后疫情时代《电工与电子技术实验》线上教学的研究与实践

张雪辉，李华，黎霞

（河北工业大学 电气工程学院，天津 300401）

《电工与电子技术》是高等学校非电类专业本科生的必修基础课，是学生系统学习电工技术与电子技术理论的课程，具有基础性、应用性和实践性特点。而《电工与电子技术实验》是配合该理论课开设的一门基础实验课程，使电工学理论知识与实践紧密结合。电工实验可帮助学生更好地理解电工与电子技术的理论知识，了解常用电工电子元件、设备与仪器的应用，并引导学生对电路进行建模、分析、设计与仿真，增强学生的工程意识，提高学生动手能力。

后疫情时代便线上授课常态化。新冠肺炎疫情期间的教学，远不止于屏幕；尤其对于实践教学，更是面临严峻的考验。哈尔滨工业大学[1]和东南大学[2]电工与电子教学中心针对疫情进行了混合式实验教学和远程在线实践的研究。我校电工与电子教学中心教师集思广益，深挖资源，巧借工具，不断优化电工学实验教学模式[3～5]。

1 信息化工具助力线上教学

雨课堂是由清华大学在线教育办公室组织研发的智慧教学工具，将教学工具巧妙融入PowerPoint 与微信，方便师生利用信息技术手段有效开展线上、线下授课与学习[6]。清华大学[7]、华北电力大学[8]及我校[9]等众多高校的多门课程已采用雨课堂线上线下混合式教学。课前，将丰富的预习资源（文字、图片、语音和视频）轻松插入PPT，立即或预约发布到学生的手机端。课上，学生扫码进入课堂，课件即可在学生手机端同步显示并保留，便于课下复习；教师讲完一部分内容即可借助雨课堂发送嵌入PPT 的习题，学生边听边练；互动弹幕、投稿、随机点名，增强了课堂的互动性。全面的作业题型，包括主客观题、投票，附件作答、拍照上传、语音回复等，满足学生不同要求。雨课堂新试卷，题目和选择题选项顺序均可打乱，立即或预约发布，教师定期测试，督促学生及时进行阶段复习。作业和测试题目均可附解析，帮助学生理解、改错。雨课堂记录一学期课程课前-课堂-课后的全程数据，便于教师随时通过数据分析，不断发现问题、改进教学，促进学生掌握知识。

腾讯会议是由腾讯公司提供的便捷易用、高清流畅、安全可靠的云视频会议服务，支持通过手机、电脑参加各种会议，可实时屏幕共享、语音、视频通话，且支持本地或云录像，已广泛应用于企业以及政务、金融、教育、医疗等领域，并解锁云签约、云招商、云招聘、云课堂、云培训等场景[10]。

Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows 为基础的仿真工具，它包含电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力[11]。直流电路、交流电路、模拟和数字电路均可仿真运行。软件中有万用表、示波器、逻辑分析仪等多种虚拟仪器仪表，既可测量数据，又可观察波形，且仪表数目不受限制。解决了实验室空间、时间和仪器数目、种类有限的问题，学生课下可小组讨论，尽情享受电路仿真的乐趣，进一步理解课堂理论知识，提高探究能力。将Multisim 仿真软件融于电工与电子技术理论和实验课程教学，有利于学生加深对电路的理解和仪器设备的使用[12～14]。

2 线上电工学实验课程开展的方式

为了帮助学生更好地理解电路的工作原理，教师在理论授课中利用Multisim 仿真软件在课上实时仿真，学生对软件的功能及使用有了初步了解，同时激发了学生的学习兴趣，便于线上实验课程的开展。

下面以电工实验——戴维宁定理的验证为例，具体介绍线上实验教学的实施过程。

2.1 雨课堂发布实验预习

预习内容包括本次实验的目的、原理、设备和步骤，结合实验室设备照片语音讲解。后面有6 道测试题目，包括客观题和主观题，考核学生对相关实验设备使用和理论知识的掌握情况，如电位器的三个端子如何连接、用理论计算实验电路的开路电压和等效电阻等，为实验的进行做好准备。

图1 雨课堂发布预习课件部分截图

2.2 雨课堂发布Multisim 仿真任务

学生完成预习后，教师通过雨课堂发布仿真任务。学生两人一组，利用Multisim 仿真软件绘制电路图，并按照实验步骤仿真、填写表格，回答问题，雨课堂提交。图2为教师利用雨课堂发布的仿真任务，图3为学生通过雨课堂提交的仿真电路。

图2 雨课堂发布的仿真任务

图3 学生提交的仿真电路

2.3 教师批注

教师利用平板或电脑+手写板对学生提交的仿真结果进行批注、打分。

图4 教师批改仿真作业

2.4 翻转课堂

借助腾讯会议，学生分组共享屏幕，实时演示并讲解仿真过程，其间不乏师生讨论仿真中出现的问题。针对学生反映元器件不好找的情况，教师为学生演示了元件库的分类、常用元器件和仪器仪表的位置和参数设置，并强调了电路图绘制的规则，如每个电路都需要接地、导线尽量画规整等。

最后，教师对本次实验进行总结。利用雨课堂随机点名提问实际实验中负载阻值为零和无穷大应该如何处理，等效电路如何连接等。针对学生预习计算实验电路开路电压和等效电阻存在的问题进行讲解等。

图5 翻转课堂，教师总结

3 结语

课题组针对目前疫情难以顺利开展线下实验的情况，最大限度地挖掘有利于学生掌握实验设备和实验原理的信息化教学工具、教学方法。利用雨课堂推送实验预习、仿真任务，并组织利用腾讯会议翻转课堂，让学生实时显示并讲解仿真过程，师生共同参与讨论。屏幕分享讨论和批改仿真作业时，教师利用手写板进行书写和批注。实验过程中，师生用QQ 不间断交流。腾讯会议视频可回放，雨课堂教学资料可随时翻看。整个实验下来，学生理解了电路的工作原理，掌握了仪器设备和仿真软件的使用，同时，分析问题、解决问题的能力，语言讲解能力和团结协作能力均有所提升。