“模拟电子技术”混合式教学改革与实践

卢文娟， 赵洪亮， 刘春晖， 陈 宇

(山东科技大学 电气与自动化工程学院， 山东 青岛 266590)

0 引言

为提高本科教育质量，培养高素质人才，我校正大力开展本科教学工程，结合“以学生为中心、基于产出、持续改进”的工程认证教育理念，积极探索教育教学改革，努力打造具有高阶性、创新性、挑战度的“金课”[1]。

“模拟电子技术”课程是电气信息类各专业本科生的专业基础课，是重点、难点课程，是学生进入电气信息行业的敲门砖。

以往的教学方式多以灌输式为主，学生处于被动接受的地位，学生的学习积极性难以调动，相对抑制了学生的思维活力和求知兴趣。学生对课程知识的理解往往概念化，在电路分析与设计方法的掌握上也仅局限于理论层面，很少考虑电子技术应用层面的问题。结果是授课学时用了不少，学生却仍然抓不住单元电路的关键特性和应用要点，课程所要求的工程观、系统观的培养更是基本缺失。

随着“互联网+”时代的到来，国内高等教育MOOC资源不断丰富与发展[2]，使学生的学习不受空间和时间的限制，给以课堂为主战场的传统教学模式带来了前所未有的挑战。然而，慕课的兴起并不意味着课堂教学将会被完全取代。“模拟电子技术”课程的理论性及工程实践性决定了面对面教学仍然是必须且主要的教学形式。

结合“基于产出(outcome based)、能力导向”的工程教育理念，课程组成员围绕着“模拟电子技术”理论教学与实验教学，充分利用在线课程优势，将“线上+线下”有机融合，针对不同专业培养方案要求，探讨最优的混合式教学模式。

1 混合式教学模式改革实施

混合式教学(Blending Learning)模式能够充分融合传统课堂教学和线上学习的优势，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[3～4]。

“MOOC+翻转课堂”混合式教学在小班授课制下教学效果改善明显[5]，但针对大班授课，就存在诸多问题：一方面，由于缺乏高效便捷的师生互动工具，线上学习与课程教学仍处于割裂状态；另一方面，教师所设计和组织的混合式教学活动，其灵活性和可操作性受到了很大限制[6]。

根据本校学生、团队情况和教改成果进行再创作，从课程运行管理模式与学生学习驱动力探讨两个方面制定相应的教学改革实施方案，形成基础稳定、与时俱进的课程体系。

1.1 重塑“SPOC+翻转课堂”教学模式

根据专业认证培养方案的新要求，课程组成员对授课专业知识体系、毕业要求指标点及学生学情进行了深入分析，挖掘提炼“模拟电子技术”课程中蕴含的思政元素，重新梳理了课程教学目标，修订了新版教学大纲。

结合本校教学实际情况，充分发挥混合式教学的优势，课题组探索基于“SPOC+翻转课堂”的混合式教学模式，选取教材一部分内容(约占总学时的30%)进行在线学习，课堂上先进行线上学习内容的“翻转”，再讲授新知识点的内容。为提高大班授课的课程参与度，在授课过程中引入一种开放式智慧教学工具——“雨课堂”(实验工具“雷实验”)[7]，将“课前教学要素组织”、“课上教学交互实施”、“课后考核与评价”每一个环节有机结合，既发挥出充分发挥混合式教学的优势，又能满足每一个学生的个性需求，让学生获得更好的学习体验。具体的混合式教学模式改革实施方案设计框图如图1所示。

图1 混合式教学模式改革实施方案设计框图

此外，课程组成员精简了教材内容，将Multisim仿真实验案例融入课程理论教学中，引导学生注重理论与实际紧密结合的重要性；还将电子设计竞赛的模块电路设计等应用型题目设置为研究专题[8～9]，培养学生的自主学习和创新能力。

1.2 丰富网络教学资源

课程组优化了“模拟电子技术”课程内容，搭建了合理的在线开放课程的框架体系。结合课程工程性强的特点，设计了17项Multisim仿真实例，并录制视频上线，还不断丰富作业库、试题库、科技文献资料等网络教学资源。

针对四种典型教学对象(本校正常班级学生、优秀学生、重修学生及校外学生)，课题组计划建设3个版本(标准版、加强版、MOOC版)的混合式教学架构，各版本简要说明以及线上与线下授课学时比例如表1所示。

表1 3个版本说明、线上与线下授课学时比例

本学院的自动化、电气工程及其自动化专业2017级、2018级学生已开展了基于超星、爱课程平台SPOC课程的混合式授课。结合不同在线平台的特点，笔者编写了相应的在线学习指导书，便于学生了解在线学习的流程；利用SPOC课程讨论区、微信、QQ等公共信息平台保证师生及时交流、辅导、发布通知。该教学方式将学生学习过程从“被动接受”转变为“主动学习”，充分发挥学生自主学习的主观能动性。

1.3 智慧教学工具助力教学实施

根据具体教学内容的特点，结合学生学情分析，确立多种教学要素的呈现顺序，并从认知逻辑关系出发，协调讲授、讨论、问答互动等教学活动。

课前以周为节点设计自主学习任务单，包括教学视频清单、课件资料、作业、时间进度安排表等内容，通过“雨课堂”进行推送。根据学习任务单的要求，学生会在规定时间内完成在线内容的学习，能够很好地做到与课堂授课内容的衔接。

课堂教学过程中，对于线上授课内容采取“翻转课堂”教学方法，采取生讲生评、以练代讲、边讲边练、案例点评等多种方式对相应内容组织检查、讨论。配合“雨课堂”的“实时答题、弹幕答疑”等功能，促进师生间的互动与反馈。

课后将发布复习任务单，包括学习目的要求、习题作业，便于学生对本次课内容的理解与掌握；再通过在线平台的学习数据、“雨课堂”课堂互动数据，及时了解学生的学习情况。

利用“雨课堂”的交互功能将教师的“导”和学生的“学”相融合，实现了“课前+课堂+课下”三位一体的贯穿式教学，增进师生间的互动，提高学生学习的积极性和主动性。

1.4 实现“理论与实践”教学一体化

针对教材中的难点内容，借助Multisim软件采用“虚实结合”的方式进行讲解，便于加深学生对知识点的理解。比如“单管放大电路的静态工作点稳定问题”，利用Multisim的温度扫描分析模块动态演示温度对静态工作点的影响，让学生能够获得更直观地认识；再通过智慧实验平台“雷实验”在课堂上进行演示，将硬件电路与模拟仿真有机结合，加深学生对教材重难点知识的理解，便于掌握，实现理论教学与实验教学一体化。

此外，还会以全国大学生电子设计竞赛为抓手，结合教材中的重点和难点内容，设置与现代电子技术应用密切相关的专题项目。研究专题设计电路可以在课后通过“雷实验”平台进行仿真和硬件搭建，既给学生提供时间和空间上更大的自主性，也便于教师对研究设计过程的监督和管理。通过问题式、启发式、研究式等多种手段相结合的教学活动，引导学生开展自主性学习，贯彻“学生为主体”的教学理念，培养学生研究创新能力。

1.5 多元化评价考核标准制定

课程考核注重考查学生全方面表现，从过程考核与期末考试两方面来进行评定。过程考核借助智慧教学平台提供的学习过程数据和学情分析数据，开展多元教学评价和实时学习监测；期末考试闭卷完成，分线上和线下两部分，均覆盖线上线下所有教学内容。根据不同专业毕业要求指标点与课程教学目标的对应关系，适当调整课程考核内容的分值及比例。最终成绩加大过程考核的比例，全方位评价学生的学习效果。“雨课堂”的学生数据分析功能为课程成绩的评定提供可靠的依据。

在评价过程中，师生共为评价主体，对学生知识、能力等方面进行综合评价，将学生个体的成果提高到理性认识，增强学生的自信心。

2 教学改革实施成效

“模拟电子技术”课程自2018年获批“第一批校级在线课程建设项目”以来，课程组成员已在自动化、电气工程及其自动化两个专业的2017级和2018级授课班级中开展了两轮混合式教学改革实施过程，取了一些成效：

2.1 构建“以学生为中心”的混合式教学模式，提

高教学质量

结合本校学生实际情况，“模拟电子技术”课程采用基于“SPOC+翻转课堂”的混合式教学模式进行授课，通过“雨课堂”和“雷实验”平台实现“课内与课外”、“理论与实践”相结合的贯穿式教学，既充分发挥线上教学、课堂教学的优势，又贯彻“学生为主体”的教学理念，将知识传授、思维训练和研究能力的培养有机结合，激发学生学习兴趣，切实提高课程教学质量。

自动化、电气工程及其自动化两个专业2017级和2018级学生的“模拟电子技术”期末成平均成绩逐年上升、整体课程目标达成度也有所提高。图2为笔者所带2017、2018级部分班级的学生成绩分布图。

图2 2017、2018级部分班级学生成绩分布图

根据工程教育认证要求的达成度计算方法，教改后(2017、2018级)的学生课程目标达成度比教改前(2016级)有较大地提高，见表2。

表2 部分班级学生整体课程目标达成情况

2.2 注重学生创新能力培养，人才培养效果显著

课程组秉承“以赛促教，教学相长”的理念，以电子设计竞赛等学科竞赛为牵引，让学生通过参与竞赛，将理论和实践融会贯通，培养了学生团队协作和拼搏精神以及解决复杂工程问题的能力。团队成员组织学生参与了多项科技创新竞赛与技能培训，并取得了可喜的成绩。自2018年起团队成员指导学生在科技创新竞赛活动中获得省级及以上奖励80余项，其中全国大学生电子设计竞赛一等奖2项，世界机器人大赛冠军赛机器人工业设计(本科组)亚军，“挑战杯”全国二等奖1项。

2.3 思政元素与课程体系的有机融合，可推广性强

课程组教师不断提升自身业务水平，注重课程思政元素的融入，编写思政版的教学大纲，制作配套的教学计划和教学资源，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，实现课程思政与专业课程的“盐水融合”，于润物无声中立德树人。

该成果以“互联网+教育”为背景，通过改革课程教学模式、教学方法与教学手段，激发学生自主学习的兴趣，具有较强的理论性和实用性，可推广应用于电气信息类专业其它主干课程，或其他特色专业课程建设。

3 需要进一步解决的问题及改进方向

课程教学改革虽取得了一些成效，但仍存在一些问题需要持续改进。

1. 三个版本的课程资源建设已完成了基础版、MOOC版，加强版正在建设中。而教学内容、教学方式都应该是与时俱进的，在线资源必须不断更新。为此，有必要研究一种可持续的、动态演进的在线资源建设模式。

2. 关于MOOC版的实验手段问题，对于其他高校学生和社会人员，有必要建设模拟电子在线实验室。

3. 如何让学生有效地利用网络和手机开展学习的问题。需要不断探索新的教学模式，引导学生逐步养成自主学习、主动探索的学习习惯。

以智慧教学工具“雨课堂”和“雷实验”为载体的“模拟电子技术”混合式教学模式改革，注重知识传授、能力培养与价值引领有机结合，借助国家级电工电子中心实验室开放式教学的优势，配合实验教学的创新性改革思路，培养学生的创新能力和研究能力，提高学生实践能力，对培养高素质复合型专门人才具有重要作用。