基于“口袋实验室”的金课建设研究——以电路课程群实践教学为例

□张 华 江官星 吴亚东

高校“金课”建设由陈宝生在2018年6月的全国本科高等教育工作会议上首次提出。“口袋实验室”(Pocket Lab)这一概念由斯坦福大学克利夫顿于2014年首次提出，目前已有多款产品完成研发并投入使用。电路课程群作为电类专业非常重要的课程群体，其中实践教学在整个课程实施过程中起着至关重要的作用，直接关系到对学生的工程实践基本技能的培养。目前，众多高校开展的电路课程群实践教学主要依托实验箱，由于实验箱体积大，便携性差，实验时需外接测量设备，不具备再开发的功能，在很大程度上限制了学生自主设计电路，自主创新的需求，且实践教学和理论教学单独开课的模式，大大限制了学生的实验激情和创作灵感。“口袋实验室”的引入为学生随时随地自主实验提供了可能，也为电路课程群实践教学改革搭建了平台。

一、“金课”视域下电路课程群“口袋实验室”的构建

践行“以学生为中心”这一金课理念，以自主创新能力建设为核心，使学生突破时间、场所、设备等多重制约,构建符合应用型人才培养目标需要的基于学生自主实践的电路课程群“口袋实验室”。

(一)“口袋实验室”简介。“口袋实验室”教学平台是将实验设备做微型化处理，使各种电路模块和实验测量仪器集成在一块口袋实验板上，方便携带，允许学生自选场合自选时间使用常用电子仪器和电路芯片进行相关实验。教师可以为同学实施“云端授课”的教学模式，学生通过“口袋实验室”的相关口袋实验室套件(口袋实验室盒子和电路板)，借助于网络手段，在线完成各项实践操作，实现原本只能在实验室里才能完成的实验技能训练。

(二)“口袋实验室”的构建思路。“口袋实验室”的构建主要包括两大部分，即开发强大的管理系统和建设丰富的学习资源库。其中，管理系统通过计算机相关技术开发，是保障“口袋实验室”正常运行的载体，包括“口袋机”借阅管理模块、师生交流模块、实验室管理模块和管理员登陆模块，便于管理口袋套件的便利流通，并保障师生之间的有效交流沟通。学习资源库则涵盖电路课程群一系列课程，如电路分析基础、模拟电子技术、脉冲数字电路、电工与电子技术、传感器、单片机原理及应用的“口袋机”套件，相关资料如套件使用说明书、具体实践案例及供学生自主学习的教学套件按照类别展示在系统上供教师和学生按需查阅。实战案例库则是将收集到的优秀作品集如师生共同参与研制的部分“口袋机”套件，学生在各类实践性环节如电工电子实训、各类课程设计及毕业设计、各类学科竞赛及课外创新作品套件展示出来，便于学生在课外自主展开学习。高阶案例库则是师生共同研制的“口袋机”套件。

图1 基于学生自主实践的电路课程群“口袋实验室”构建思路

(三)基于“口袋实验室”的电路课程群实践教学模式的具体实施方案。基于“口袋实验室”的电路课程群的实践教学模式的实施主要分为课内实施和课外实施两大模块。在课内实施模块，教师可将口袋套件用于教学演示，使得枯燥的理论知识有了形象的应用载体，学生对知识点的理解从深度和广度上达到更高的层次。同时，教师通过下达课内学习任务单，提供配套的学习资源包，促进学生自主学习，学生在对相关口袋套件阅读、分析、应用的同时，积累大量的实践技巧，科研素养得到培养；在课外实施模块，学生可自由选择地点在教师规定的时间内补充完成课堂内未完成的实践环节，由于学生的学习过程脱离教师的视线，教师应通过相关平台做好实时跟踪，保证教学秩序，优化教学内容，创新教学方式。其中，教学内容分为初级模式和高级模式，在初级阶段，教师根据培养计划和实际教学需求为学生指定实践内容，学生通过交流平台将学习结果反馈给教师；而在高级阶段，一方面，教师可引导学生参与部分基础口袋套件的研制，在满足学习资源库的需求的同时，提升学生的创新意识、综合工程实践能力，从而践行“以学生为中心”“学生是知识的建构者”这一金课价值逻辑；另一方面，学生在教师的指导下完成一些具有工程型、挑战性及自主性的选题，通过团队合作与交流平台完成难度较大的选题，充分锻炼学生的学习能力、创新能力和合作能力，并将课外完成的作品挂接到口袋实验室管理系统的学习资源库，用于课内环节教学展示，丰富教学资源库，促进师生共同高阶学习。

图2 基于“口袋实验室”的电路课程群实践教学改革与探索的实施过程

(四)基于“口袋实验室”的电路课程群实践教学模式的核心问题。

1.课内环节与课外环节有机融合问题。在课内环节，将理论的精髓和思想通过相关的口袋资源套件展示出来，完成基本的实践技能培训，培养学生的科学素养；在课外环节，学生把实验室放在口袋里，随时随地进行实验或项目研发。学生将在课外环节完成的科技制作成果与教师分享，可作为口袋套件用于课内环节，丰富口袋实验室的学习资源库。从而使课程实施践行“学生是自己知识的建构者，教师是知识引导者的角色”这一金课建设思想。

2.寻找教与学的最佳契合点，切实保障基于“口袋实验室”的电路课程群实践教学的效果问题。 以教学为主导，以学生为主体，学生在课外有充分独立思考的空间和时间，充分发挥学生解决各种问题的主观能动性。针对于学生在课外自主开展创新实践活动时可能遇到的问题，课程群团队教师需为学生提供全面的教学资源，并在讨论区和作品展示区及时解决学生在课外实践过程中遇到的各种问题，高效地对学生的课外学习进行监控并及时评价。

3.资源库的建设问题。一个功能强大的“口袋实验室”需要丰富的口袋资源库做支撑。资源库的基础口袋套件能满足培养计划中相关实践教学的基本需求，实战案例库需具有一定的工程型、挑战性及自主性。

4.课后监督及合理的教学评价体系。从传统的“保姆式跟踪”教学模式到以“学生为中心”新的教学模式，学生的大部分课外实践都将脱离教师的视线，教师如何借助相关平台做好课外监督，维护教学秩序，并制定合理的评价体系，是保障教学改革效果的关键因素。

二、基于“口袋实验室”的电路课程群实践教学模式的培养目标

(一)构建全开放、全共享、课内外一体化电路课程群“口袋实验室”。以“金课”建设为宗旨，推进“教学范式”向“学习范式”变革，强化以学生中心，以就业需求和未来多元发展路径为依托，综合考虑学生多样化的学习需求，基于学生自主建构知识的理念优化电路课程群现有的实践教学资源，建设电路课程群实践教学的“金课”口袋实验室，便于学生随时随地在课外开展创新实践活动。

(二)开发“口袋实验室”管理系统，管理实验室的平稳运行。采用开放式教学模式，基于“借阅式”管理模式，建立信息化管理系统平台，由“口袋机”借阅管理模块、师生交流模块、实验室管理模块和管理员登陆模块构成，学生可自由预约、借用、归还、续借“口袋机”套件，方便学生自由选择时间和场所进行实践操作，教师可借助于交流平台实时跟踪学生的实践情况。

(三)建设丰富的学习资源库，找准教与学的最佳契合点。学习资源库分为初阶和高阶部分，初阶学习资源库涵盖的教学资料相对比较基本，包括基本“口袋机”套件的使用说明、教师为基本“口袋机”套件量身制造的课件等；而高阶学习资源库则是一方面针对性地将收集到的实践教学、综合性学科竞赛及各项创新创业项目中的优秀作品作为高阶性的实践内容选题，另一方面教师可引导学生自主研制部分“口袋机”套件用于教学展示，师生共创高阶性学习，从而体现“学生是自己知识的主动建构者”这一“金课”价值逻辑。

(四)打造基于“口袋实验室”的电路课程群“金课”教学模式。 “淘汰水课，打造金课”是当前本科教育的主流趋势。为电路课程群实践教学建设配套的便携“口袋实验室”，可有效地实现由“教”向“学”的转变，以教学为主导，以学生为主体，通过“学习范式”理念全面阐述高校“金课”建设的价值逻辑，将电路课程群实践教学打造成能够反映前沿性和时代性的“金课”。

三、“金课”视域下电路课程群“口袋实验室”的使用展望

本课题通过“口袋实验室”改革传统的电路课程群实践教学现状，打造实践教学金课，以满足学生自主创新实践需求，激发学生创新实践激情，构建适合多门课程的，不受时间和空间限制的，可随身携带的“口袋实验室”，可有效地减轻开放性实验室的运营负荷。

四、结语

本文致力于打造实践教学“金课”，以满足学生自主创新实践需求，激发学生创新实践激情，构建适合多门课程的，不受时间和空间限制的，可随身携带的“口袋实验室”，可有效地减轻开放性实验室的运营负荷，强化以学生为中心，实现由“教”向“学”的转变，基于“金课建设”的价值逻辑，以学生为中心，促进学生产生高阶性学习，以“学习范式”理念推进基于“口袋实验室”的电路课程群实践教学。