朱福珍，巫 紅，汪國強

（黑龍江大學，黑龍江 哈爾濱 150080）

實驗課程教學是保證和提高新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。然而，傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)實驗”課以硬件實驗箱為操作平臺，這種線下實體教學具有直觀、實戰(zhàn)性強、鍛煉實踐能力等優(yōu)點，但也存在一定問題，如硬件實驗器材（如示波器探頭、實驗箱開關(guān)電源、實驗?zāi)K管腳、連接導(dǎo)線、頻譜分析儀等）老化損壞、維修成本高、維修不及時、可擴展性不強等問題[1]。然而，線上實驗教學也有一定弊端，如學生無法深刻體驗實驗設(shè)備和儀器、操作實踐無法落地等。因此，文章對“信號與系統(tǒng)實驗”課程開展線上+線下相結(jié)合的實驗教學模式探索和實踐，分別針對線上、線下實驗教學的具體問題，提供有效的教學改革措施，切實提高學生實驗課的學習效果，提升“信號與系統(tǒng)實驗”課程的教學效果。

一、“信號與系統(tǒng)實驗”混合式教學改革的必要性

黑龍江大學“信號與系統(tǒng)實驗”課程一直與“信號與系統(tǒng)”理論課相輔相成，2009年以前，該課程是理論課的一個重要部分，2009年以后，獨立設(shè)為必修課，足以看出“信號與系統(tǒng)實驗”課程的重要性。作者根據(jù)多年的實驗教學經(jīng)驗，總結(jié)出完全采用線下教學或線上教學存在的一些問題，具體如下。

（一）完全采用線下實驗教學存在的問題

1.課前預(yù)習效果不好

多數(shù)學生在預(yù)習環(huán)節(jié)花費的時間較少，無法達到了解實驗?zāi)康暮驮?、掌握基本實驗步驟、完成實驗預(yù)習問題的要求。

2.擴展實驗困難

一些實驗啟發(fā)性和實踐性很強，如諧波幅度和相位對波形合成的影響、抽樣定理實驗、濾波器的設(shè)計等。對于學習能力較強的學生開設(shè)一些擴展性實驗啟發(fā)其創(chuàng)新性能力是非常必要的，但限于實驗室條件、實驗學時、實驗項目經(jīng)費不足等因素，線下開設(shè)擴展性實驗很困難，這就限制了學生探索性和創(chuàng)新性能力的發(fā)展。

3.實驗時間、地域不夠靈活

“信號與系統(tǒng)實驗”線下實驗課要求學生在固定的時間段到實驗室完成實驗內(nèi)容，時間和地點不夠靈活[2]，不能像線上實驗?zāi)菢幼灾髡莆諏嶒灂r間和地點。

4.教師統(tǒng)計成績困難

教師在完成實驗教學任務(wù)后需要記錄出勤情況、實驗操作表現(xiàn)、批改實驗報告、整理期末成績等，需要付出很多時間和精力。

（二）完全采用線上實驗教學存在的問題

2020年新冠疫情期間，為積極響應(yīng)教育部“停課不停教，停課不停學”重要指示[3]，“信號與系統(tǒng)實驗”進行線上教學實踐。教學實踐表明，完全線上實驗教學盡管打破了時間和空間的限制，但也存在一定弊端。例如，師生對實驗教學過程監(jiān)管和指導(dǎo)很難做到實時、客觀，實驗效果很大程度上取決于學生的自主性和自覺性，教師很難及時糾正學生實驗過程中出現(xiàn)的問題。同時，學生對實驗設(shè)備和實驗儀器沒有體驗感，僅能通過在線仿真實驗平臺進行簡單的連線操作和觀察，操作相對簡單，沒有具體調(diào)試、糾錯、測量等實踐過程，實踐能力和體驗感不理想。

黑龍江大學電子工程學院融合多樣化信息教學手段，與南京潤眾科技有限公司合作，利用該公司提供的、與線下實驗箱完全配套的“信號與系統(tǒng)在線實驗平臺”，借助“超星學習通”學習平臺，構(gòu)建“信號與系統(tǒng)實驗”混合式教學模式。在線上實驗階段，學生只要具備網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備，就可以隨時開展線上模擬實驗，彌補了線下實驗只能在固定時間、固定地點的不足[4]；在線下實驗階段，學生不再完全依賴教師的課堂講解，而是在線上實驗階段就了解實驗原理、實驗要點等，提高了線下實驗效率和實驗效果，同時，學有余力的學生還可以通過線上實驗平臺完成自選擴展性實驗，線下實驗時進行進一步驗證。

二、“信號與系統(tǒng)實驗”線上教學建設(shè)

線下教學設(shè)備和線上教學資源是進行“信號與系統(tǒng)實驗”混合式教學的基礎(chǔ)。線上教學時，以教學大綱為基礎(chǔ)，從以下3方面進行建設(shè)。

（一）即時交流工具的建設(shè)

為了做到師生信息實時暢通，方便問題解答、教師發(fā)布信息、學生下載線上實驗講義等，任課教師選定并建立了方便、通用、具備文件存儲功能的即時交流工具——QQ群。教師在群公告發(fā)布重要信息、群文件上傳線上實驗講義、群聊里回答學生提問。

（二）“超星學習通”課程資源建設(shè)

“超星學習通”自主學習平臺功能完善，可以滿足課程資源建設(shè)要求。教師將提前編寫的“線上實驗指導(dǎo)書”上傳到學習通“資料”模塊，同時錄制與線下實驗項目一一對應(yīng)的“線上實驗操作視頻”，每個視頻資料都設(shè)置了任務(wù)點，觀看90%以上內(nèi)容之后才能進行線上模擬實驗，同時進行了防拖拽設(shè)置，目的是希望學生能完整觀看實驗演示視頻，對實驗原理和實驗操作流程有一定把握。

線上實驗要求學生提前完成，并將線上實驗結(jié)果上傳至“作業(yè)”模塊，線下實驗時，教師會檢查學生線上實驗截屏記錄，防抄襲防復(fù)制，使學生自主完成在線實驗。

同時，在“討論”模塊，教師對每個實驗都有針對性地發(fā)布相應(yīng)的問題，啟發(fā)學生自主思考，使學生帶著問題完成實驗。6個必修的線上實驗項目完成之后，在“活動”模塊發(fā)起調(diào)查問卷，了解“信號與系統(tǒng)實驗”混合式教學授課效果，以便課程后續(xù)的持續(xù)改進。如圖1所示。

圖1 學習通自主學習平臺資源建設(shè)

（三）在線實驗平臺建設(shè)

利用南京潤眾科技有限公司提供的、與線下實驗箱完全配套的“信號與系統(tǒng)在線實驗平臺”，供學生免費進行線上模擬實驗。線下實驗項目與線上實驗項目完全對應(yīng)，其中線下實驗共12學時6個實驗項目，線上實驗共21個實驗項目。學生如果學有余力，在完成必修的6個在線實驗項目后可以自主地做些擴展性實驗。

三、混合式實驗教學的實施

在完成線上實驗建設(shè)后，線下實驗階段可以利用實驗箱、探頭、頻譜分析儀、信號發(fā)生器、計算機等實驗教學設(shè)備，根據(jù)教師提供的線下實驗講義開展具體實驗連線、調(diào)試、糾錯、畫圖、撰寫實驗報告等。同時，開展混合式教學時還制定了以下具體措施。

（一）線上學習要求

為了讓學生掌握實驗原理和操作規(guī)范，錄制的教學視頻設(shè)置了任務(wù)點和防拖拽功能，要求學生必須完整觀看，同時需要回答預(yù)設(shè)問題[5]。為了方便學生預(yù)習理解實驗原理和相關(guān)基礎(chǔ)知識，在新編的實驗講義中補充了預(yù)習思考題，使學生帶著問題，有目的、有思考地觀看視頻并給出結(jié)論。

（二）線上監(jiān)管與考核

為了配合線下實驗，線上實驗要在線下實驗之前完成，實驗結(jié)果以“作業(yè)”的形式上傳至“超星學習通”，作業(yè)評分采用學生互評，每生互評5份，“超星學習通”自動統(tǒng)計所有實驗項目的平均分數(shù)。任課教師可以從手機或電腦終端查看、導(dǎo)出每位學生的實驗結(jié)果和得分情況，線上實驗成績按一定比例計入學生的總實驗成績。為了鞏固和監(jiān)督學生的線上預(yù)習情況，線上實驗環(huán)節(jié)占總評成績的50%，既保證了實驗過程考核及評價的客觀公正，又激發(fā)了學生的主動性和積極性。同時，在“超星學習通”平臺提交線上實驗數(shù)據(jù)及學生互評，大大減少了實驗課教師的工作量，學生互評可以學習其他同學的實驗過程，有利于取長補短，實踐證明效果很好。

（三）線下教學設(shè)計

通過“超星學習通”線上實驗學習資源、在線實驗平臺、線上實驗與考核具體要求，學生做實驗的效率和效果明顯提高。實驗問卷調(diào)查結(jié)果表明，學生線下實驗對教師的依賴性減少，線上實驗起到了很好的預(yù)習和演練作用，開展線下實驗之前，多數(shù)學生已經(jīng)掌握了實驗相關(guān)基礎(chǔ)知識。因此，在線下實驗講解部分，教師無需過多地對實驗原理和實驗步驟重新講解，只需強調(diào)重點難點、實驗步驟、注意事項等，同時設(shè)計一些思考題和討論內(nèi)容，把課堂交給學生動手實踐，充分利用課堂時間完成實驗內(nèi)容、討論題和思考題。教師更多的時間用于發(fā)現(xiàn)和指導(dǎo)學生實驗過程中存在的問題，并加以強調(diào)和更正，給學有余力的學生布置一些擴展性、探究性實驗。

四、合理設(shè)定混合式實驗教學的課程成績評定方法

為了客觀、公平地評價學生的實驗結(jié)果，確定了混合式實驗教學的課程成績評定方法：線上實驗50%（學習通視頻學習15%，作業(yè)提交10%，互評結(jié)果20%，討論交流5%），線下實驗50%（實驗數(shù)據(jù)正確性和真實性10%，實驗操作20%，實驗報告20%）[6]。同時，為了確保成績評價的客觀性，每次線下實驗課開始前，教師檢查學生預(yù)習及線上實驗情況，實驗結(jié)束前15分鐘，教師檢查學生的實驗數(shù)據(jù)正確性和實驗完成程度，并依次給出等級評價，作為線下實驗操作表現(xiàn)的評價。

總之，改革傳統(tǒng)“信號與系統(tǒng)實驗”課程的教學方式，構(gòu)建“信號與系統(tǒng)實驗”混合式實驗教學模式勢在必行。線上實驗是線下實驗的有力補充，保證了線下實驗的預(yù)習效果和實驗操作的順利進行，同時線下實驗使學生的實踐動手能力得到鍛煉，進一步鞏固驗證線上實驗?！靶盘柵c系統(tǒng)實驗”混合式教學可揚長避短，互促互利，激發(fā)學生的實驗熱情和自主性，提高實驗教學效果。