賴春露,姚 統(tǒng),劉 芳

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）信息科學(xué)與工程學(xué)院,山東 威海 264200）

習(xí)近平總書記提出：“在新一輪全球增長面前，唯改革者進(jìn)，唯創(chuàng)新者強(qiáng)，唯改革創(chuàng)新者勝”[1]。創(chuàng)新教育是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力，也是一個學(xué)校的生存之本[2]。隨著信息社會的到來，傳統(tǒng)的授課方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展，雖然高校很多實驗課程已經(jīng)采用多媒體教學(xué)，但是主要還是采用 “課前預(yù)習(xí)-課上講解和實驗-課后分析并形成報告”傳統(tǒng)的教學(xué)模式[3]，教學(xué)效果有限，因此實驗教學(xué)面臨著開展創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的巨大挑戰(zhàn)。尤其是2020年“新冠”疫情的新形勢下，學(xué)生不能返校，實驗課只能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授課，向工程實驗老師提出了前所未有的新挑戰(zhàn)。一切都要從零開始，原有的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法在新的教學(xué)環(huán)境中均不能直接沿用，實驗教師必須打碎原有積累、重新整合，探索一條實踐教學(xué)的網(wǎng)課新路徑。

本文以我校電工電子實驗教學(xué)中心為例，分析了現(xiàn)有教學(xué)模式中存在的問題，針對新形勢下實驗教學(xué)要求，提出了基于自建SPOC的“4步緊密銜接”式實驗課程線上線下混合教學(xué)模式，分別對電工電子類實驗課和實習(xí)課提出了新型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系。新的實驗教學(xué)模式開辟了實驗課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)空間，充分發(fā)揮信息技術(shù)對實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)開展的重塑作用，實施線上線下相互融合、有機(jī)統(tǒng)一、前后貫通的教學(xué)改革，從而在實驗教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)與方法創(chuàng)新等多個層面實現(xiàn)對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的有力變革。

1 我校電工電子類實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

我校電工電子實驗教學(xué)中心開設(shè)的11門基礎(chǔ)電類實驗以及1門實習(xí)課現(xiàn)采用獨立設(shè)課、全開放教學(xué)的模式，即課程負(fù)責(zé)教師將實驗的理論知識講解、注意事項、實操視頻等提前上傳至課程網(wǎng)站，學(xué)生可自行預(yù)習(xí)，在實驗周期內(nèi)學(xué)生可隨時來到實驗室做實驗，課上老師將對實驗內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的講解，學(xué)生實驗課上完成實驗內(nèi)容后，完成數(shù)據(jù)分析、形成報告?，F(xiàn)有教學(xué)模式確實可以做到給學(xué)生盡可能細(xì)致的講解，學(xué)生也能根據(jù)自身情況自由地完成實踐能力訓(xùn)練，但這其中仍存在著諸多問題，教學(xué)資源緊張、實驗設(shè)備陳舊、實驗內(nèi)容單一、教學(xué)考核死板等均是制約中心教學(xué)改革的重要因素。

1.1 教學(xué)資源緊張、實驗設(shè)備陳舊

中心實驗室數(shù)量有限、承擔(dān)的課程繁多，導(dǎo)致實驗室資源非常有限，每學(xué)期實驗設(shè)備均需高頻運轉(zhuǎn)，且實驗室建設(shè)較早、實驗設(shè)備服役時間較長，導(dǎo)致設(shè)備故障率高、維修任務(wù)量 大、可做實驗項目有限等等。

1.2 實驗內(nèi)容單一

由于受設(shè)備和技術(shù)的限制，中心現(xiàn)有實驗課程內(nèi)容仍采用普遍的實驗教學(xué)模式和傳統(tǒng)經(jīng)典實驗課程內(nèi)容，創(chuàng)新內(nèi)容較少且主要集中在創(chuàng)新實驗課中，導(dǎo)致基礎(chǔ)實驗課程內(nèi)容的針對性、包容性不強(qiáng)，無法顧及到各種水平和能力的學(xué)生。能力較強(qiáng)的學(xué)生認(rèn)為現(xiàn)有實驗內(nèi)容過于單薄，能力較差的學(xué)生只敷衍完成實驗內(nèi)容并不去深入思考實驗原理。學(xué)生學(xué)風(fēng)和學(xué)習(xí)氛圍得不到改善，參與實踐的主動性和熱情得不到充分挖掘和發(fā)揮，學(xué)生的獨立創(chuàng)新能力、自主思維能力得不到充分鍛煉[4-5]，無法體現(xiàn)新時代尊重個體差異、個性化的教學(xué)，無法滿足教育中“因材施教”的本質(zhì)需求[6]。

1.3 教學(xué)考核死板

中心現(xiàn)有實驗課程考核采用 “平時實驗成績+期末實驗考試成績”的模式，其中平時成績包括學(xué)生的實驗操作成績和實驗報告成績。這種以單一結(jié)果性評價作為考核標(biāo)準(zhǔn)的評價方式忽視了實驗過程中對學(xué)生的考核，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維完全沒有得到鍛煉和深化，單一的實驗考查方式也并不符合當(dāng)下“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”的考核標(biāo)準(zhǔn)[7]。另外，實驗內(nèi)容完成度仍靠學(xué)生記錄數(shù)據(jù)老師檢查的模式來評判，學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)的真實性很難保證，不同老師的評判標(biāo)準(zhǔn)也很難完全統(tǒng)一，導(dǎo)致現(xiàn)有考核體系很難做到完全公平。

2 現(xiàn)有問題解決思路

針對現(xiàn)有實驗教學(xué)體系中存在的問題，本文就實驗中心及任課教師層面提出了一些解決思路。

2.1 建設(shè)SPOC課程，開展線上線下教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式

SPOC（Small Private Online Course）即小規(guī)模在線課程，其主要教學(xué)過程是：教師根據(jù)教學(xué)大綱，每周定期發(fā)布視頻教學(xué)材料、布置作業(yè)和組織網(wǎng)上討論。學(xué)生在學(xué)習(xí)清單的引導(dǎo)下按照時間點完成視頻觀看、作業(yè)和參加討論。在課堂上教師進(jìn)行課堂授課，處理網(wǎng)絡(luò)課程答疑，并進(jìn)行課堂測試。相比于大型開放網(wǎng)絡(luò)課程MOOC（Massive open online course），SPOC 課程更強(qiáng)調(diào)線上課程和線下課堂的互補(bǔ)和融合，同時由于更注重有限學(xué)生個數(shù)的教學(xué)效率，更適合個性化學(xué)習(xí)和新型教學(xué)模式的開展。利用SPOC進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，有助于虛實結(jié)合的實驗教學(xué)環(huán)境的設(shè)計與呈現(xiàn)，促進(jìn)新型教學(xué)模式的開展和深化[8]。

SPOC這種在線課程教學(xué)模式采取開放的網(wǎng)絡(luò)形式，可將優(yōu)秀的教學(xué)資源很好地融合起來，對知識點進(jìn)行最優(yōu)呈現(xiàn)，能夠從根本上改變傳統(tǒng)實驗教學(xué)的課程模式、授課形式與教學(xué)管理等，為教學(xué)模式改革提供了思路和方法[9-10]。采用SPOC教學(xué)模式，教師可以對課程內(nèi)容重新進(jìn)行梳理、提煉知識點并以短視頻形式呈現(xiàn)，學(xué)生可以依托電腦端或者無線移動端學(xué)習(xí)、自由靈活地控制自己學(xué)習(xí)時間和地點，教師和學(xué)生可以SPOC課程討論版塊進(jìn)行自由溝通和交流使得學(xué)生的疑問得到快速的解答，學(xué)生的一切學(xué)習(xí)過程可以由網(wǎng)站完全記錄下來、為課程成績考核提供了有力的數(shù)據(jù)。

2.2 重建課程體系、對課程內(nèi)容進(jìn)行分層

在現(xiàn)有課程體系的基礎(chǔ)上，組織各課程組交流研討，對各課程中存在的重復(fù)內(nèi)容進(jìn)行去冗余，并根據(jù)課程開設(shè)先后、年級高低重新調(diào)整課程的難易程度，讓實驗課程體系更加完善、合理。每門實驗課可增設(shè)多個設(shè)計性實驗內(nèi)容，對不同層次、不同專業(yè)的學(xué)生分別要求，讓學(xué)生從多個實驗內(nèi)容中選做，這樣不同能力的學(xué)生可以根據(jù)自己的情況選擇合適的項目，能力高的學(xué)生工程實踐能力得到提高，能力弱的學(xué)生基礎(chǔ)實驗?zāi)芰Φ玫届柟?。另外，中心可增設(shè)多門高階創(chuàng)新實驗課，形成一系列有針對性的工程實踐培訓(xùn)課程，為想進(jìn)一步提高自身工程實踐能力的學(xué)生提供學(xué)習(xí)成長的土壤。

2.3 開展“校企合作、工學(xué)結(jié)合”的教學(xué)模式

“校企合作、工學(xué)結(jié)合”模式作為新型的教學(xué)形式，通過企業(yè)和學(xué)校的共同合作，幫助企業(yè)培養(yǎng)符合市場導(dǎo)向、社會需求的復(fù)合型人才，也為學(xué)校傳統(tǒng)教學(xué)模式和內(nèi)容注入了新鮮的血液。同時，這種教學(xué)模式充分利用和結(jié)合了學(xué)校環(huán)境和企業(yè)環(huán)境的兩種差異化教學(xué)環(huán)境和資源，學(xué)校和企業(yè)進(jìn)行資源共享、優(yōu)勢互補(bǔ)，讓學(xué)生從傳統(tǒng)的課堂走出來進(jìn)行市場導(dǎo)向的實踐訓(xùn)練，使得學(xué)生工程實踐與社會真實環(huán)境不脫離，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，達(dá)到學(xué)校和企業(yè)共贏的局面[11]。

2.4 利用信息化手段打造更公正的課程評價體系

利用SPOC課程平臺、虛擬實驗平臺、實驗設(shè)備數(shù)據(jù)記錄軟件等信息化手段，公平客觀地記錄學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程和實驗過程，以此作為學(xué)生成績考核標(biāo)準(zhǔn)以及教師教學(xué)效果的反映，是一種更加公正的評價體系，不僅能保證學(xué)生成績的客觀性，也使得教師教學(xué)效果的評判有數(shù)據(jù)可依。

3 疫情背景下基于自建SPOC的 “4步緊密銜接”式實驗課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

現(xiàn)有實驗教學(xué)模式中存在的問題亟待解決，2020年初“新冠”疫情突如其來，所有學(xué)生不能返校只能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授課，更是對實驗教學(xué)模式改革提出了新的挑戰(zhàn)。實踐類課程由于其特殊性，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)必然會面臨重重阻礙。然而挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，我校電工電子實驗教學(xué)中心在經(jīng)歷了疑惑、茫然和否定之后，打碎原有積累、重新整合，探索出了一條實踐教學(xué)的網(wǎng)課新路徑。

電工電子類課程實驗教學(xué)借助自建獨立SPOC或改造異步SPOC等方式，提出了如圖1所示的基于自建SPOC的“4步緊密銜接”式實驗課程線上線下混合教學(xué)模式：實驗課程的理論部分開展線上SPOC教學(xué)，并利用軟件仿真即計算機(jī)輔助設(shè)計實現(xiàn)實驗電路搭建，然后利用虛擬實驗平臺模擬在實驗室實物操作的過程，最后學(xué)生集中返校后開展實操訓(xùn)練?？紤]到由于疫情嚴(yán)重學(xué)生返校后的有效時間很短，中心教師還自行拍攝并制作實驗教學(xué)視頻，建設(shè)SPOC課程，開辟實驗課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)空間，充分發(fā)揮信息技術(shù)對實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)開展的重塑作用，實施線上線下相互融合、有機(jī)統(tǒng)一、前后貫通的教學(xué)改革，從而在實驗教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)與方法創(chuàng)新等多個層面實現(xiàn)對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的有力變革。

圖1 基于自建SPOC的“4步緊密銜接”式實驗課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式示意圖

疫情期間為規(guī)范教學(xué)秩序、保證教學(xué)質(zhì)量，所有課程均采用課前、課上、課后三步走原則，即課前預(yù)習(xí)，課上講授、實驗、在線答疑，課后QQ群答疑。授課過程中講、做結(jié)合，師生互動貫穿始終，盡量給學(xué)生還在學(xué)校課堂的代入感，幫助他們創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)氛圍。下面將分別介紹疫情期間電工電子類實驗課程和實習(xí)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式。

3.1 電工電子類實驗課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

電工電子類實驗課程網(wǎng)絡(luò)授課采用“QQ群或SPOC課程頁面推送預(yù)習(xí)資料+騰訊課堂直播+multisim軟件仿真+遠(yuǎn)程虛擬平臺實驗+實物實驗視頻演示”的形式，保證同學(xué)在理論理解、電路設(shè)計、電路建立（電路仿真）、類實物操作（遠(yuǎn)程虛擬平臺使用）方面都有所收獲，達(dá)到效果逼近動手實驗的目的。

主講老師在前期課程中針對課程需要使用多種工具的情況，分別講解了Multisim軟件在數(shù)電器件特性測試中的應(yīng)用以及遠(yuǎn)程虛擬平臺在設(shè)計性實驗中的應(yīng)用，通過前期課程，學(xué)生們能夠充分掌握實驗工具的使用。通過圖2中真實實驗箱與遠(yuǎn)程虛擬平臺的對比，我們也可以發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程虛擬平臺與真實的實驗箱重合度非常高，因此學(xué)生的實驗效果已經(jīng)十分接近實物，特別是對于之前在學(xué)校已經(jīng)使用過實物實驗箱的學(xué)生來說，代入感會更強(qiáng)。同時，預(yù)習(xí)和答疑環(huán)節(jié)是課上實驗的輔助環(huán)節(jié)，但對于課程的完整性有不可忽略的作用，在課前集中向?qū)W生推送預(yù)習(xí)資料、課后在QQ群隨時答疑，以全面保障實驗教學(xué)的質(zhì)量。

圖2 真實實驗箱（左）與遠(yuǎn)程虛擬平臺（右）對比

3.2 電工電子類實習(xí)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

我校電工電子類實習(xí)課程是全校性實習(xí)類課程，涉及到電子工業(yè)實際生產(chǎn)中所見到和用到的，作為一種工藝教育，實踐性更強(qiáng)。課程根據(jù)執(zhí)行方式主要可以劃分為線上和線下兩部分，線上部分包括理論學(xué)習(xí)、電路原理仿真與PCB設(shè)計、工廠加工；線下部分包括基本元器件的焊接練習(xí)、電子產(chǎn)品焊接、安裝、調(diào)試，完成作品的制作和報告整理，掌握電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝整個過程。

針對兩種情況的不同特點以及網(wǎng)絡(luò)授課的實際情況，實習(xí)類課程組老師對課程執(zhí)行方式進(jìn)行了較大的改革。課程組與企業(yè)合作引入了國內(nèi)近幾年流行的立創(chuàng)EDA在線平臺，該平臺具有免費、開源、輕量級等特點，學(xué)生在平臺上可以一站式完成設(shè)計、仿真、制板、元件采購、批量生產(chǎn)等全套工藝流程。引入“立創(chuàng)EDA”平臺，學(xué)生根據(jù)需求分析以及電路原理，在老師的指導(dǎo)下設(shè)計出電路，完成了元器件選型、電路仿真、PCB板制作、元器件采購、焊接、調(diào)試檢測及故障排查。在這一過程中，學(xué)生根據(jù)自己的能力選擇一種或幾種實際產(chǎn)品和工程實例，并自己動手完成構(gòu)思設(shè)計、生產(chǎn)制作、檢測、排障、到形成成品的全過程，理論知識在實際產(chǎn)品中得到了印證，產(chǎn)品制作的過程中出現(xiàn)的問題也可以反饋回電路設(shè)計和仿真中找到問題所在。不僅使學(xué)生了解和掌握先進(jìn)的工藝和技術(shù)、掌握工程中常見故障的分析方法，也提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，解決所學(xué)與所用脫節(jié)的問題，對學(xué)生工程素質(zhì)和實踐動手能力的訓(xùn)練、創(chuàng)意創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都是一個全面的提高?！傲?chuàng)EDA”平臺還具有在線工程版本管理、團(tuán)隊在線協(xié)作等功能，方便課程組老師對學(xué)生設(shè)計過程的監(jiān)控和對學(xué)生練習(xí)作業(yè)的在線管理，有助于課程形成更合理的考核和評價機(jī)制。

對于實際動手的的焊接安裝調(diào)試部分，課程組提出將焊裝調(diào)試套件寄送學(xué)生個人的辦法，在進(jìn)行安全培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)課在線指導(dǎo)學(xué)生焊接、安裝和簡單調(diào)試工作，并要求學(xué)生按照進(jìn)度逐次撰寫報告、拍攝實際作品上交，以便監(jiān)督保障學(xué)生能夠按要求完成實踐任務(wù)。

實習(xí)類課程側(cè)重實踐的特點，使得長時間的在線講解并不合適，理想情況是邊學(xué)邊做邊指導(dǎo)，因此課程組在中國大學(xué)MOOC上開設(shè)了實習(xí)的SPOC課程，錄制了課程內(nèi)容對應(yīng)的短視頻，將任務(wù)分拆講解，便于同學(xué)們在家也能邊學(xué)邊做，同學(xué)遇到問題后可以反復(fù)觀看對應(yīng)視頻，起到和教師指導(dǎo)一樣的作用。

綜上所述，如下圖，課程組為實習(xí)類課程構(gòu)成了如圖3所示的“六位一體”新型線上線下混合教學(xué)模式，相信必能為課程的高質(zhì)量教學(xué)提供保障。

圖3 實習(xí)類課程“六位一體”新型線上線下混合教學(xué)模式示意圖

4 結(jié)語

由于實驗中心自身多年問題的積累以及電工電子類實驗實習(xí)課程自身的特殊性，實驗中心的實驗教學(xué)體系改革確實面臨著重重阻礙。新冠疫情的到來為實驗中心的實驗教學(xué)改革帶來了挑戰(zhàn)和機(jī)遇，在經(jīng)過多輪研討之后，最終借助自建獨立SPOC或改造異步SPOC等方式，提出了基于自建SPOC的“4步緊密銜接”式實驗課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式。既保證了疫情期間的教學(xué)質(zhì)量，做到了停課不停學(xué)，也開啟了實驗教學(xué)改革之路，為將來的實驗教學(xué)變革打下了夯實的基礎(chǔ)。