线上线下结合的“电路实验”教学模式改革

李新国

(湖南第一师范学院 信息科学与工程学院， 湖南 长沙 410205)

0 引言

在“电路实验”课程开设过程中，线上线下结合的实验教学模式将熟悉实验环境、预习实验内容、撰写实验报告等环节放在网络上完成，将搭建实验电路、使用实验仪器设备、测取实验数据等环节放在实验室内完成，实验课堂、课余都可以查看网上的实验内容，线上线下能反复学习来完成某一实验项目。该实验教学模式能够增强学生实验时间与空间的灵活性、提高学生的自主学习能力、激发学生的实验兴趣。我们通过实施建设“电路实验”SPOC平台、自编电路实验测试程序、改革电路实验考核办法等措施，形成了线上线下结合的电路实验教学模式，取得了一定的电路实验教学改革成果。

1 建设“电路实验”SPOC平台

1.1 “电路实验”SPOC平台

2017年8月,湖南第一师范学院“电路实验”课程在中国大学MOOC网站以独立SPOC形式上线(https://www.icourse163.org/spoc/course/HDDYSF-1002836001)，该实验课程主要包括实验仪器仪表、实验项目课件、实验操作视频、实验项目单元测试和实验问题讨论等教学内容。其中实验项目视频录制脚本全部由任课教师自主设计撰写，实验操作视频录制由湖南向日葵软件开发有限公司的专业人员完成。“电路实验”SPOC内容共分为十六讲，每一讲内容包括课件、视频、测试题和讨论区。第一讲至第四讲主要讲授实验仪器仪表及其操作规则，第五讲至第十六讲主要讲授十个实验项目的操作方法与操作过程。

线上线下结合的“电路实验”经历实验预习→实验操作→实验复习三个环节。实验预习环节：学生进入电路实验室前，要求学生登录中国大学MOOC网站，观看“电路实验”SPOC的教学视频与课件，了解实验室的规章制度，熟悉实验室的仪器设备，完成网上测试，测试合格后再允许进入实验室。实验操作环节：学生带着线上实验预习所得的知识进入实验室开展实验，有目标按要求完成实验项目。实验教师主要进行答疑解惑，不必讲解实验内容和进行操作演示，减轻了实验教师的教学工作量。实验复习环节：学生完成某实验后，可以返回中国大学MOOC上观看“电路实验”SPOC的相关教学视频，将自己的实验过程线上线下反复进行比较学习，在边学边做中提高实践能力。“电路实验”SPOC平台的建设为学生创造了一个良好的自主学习环境，提高了实验教学的有效性。

1.2 “电路实验”SPOC平台使用情况调查

“电路实验”SPOC平台运行两年来成效怎样？针对这一问题，我们组织了我校19电信1班和19通信1班共86名学生开展了问卷调查，调查结果如表1所示。从表1调查的数据可以看出：大部分学生认为平台对提高自己的动手能力有帮助，并对制作的实验教学课件和教学视频给予了良好评价；大部分学生实验前后都喜欢看线上教学视频，不喜欢看线上教学课件；学生实验课前看线上实验教学内容的人数多于实验后的人数；学生都愿意参加线上实验测试，但测试时都感到实验测试题较难。

表1 “电路实验”SPOC平台使用情况调查表

2 线上线下结合的“电路实验”教学模式

2.1 “电路实验”SPOC镶嵌在电路实验教学中

我校有电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术三个工科专业开设电路实验课程，各专业对电路实验的要求不同，开设的实验课时也不同。电子信息工程专业电路课程开设96课时，其中实验18课时；通信工程专业电路课程开设64课时，其中实验10课时；计算机科学与技术专业电路课程开设54课时，其中实验8课时。考虑到不同专业有不同的实验内容要求，为了不影响电路实验的完整性，我们将线上“电路实验”SPOC嵌入到线下实验室内的实验教学当中。线上线下实验有机结合，保证了“电路实验”在不同专业中按不同要求可靠开设。线上线下结合的“电路实验”教学流程如图1所示。电路实验教学项目由三部分组成，第一个部分是实验基础，包含实验安全、实验规程和基本技能，这部分内容要求电子信息类专业所有学生学习；第二部分为模块实验，我们将“电路实验”中的基础实验和专业实验划分为N个不同模块，不同的专业选择不同模块的实验项目；第三部分为综合实验，这部分实验是有一定难度的设计性与创新性实验，我们提供了许多电路实验项目供不同专业选择。由于实验基础、模块实验、综合实验的内容与要求都不相同，因此，实验教学的实施过程也不相同。

图1 “线上线下”结合的“电路实验”教学流程图

2.2 实施线上线下结合的“电路实验”教学模式

1) 线上线下结合的实验基础知识教学

实验基础知识包含实验安全、实验规程、基本技能三部分内容，采用线上线下结合的教学流程，如图2所示。这部分内容安排在开学后四周内的学生课余时间完成。第一周至第二周，学生进入开放实验室和登录电路实验SPOC平台，熟悉实验安全与实验规程的内容。实验安全主要是实验室的用电安全知识和用电事故处理；实验规程主要是实验室的规章制度和电路实验项目选择。学生在这部分内容的自学过程中发现问题，可以进入讨论区在线讨论，也可以进入习题库在线练习。通过线上线下学习，学生掌握实验安全与实验规程的相关知识，最后完成网上测试。第三周至第四周，学生按相同方式完成实验基本技能训练内容，基本技能包括常用仪器仪表的结构与使用、常用实验平台(一般指实验台、实验箱、实验软件等)的熟悉、基本操作方法的理解等内容。在基本技能训练过程中，学生可以进入讨论区进行讨论，也可进入习题库练习，还可以在线实验观摩，训练结束要求通过网上测试检验。

图2 实验基础部分教学流程图

2) 线上线下结合的模块实验教学

模块实验包括基础实验和专业实验，其教学流程图如图3所示。电路的基础实验包括常用电工电子仪器仪表的使用、直流电路常规物理量(电流、电压、功率、能量)的测量、基尔霍夫定律、电路定理、交流电路常规物理量的测量等五个实验项目；专业实验对于不同的专业要求有所不同。如电子信息工程专业主要有RC电路响应过程研究、谐振电路、三相交流电路参数测量、耦合电感电路测量、非正弦周期信号研究等五个实验项目。该部分实验与电路理论课程授课进度同步进行，一般安排在第五周到第十六周内完成。学生首先登录电路实验SPOC平台进行实验预习，网上测试合格后进入实验室完成实验项目，碰到问题再返回SPOC平台进行观摩与讨论，获取解决实验问题的办法，最后进行线下实验检查和线上递交实验报告。

图3 模块实验部分教学流程图

3) 线上线下结合的综合实验教学

综合实验教学需要按不同专业的要求筛选出不同实验项目，一般以设计与制作电子产品的形式呈现，其教学流程如图4所示。对于电子信息工程专业来说，综合实验主要包括电压表电流表量程扩展电路设计、集成运放组成的加法器设计、汽车自动点火电路设计、示波器RC补偿电路设计、AM收音机选台电路设计等。综合实验的实验过程与模块实验有所不同，学生在电路实验SPOC平台上只能了解实验要求与实验方法，没有相关电路具体的设计方案，也没有网上测试环节。要求学生完成电路设计与器件选择、电路仿真与调试、产品焊接与制作等过程，最后得到所设计与制作的电子产品。学生在线上递交实验报告、线下递交设计作品。综合实验一般在第十七周到第十八周两周内完成。

图4 综合实验部分教学流程图

3 线上线下结合的“电路实验”考核方法

3.1 自编电路实验测试程序

在“电路实验”SPOC内的实验基础、模块实验和综合实验都设有网上测试环节。这种线上测试是在没有教师监督的情况下进行的，成绩差的学生就会找成绩好的学生帮助线上答题、或者抄袭成绩好的学生的测试题答案。教师难以分辨学生是否认真预习了实验内容，线上测试的真实性存在置疑。为了解决这些问题，我们在实验课的课堂教学中，增加了随堂测验环节。学生通过手机或电脑登录测试程序APP，在规定时间内(一般设置为5分钟)完成测试题，并将测试成绩计入实验成绩。测试成绩合格者继续进行下面的实验，测试成绩不合格者将返回电路实验SPOC平台，独立完成实验预习要求内容。测试程序APP由任课教师联合专业的软件编程人员完成。测试内容包括实验原理图搭建的难点问题、实验操作的关键节点、实验数据的处理方法等。测试题目在题库中随机抽取，每个学生抽取的测试题不同，阻断了学生互相抄袭答案的现象，保证了学生测试成绩的真实性。为了验证自编电路实验测试程序APP的检测效果，我们对我校19电信1班和19通信1班共86名学生进行问卷调查，其中有36名学生表示非常满意、41名学生表示满意、6名学生表示基本满意、3名学生表示不满意。由此可见，电路实验测试程序APP的使用得到了大部分学生的认同。

3.2 线上线下结合的电路实验考核方法

实验课的教学与理论课教学不同，不能通过闭卷或开卷考试的方式评定学生实验成绩，更不能单凭实验报告给出学生实验成绩，我们要考虑学生实验预习、实验操作、实验结果等多方面的因素进行综合评价。笔者根据多年的教学经验，总结出了一套比较有效的电路实验考核办法，考核成绩的组成如表2所示。考核成绩=SPOC测试成绩(20%)+APP测试成绩(20%)+平时成绩(50%)+实验报告成绩(10%)

表2 电路实验考核成绩组成表

其中SPOC测试成绩主要体现在实验预习过程中，针对学生登录电路实验SPOC平台的签到情况、回答问题情况、练习题完成情况、网上测试情况等内容，由教师线上综合评定的成绩；APP程序测试成绩主要体现在实验课堂考核中，针对实验原理图搭建存在的问题、实验操作的关键节点、实验数据的处理等内容，学生使用APP程序测试得到的成绩；平时成绩主要体现在实验室实验的过程中，针对操作是否规范、仪器仪表选择是否得当、现象判断是否准确、是否有良好的实验习惯等内容，教师通过对学生的全面观察得出的成绩；实验报告成绩主要体现在实验报告是否规范、数据处理是否准确、实验误差的大小等内容，教师通过线上批改实验报告得出的成绩。SPOC测试成绩、APP程序测试成绩、实验报告成绩都是线上评定，只有平时成绩是教师线下评定，因此，教师评定实验成绩的方法并不复杂，工作量也不是太大，主要是这种成绩评定方法能充分考虑多种因素去客观地评价学生实验效果。

4 结语

“电路实验”是电子信息类专业学生提高动手能力的入门实践课程。通过线上线下结合的电路实验项目的严格训练，能引导学生形成良好的实验习惯，提高学生自主学习、自主实践能力，为学生以后专业对口就业奠定坚实基础。因此，我们必须高度重视“电路实验”课程模式的改革，设法将“电路实验”课程变为名符其实的“金课”。