張帝，周小杰，權(quán)悅，孫雯，國海，胡福志，丁西明

（安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院，安徽蚌埠，233100）

0 引言

實驗教學(xué)是高等學(xué)校學(xué)生借助儀器設(shè)備進(jìn)行實踐性教學(xué)的一種組織形式，通過將課程所學(xué)理論知識運(yùn)用于實踐，可以提高學(xué)生動手能力，培養(yǎng)其工程實踐能力，是人才培養(yǎng)方案體系中不可或缺的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)。近些年來，隨著國家積極推進(jìn)新工科建設(shè)，對未來人才的工程實踐能力提出了更高要求，而實驗教學(xué)對于該能力的培養(yǎng)起到關(guān)鍵性作用。因此實驗教學(xué)質(zhì)量的好壞決定新工科人才的培養(yǎng)質(zhì)量。成果導(dǎo)向教育（Outcomes-Based Education，簡稱 OBE）是以學(xué)習(xí)產(chǎn)出或者成果為導(dǎo)向并對整個教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計和評價的先進(jìn)教學(xué)理念。即通過設(shè)定預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果，圍繞成果導(dǎo)向為核心將所有教學(xué)計劃和課程內(nèi)容進(jìn)行精心組織和持續(xù)改進(jìn)，讓課程學(xué)習(xí)達(dá)到預(yù)期效果，使得學(xué)生獲得最大能力，從而完成教學(xué)目標(biāo)提高實驗教學(xué)質(zhì)量[1][2]?；贠BE理念的工程實驗教學(xué)則有利于培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐結(jié)合的能力，有利于實驗教學(xué)質(zhì)量的提高，滿足新工科背景下對于工程教育的要求以及新時代新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升[3]。

電路分析實驗是我校電氣工程專業(yè)的的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。其教學(xué)目標(biāo)是在理論教學(xué)基礎(chǔ)上通過實驗對電路理論進(jìn)行實驗驗證，在實驗過程中通過運(yùn)用所學(xué)電路基本分析方法對電路問題進(jìn)行分析。實驗教學(xué)可以使學(xué)生能夠得到基本的工程實踐鍛煉。但是目前傳統(tǒng)的電路分析實驗教學(xué)還停留在以教師為主，學(xué)生被動模仿老師實驗的階段，缺乏自主實踐探究能力。因此對電路分析實驗進(jìn)行教學(xué)改革顯得尤為必要。

1 傳統(tǒng)電路實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的電路分析實驗教學(xué)模式已逐漸不能適應(yīng)新工科背景下對于工程實踐能力的要求，同時落后于信息化教學(xué)的發(fā)展，課本上的實驗內(nèi)容也過于陳舊，無法緊跟技術(shù)前沿，存在諸多客觀問題，導(dǎo)致教學(xué)效果逐年下降。通過在教學(xué)過程中調(diào)研及與老教師交流發(fā)現(xiàn)，歸納總結(jié)存在問題如下：

1.1 實驗內(nèi)容陳舊，缺乏項目實踐，教學(xué)內(nèi)容亟待更新

傳統(tǒng)的電路分析實驗教學(xué)內(nèi)容在不同專業(yè)的培養(yǎng)方案中所占學(xué)時有所差異，主要包括非線性元件的伏安特性分析、戴維寧定理及其他定理的驗證等，實驗內(nèi)容總體上較為單一且大多數(shù)為驗證性實驗，探索性不強(qiáng)，同時缺乏創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容，實驗過程主要以教師現(xiàn)場講述和演示為主，通過實驗操作完成原理性內(nèi)容驗證之后，學(xué)生受制于有限的實驗教學(xué)內(nèi)容，往往不會引發(fā)進(jìn)一步的思考，缺乏進(jìn)一步提高能力的發(fā)揮空間[4]。此外，實驗內(nèi)容大都局限于書本上的內(nèi)容，無法和實際的工程應(yīng)用有所聯(lián)系，學(xué)生的項目實踐能力無法得到鍛煉。因此，電路分析實驗教學(xué)內(nèi)容亟待更新，深刻挖掘?qū)嶒瀮?nèi)容與所學(xué)專業(yè)及工程項目間的內(nèi)在聯(lián)系，在實驗中激發(fā)學(xué)生動手實踐積極性。

1.2 教學(xué)設(shè)施有限，分組實驗較多，獨(dú)立自主有待加強(qiáng)

目前我校電路分析實驗室所使用的的是2015年購置的求是教學(xué)儀器設(shè)備，實驗設(shè)施較為老舊。且由于學(xué)校經(jīng)費(fèi)有限，所購實驗設(shè)備數(shù)量為25臺左右，其中還有部分實驗臺損壞，每次上課學(xué)生平均人數(shù)為40到50人左右，因此在實驗過程中常以2 -3人為一組進(jìn)行實驗，無法做到每個人獨(dú)立完成實驗，常導(dǎo)致一個小組中只有一個人做實驗，其他組員在旁圍觀的狀態(tài)。另外，由于現(xiàn)有的實驗設(shè)備功能有限，無法滿足學(xué)生工程項目實踐的需求。總之教學(xué)設(shè)施的陳舊和落后以及分組實驗限制了對學(xué)生的獨(dú)立自主實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，背離高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

1.3 教學(xué)手段單一，信息化教學(xué)不足，有效產(chǎn)出無法衡量

目前的實驗教學(xué)主要是在固定的實驗教室內(nèi)進(jìn)行，授課老師將提前編制好的實驗指導(dǎo)書發(fā)給學(xué)生。實驗教學(xué)過程通常首先由教師講解實驗原理，實驗?zāi)康暮蛯嶒瀮?nèi)容，接著教師進(jìn)行相關(guān)儀器操作演示，之后學(xué)生根據(jù)老師的演示過程和步驟進(jìn)行簡單模仿和復(fù)制，被動的完成實驗測試任務(wù)。整個實驗過程中，均是以教師講授為主學(xué)生被動接受的方式進(jìn)行，教學(xué)手段較為單一，學(xué)生在有限的課堂時間內(nèi)往往不能對電路中元器件參數(shù)有較為深刻的分析。由于對實驗器材的不熟悉在實驗過程中會因操作不當(dāng)導(dǎo)致電路故障，且不能及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，從而影響實驗的效率和結(jié)果。信息化教學(xué)則可以彌補(bǔ)這一不足，并能夠很好衡量和評價學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)和實驗探究能力。

1.4 考核方式落后，問題反饋不暢，過程考核尚需規(guī)范

電路分析實驗課程的考核方式主要是根據(jù)學(xué)生平時的出勤率和實驗報告完成情況給出評分。考核方式較為單一，并沒有對學(xué)生的操作過程和實驗技能進(jìn)行全面綜合的考察和評價。在實驗過程中遇到的問題往往也不能及時反饋給老師，由于老師面對的學(xué)生較多，且還要負(fù)責(zé)實驗授課和課堂紀(jì)律，與學(xué)生互動交流的時間十分有限，因此老師在實驗教學(xué)過程中很難全面掌握每個人的實驗過程，無法對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評估監(jiān)控，從而做出進(jìn)一步的教學(xué)調(diào)整。師生間缺乏高效的問題反饋渠道和互動交流空間。整個實驗的考核評價過程側(cè)重于結(jié)果評價，而缺乏過程性考核和監(jiān)控。

2 《電路分析》OBE理念實驗教學(xué)模式設(shè)計

針對上述實驗中存在的主要問題和矛盾，本文提出了融合OBE理念的虛實結(jié)合的實驗教學(xué)模式，在此模式下建立以仿真預(yù)學(xué)、課上實驗、課后探究為三位一體的實驗教學(xué)法，不僅可以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式出現(xiàn)的問題，還能拓寬學(xué)生的專業(yè)視野和加強(qiáng)實驗技能，變被動為主動學(xué)習(xí)，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)并提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力[5]。具體教學(xué)改革策略如下。

2.1 根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)模式

根據(jù)我校對電氣類專業(yè)制定的人才培養(yǎng)方案和既定目標(biāo)，要求學(xué)生在掌握電學(xué)理論知識的同時，能夠?qū)⒗碚撆c實踐結(jié)合，解決實際電路設(shè)計和應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。根據(jù)這一目標(biāo)，在OBE理念下，在已有教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)框架下，優(yōu)化并增添綜合性、設(shè)計性實驗項目，彌補(bǔ)驗證性實驗無法培養(yǎng)學(xué)生探究分析能力的不足。此外可根據(jù)不同學(xué)情的學(xué)生，建立層次化的實驗教學(xué)內(nèi)容，既有基礎(chǔ)的驗證性實驗內(nèi)容，又有學(xué)科相關(guān)的工程實踐類綜合性、創(chuàng)新性實驗項目，讓學(xué)生根據(jù)自身情況挑戰(zhàn)不同階次實驗?zāi)K，踐行OBE和工程教育認(rèn)證的先進(jìn)教學(xué)理念。

2.2 增加教學(xué)手段，創(chuàng)新教學(xué)方法，提升教學(xué)質(zhì)量

為了激發(fā)學(xué)生動手實驗的積極性和樂于實踐的興趣，在充分調(diào)研后，結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)條件的不足，創(chuàng)新教學(xué)手段，引入信息化教學(xué)。在實驗課堂外打造虛擬實驗室作為第二課堂。利用學(xué)生電腦安裝電路仿真軟件Multisim，借助虛擬仿真環(huán)境提前搭建實驗電路，在線下實際操作前就能熟悉實驗原理和過程。實驗課堂中通過實驗儀器測得的實際結(jié)果還可與仿真結(jié)果相比較，從而快速定位和發(fā)現(xiàn)電路故障和問題。降低調(diào)試電路時間，從而可更加專注于實驗原理和進(jìn)一步的探究。此外可借助學(xué)習(xí)通、Mooc等線上資源輔助學(xué)生預(yù)習(xí)，課堂考勤，課后學(xué)習(xí)效果記錄與反饋，構(gòu)建OBE理念下虛實結(jié)合實驗室的全程教學(xué)監(jiān)控和反饋通道[6]。輔助教師及時調(diào)整教學(xué)策略和教學(xué)進(jìn)度。

2.3 改善教學(xué)條件，融入工程實踐，培養(yǎng)工程意識

因?qū)嶒炇覘l件的不足，實驗儀器設(shè)備有限且大都陳舊，影響實驗效果。因此在我校即將專業(yè)認(rèn)證的背景下，積極申報實驗教學(xué)改革項目，通過項目申請獲取經(jīng)費(fèi)改善相應(yīng)課程的實驗教學(xué)條件。同時為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐意識，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，還可不定期邀請校外企業(yè)相關(guān)學(xué)科或?qū)I(yè)工程師來校指導(dǎo)，積極和地方企業(yè)合作，推動校企聯(lián)合共建實驗室，在實驗教學(xué)中融入工程實踐元素，培養(yǎng)學(xué)生工程意識，促進(jìn)以O(shè)BE為導(dǎo)向的工程人才培養(yǎng)。

2.4 以應(yīng)用型人才目標(biāo)為導(dǎo)向，構(gòu)建多元化考核機(jī)制

OBE理念是以結(jié)果為導(dǎo)向進(jìn)行人才培養(yǎng)方案和教學(xué)過程的設(shè)計，因此科學(xué)的教學(xué)評價和考核機(jī)制決定了OBE理念教學(xué)的效果。為此打破傳統(tǒng)單一實驗教學(xué)考核模式，從學(xué)生主體性出發(fā)，注重過程與結(jié)果相結(jié)合的考核導(dǎo)向，將考核評價貫穿實驗全程，如加入對學(xué)生提前預(yù)學(xué)環(huán)節(jié)的考察，這部分主要可以通過線上提交仿真實驗作業(yè)進(jìn)行評價；另外線上虛擬仿真實驗的進(jìn)行以及線上考勤均可縮短線下實驗過程時間，從而可為教師考核學(xué)生實驗操作表現(xiàn)節(jié)省了時間。最后實驗考試通過布置綜合性的設(shè)計項目來考察學(xué)生的綜合實驗設(shè)計能力和動手能力，實現(xiàn)多方位的全面考核[7]。

2.5 教學(xué)實踐實例

下面以課程中經(jīng)典的基爾霍夫定律實驗為例，對OBE理念下虛實結(jié)合實驗的教學(xué)開展進(jìn)行介紹。具體開展步驟如圖2所示。

（1）首先在學(xué)習(xí)通上或者通過QQ群，發(fā)布上課前的課程教學(xué)任務(wù)，即驗證基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律。預(yù)習(xí)相關(guān)理論知識并引導(dǎo)學(xué)生在各自電腦上安裝Multisim軟件。教師發(fā)布基爾霍夫定律練習(xí)題，學(xué)生上傳軟件安裝成功截圖到學(xué)習(xí)通，從而評測學(xué)生預(yù)習(xí)任務(wù)完成情況。

（2）在學(xué)習(xí)通上，給出實驗電路，如圖1所示。標(biāo)出關(guān)鍵檢測節(jié)點(diǎn)和電流參考方向，發(fā)布實驗內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)，將Multisim學(xué)習(xí)資料和資源通過線上發(fā)布，積極引導(dǎo)學(xué)生在Multisim搭建電路并完成線上實驗。

圖1 基爾霍夫定律實驗電路

（3）在完成線上實驗的基礎(chǔ)上，在線下實驗室，根據(jù)實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容給學(xué)生重點(diǎn)講解基爾霍夫定律實驗驗證過程中出現(xiàn)的問題，總結(jié)學(xué)生線上實驗的結(jié)果。鼓勵學(xué)生在線上實驗的基礎(chǔ)上舉一反三，獨(dú)立完成線下實際電路實驗的接線和定律驗證，增強(qiáng)理論與實踐相結(jié)合、線上與線下相促進(jìn)、虛擬與實操相統(tǒng)一的能力。

（4）完成線上線下實驗后，要對學(xué)生的實驗過程進(jìn)行綜合評價。主要通過OBE理念布置與本次實驗教學(xué)相關(guān)性較大的基爾霍夫定律為主題，驗證特殊條件下，即含有受控源的情況下，基爾霍夫定律是否滿足，以及該如何驗證。線上系統(tǒng)的自動記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程占比30%，線下實驗室操作成績50%、出勤/課堂表現(xiàn)10%、學(xué)生互評占比10%。綜合評價方式多元且能夠保證評公平有效。

3 實踐效果

通過OBE理念建立線上線下的虛實相結(jié)合的電路分析實驗教學(xué)模式，在實際教學(xué)過程中，取得了較好的教學(xué)效果。學(xué)生在軟件仿真實驗的基礎(chǔ)上學(xué)會了Multisim仿真軟件的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上也結(jié)合課堂實驗鞏固實驗原理的理解，了解真實實驗環(huán)境干擾因素。基于虛實結(jié)合實驗室的建立和應(yīng)用，學(xué)生具備了基本電路的設(shè)計和分析能力，具有虛擬環(huán)境與實際環(huán)境的轉(zhuǎn)換與應(yīng)用能力，滿足虛實結(jié)合環(huán)境的構(gòu)建目的。

圖2 OBE理念虛實結(jié)合實驗架構(gòu)及開展步驟

4 結(jié)語

本文以工程人才培養(yǎng)為目標(biāo)，依托OBE理念構(gòu)建虛實結(jié)合的電路分析教學(xué)模式，對實驗室教學(xué)環(huán)節(jié)中的設(shè)計性、綜合性實驗融入OBE人才培養(yǎng)理念，著重解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中重驗證、輕探索的問題。通過改進(jìn)教學(xué)手段和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和考核方式，將線上教學(xué)優(yōu)勢與線下課堂相結(jié)合，鍛煉學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，虛擬與實操相促進(jìn)、過程與結(jié)果相貫穿的能力。為后續(xù)學(xué)生將電路知識應(yīng)用于工程實踐打下堅實基礎(chǔ)。