线上线下融合的电子类实验课程教学探索与实践*

石兴华 文 斯

（昆明理工大学电子信息科学与技术实验室 云南昆明 650500）

2020 年国家发改委等多部门明确指出“构建线上线下教育常态化融合发展机制，形成良性互动格局[1]”，可见线上线下融合是教学改革和发展的侧重点。

本科实验教学与高校理论教学相结合，一方面增进学生对理论知识的理解，提高动手实践能力；另一方面提高学生科研创新的能力，提高分析研究问题、解决问题的能力。电子类实验课程如《电路分析基础》《模拟电子电路》《数字电路系统》是电子信息类专业的“基石”课，也是后续课程的“搭桥课”，具有较强的工程性和实践性。实验课程教好，既能加深学生对理论的理解和掌握，又能培养学生动手实践能力。

我校争创双一流高校之际，提高实验教学的质量，对培养创新卓越人才、推动一流专业的建设起到了奠基的重要作用。

一、传统实验教学存在的问题

在2019 年以前电子类实验教学还是采用传统的课堂教学为主，教学一般分为课前预习、课堂实践和课后报告三个环节。例如模拟电子技术实验在大二上学期开设，共16 学时，6 个实验项目，每个实验项目基本上是2 个学时左右。学生在课前按照实验教师要求完成预习报告，课堂上老师先讲解后学生再动手实验，课后再完成实验报告。这种传统教学方式存在明显的不足[2]：1.预习不充分，被动地抄完实验原理、实验内容。缺乏有效的引导和监督手段，学生往往存在应付、抄袭现象，直接影响了课堂实验教学的效果。2.课堂上教师先对实验原理、实验内容以及难点进行讲解，现成的实验台，导致学生机械地完成电路的连线工作，缺乏对实验内容的主动思考。3.缺少有效的交流平台。师生之间交流主要是在课堂上进行。但课堂上教师既要讲解实验，又要帮助学生解决问题，还要检查每个学生实验完成情况，几乎没有时间与学生进行交流讨论。4.考核评价方式不够全面、合理，主要是由实验报告和操作决定实验成绩，不很科学。

二、构建线上、线下课程平台

电信实验室电子类实验教学团队不断研讨，按照线上线下混合式的内涵[3]，从电子类实验课程着重建设的四点出发，构建线上线下教学平台，提升教学质量。（1）如何使理论与实践深度融合，培养学生的工程应用能力与创新能力；（2）如何使线上线下教学有效衔接；（3）如何以学生为主体，达到深度的双向互动；（4）如何恰当地融入思政元素，进行价值引领。

（一）线上平台资源建设

根据多年的实践教学经验，为适应学生学习特点及学习规律，保障线上线下学习的无缝对接，以学生为中心，依托超星、雨课堂等网络教学平台设计制作了适合我校学生的“模拟电子电路实验”“数字电路实验”等在线教学内容。在线内容涵盖了实验目的、实验电路及原理、实验内容与步骤、实验注意事项、总结分析思考五大块内容。通过老师的视频讲解、PPT 展示，引导学生充分预习，在理解实验内容基础上，熟悉实验操作。如图1、2 所示超星和雨课堂的部分教学内容。

图1 超星平台模拟电路实验教学内容

图2 雨课堂数字电路实验教学内容

（二）线下统一测试平台建设

实验室结合线上教学内容，搭建线下统一测试平台如图3所示，摒弃原有的实验台的固定操作，改为自主使用元器件设计电路、PBL 项目制学习模式，引导学生分析解决实际问题。学生可在统一测试平台完成实验的观察、记录、分析等。

图3 统一测评平台

三、线上线下融合课程思政的教学体系

（一）课堂教学融入课程思政元素

在电子类实验课程的线上线下教学中，适时融入课程思政，积极引导学生树立家国情怀，激发同学们的爱国热情。例如在电子电路设计时启发学生思考，现在国家在集成电路、半导体器件等方面取得了哪些成就，应用在哪些领域，哪些行业目前受到国外的压制，如何打破壁垒等。要靠在座的各位同学在校期间把专业基础打牢，能力培养好，将来自主研发，为国家科技发展和智能制造业贡献力量。

（二）构建线上线下融合的实验教学体系

以模拟电子技术实验为例，线上和线下融合式教学设计如表1 所示。该教学设计主要围绕基础性实验1-4、综合性实验5、6 和创新型实验7 大内容。学生通过线上平台的内容进行预习，并在Multisim 仿真软件上完成仿真报告；线下到实验室进行自主设计，教师采用多种教学方法启发学生，引导学生解决问题。学生可课后在线上随时和教师展开讨论。

表1 模拟电子技术实验“线上线下融合式教学设计”

（三）教学过程

整个教学过程如图4 所示，将三个阶段（课前预习、课中内化、课后巩固）有效衔接，实现线上线下融合。

图4 线上线下教学过程设计

1.课程预习实现线上自学和虚拟仿真自学模式[4]。学生自学线上平台的内容，并使用这种Multisim 软件进行原理电路图的虚拟仿真实验，通过项目任务的设计、项目准备、仿真实施完成仿真和预习报告。该预习模式不仅可以达到传统项目教学法的教学目标，而且可以拓展学生的参与面，培养学生的创造性，有助于开展个性化实验，具有灵活的扩展性和推广性，达到传统仪器及实验室无法比拟的效果。近几年的实践表明，实验室应用该教学模式非常适合“研究、创新应用型”人才培养目标下的电子类实验教学，既增强了学生对理论知识的理解，又将理论知识加以应用，有助于学生形成有效的知识体系，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的课堂参与度。如图5 所示，学生优秀的仿真报告。

图5 优秀的仿真报告

2.课堂教学采用线上线下混合式教学模式[5]。教师采用多种教学方法，如问题导向法、任务驱动法、研讨等，引导学生“自主式、讨论式”学习；学生采用多种学习方法如学思结合法、参与互动法、合作学习法等互相渗透；例如在讲解集成运算放大器这一章时，老师提问“如何实现方波信号输出三角波？”，学生思考“集成运放微积分电路”的工作原理，自主设计积分电路，在万能板上自主使用分立元件搭建，之后使用统一测试平台对功能进行检测与验证。在课堂中所学的知识通过实物再现的形式，验证仿真结果同时还启发学生去发现问题、学会分析问题，并提出解决此问题的可行性方法。

3.课后巩固主要是学生线上交流平台随时提问，和老师反馈交流；线下完成实验报告的数据处理和分析，并进行相应的实践拓展。老师依据同学们的反馈，进行教学总结和学生的考核评价。

（四）多元化的考核评价体系

实验室在电子类实验的考核评价方面，建立了多元化、过程化、能力化的课程考核体系[6]，探索出着重培养学生创新实践能力的实验教学考核模式[7]。如表2 所示模数电实验课程的考核评价体系。

表2 模数电实验课程的考核评价体系

考评内容多元化：线上学习5%，仿真和纸质报告35%，实际操作40%，讨论10%。

考评主体多元化：由教师、学生、课程平台共同评价。

考核方式过程化：通过线上学习实现。单元测验、作业+互评、课程讨论等内容均在线上平台有记录。

考核内容能力化：强化仿真能力考查，提升课程学习的广度和深度，增加综合设计电路和工程实际问题，提升了学习的挑战度。

四、成效与持续改进

电子类实验课程采用线上线下混合式教学实践模式并持续改进[8]，使得教师有时间扩充知识的广度和深度；学生带着问题来上课，创造了饥饿感，提高了学生的学习兴趣，拓展了学生自主学习力和团队合作精神；课堂面授增加了“教师解惑及讨论、实践拓展”环节，很好地解决了学生在课下仿真、实验过程中出现的问题，同时线上平台随时和老师同学沟通交流，促进了理论与实践的深度融合。

从2019 级开始实验室实施新的教学模式，从图6 中可以看出，近两级的实验成绩平均分比18 级某班（传统教学模式）逐年大幅提升，提高了10.8 分。近两年学生参加“互联网+”和蓝桥杯等学科竞赛的积极性和人数比例也提升了22%，获奖比例也在持续提升。

图6 近三年的情况对比分析

结语

实验教内涵式建设学模式充分发挥了学生的自主性，提高了课堂的活跃性，让学生从被动接受变成主动学习，独立思考，有利于学生积极参与课堂教学，更有利于提高学习效率和组织协调的能力。线上线下混合式的教学模式对我校的“模拟电子技术”课程有很大的促进作用，教学效果和质量大幅提升。模拟电路实验教学模式的改革，激发了学生学习模电数电的兴趣，克服了难学的心理，学生的成绩得到了普遍提高。同时也激发了学生参加实践创新活动的内驱力，许多同学申请了各类大学生创新实践项目，参赛成绩也越来越好。

通过对学生的问卷调查分析得知，学生对该教学模式普遍认可，对线下实验的设计、调试，以及问题的分析解决有很大帮助的达到了94%。“以学生为中心、以能力培养为导向”也发挥了积极作用，课程建设效果显著，《模拟电子技术》课程已通过校课程评价，评定等级为国内一流。