形成了一套具有持续改进的混合式教学模式，创建了完整的线上线下交叉式导引学习机制，注重学生实验素养的养成。通过教学改革，更新了授课教师的教育理念，激发了学生学习兴趣，提高了学生自主学习的能力，促进了团队合作意识的提升，取得了较好的教学效果，同时促进了本专业本科人才培养质量的提高，同时也为创新型、应用型人才的培养提供了新思路。

基金项目：广西高等教育本科教学改革工程项目“基于 MOOC《数字电子技术》课程混合式信息化教学模式的研究与实践”（项目编号：2020JGA244）；广西学位与研究生教育改革课题“海洋工程专业硕士实践创新平台构建及创新能力培养研究”（项目编号：JGY2020174）北部湾大学课程建设项目，“数字电子技术全英文课程”（项目编号：19QYKC09）；北部湾大学国际平台英文慕课建设项目，“数字电子技术（Digital Electronics）”（项目编号：gjywpt01）。北部湾大学2020 年线上线下混合式 一流课程建设项目（第一批），数字电子技术（项目编号：无）。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.教育部印发《关于教育信息化2.0行动计划》（教技〔2018〕6号文件）[J].西部素质教育，2018（10）：15.

[2]郑旭东.智慧教育2.0：教育信息化2.0视域下的教育新生态——《教育信息化2.0行动计划》解读之二[J]，2018，36（04）：11-19.

[3] 李冀红，万青青，陆晓静，杨澜，曾海军.面向现代化的教育信息化发展方向与建议——《中国教育现代化2035》引发的政策思考[J].中国远程教育教育，2021（04）：21-30.

[4]庄晓虹.“以学生为中心”的普通高校化学课程改革[J].化学教育，2023，44（6）：19-22.

[5]庄 远，邱成军，张晓培.全英文混合式教学模式的探索与研究——以电工学课程为例[J].电大理工，2021（02）：48-51.

[6] 刘慧娟，曹富，徐宁. 线上线下混合教学在《药物分析》课程中的应用 [J]. 广州化工 ，2022，50（17）：203-205.

[7]鞠晓群，于 东，桂洪斌，张兴明.构建虚实结合、线上线下混合的实验教学新模式[J].实验科学，2023，26（1）：158-161.

[8]张宏伟，王海星，郭建锋，王新环.基于腾讯课堂和虚拟仿真技术的嵌入式系统线上教学[J].实验技术与管理，2220，37（12）：170-174.

[9]闫晓梅，王志社，高文华.“数字电子技术实验”的“线上－线下混合”教学改革学[J].电气电子教学学报，2221，43（3）：155-157.