以工程教育為導向的線上線下混合式電類實驗教學改革探究

以工程教育為導向的線上線下混合式電類實驗教學改革探究

Summary：作為高等工科院校的一系列重要實踐環(huán)節(jié)之一，電類基礎實驗教學課程是電類專業(yè)具有較強實踐性和應用性的課程。本文分析了傳統(tǒng)電類基礎實驗教學環(huán)節(jié)中存在的問題，從實驗內(nèi)容優(yōu)化、教學模式改革、實驗室配置和管理等方面進行改革，通過學院近技能的實驗教學改革的效果表明，針對電類基礎實驗教學，采用線上線下混合式的模式，可較好的解決傳統(tǒng)電類實驗教學的弊端，能夠獲得較為滿意的教學效果。ExplorationontheReformofOnlineandOfflineMixedElectricalExperimentTeachingGuidedbyEngineeringEducationShuWenqiang

（CollegeofelectricalandElectronicEngineering

AnhuiInstituteofInformationTechnologyWuhu241000）Abstract:Asoneofaseriesofimportantpracticelinksinhigherengineeringcolleges,thebasicexperimentalteachingcourseofelectricityisapracticalandappliedcourseforelectricitymajors.Thispaperanalyzestheproblemsexistinginthetraditionalelectricalbasicexperimentteaching,andmakesreformsfromtheaspectsofexperimentcontentoptimization,teachingmodereform,laboratoryconfigurationandmanagement,etc.Theeffectofexperimentalteachingreforminourcollegeshowsthattheonlineandofflinemixedmodecanbettersolvethedisadvantagesoftraditionalelectricalexperimentalteachingandobtainsatisfactoryteachingresults.引言作為現(xiàn)代高等院校教學體系當中不可或缺的組成部分，實驗教學是培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力的一個必要途徑和手段[1]。電類基礎實驗教學是電類專業(yè)學生重要的基礎實驗課程，培養(yǎng)學生的分析問題和解決問題的能力，具有較強的應用性，在電類實踐課程中起到一個承上啟下的作用。通過實驗課程，學生可掌握基本儀器使用、仿真實驗和解決問題的能力，同時通過理論聯(lián)系實際，加深對基礎理論知識的掌握和理解，培養(yǎng)了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力[2-3]。然后傳統(tǒng)的電類實驗教學環(huán)節(jié)往往以授課教師為主體，學生被動接受的過程，教師關注的重點為實驗教學內(nèi)容是否完整，忽略了學生是否掌握了相關實驗的技能和方法，學生只是一個被動的接受者，有悖于基于“學習產(chǎn)出”的工程教育理念，對學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)是不利的。為此，本文以安徽信息工程學院電氣與電子工程學院開設的電類基礎實驗課程為例，總結了這幾年基礎實驗教學改革的經(jīng)驗以及獲得的相應成果。1傳統(tǒng)電類基礎實驗存在的問題我校是一所應用型的本科高校，從學校到學院一直非常重視學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。應用型高校培養(yǎng)出來的學生應具有較強的工程應用能力和職業(yè)素養(yǎng)，以服務地方經(jīng)濟建設，滿足地方經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展對人才的需求。我校的辦學目標是“產(chǎn)業(yè)工程師和創(chuàng)業(yè)企業(yè)家的搖籃”，這種定位是很準確的，符合目前國家對高校向應用型轉(zhuǎn)型的要求。學校要辦出特色，就必須破除傳統(tǒng)的、經(jīng)典的研究型或教育型高校的辦學理念，就必須進行大膽地改革，對于各專業(yè)的培養(yǎng)方案和課程教學方法，特別是對實驗教學內(nèi)容和方式要進行深入探討、大膽改革。目前，學院從科技活動和學科競賽兩個方向，對如何提高電類專業(yè)學生的實踐創(chuàng)新能力做了一定的工作。課程教學改革方面，也對國內(nèi)外優(yōu)秀教改方法做了大量的調(diào)研，并結合我校實際做了一定的教學改革工作。將《單片機原理及接口技術》、《可編程序控制器》等一些列的理論課程和實踐結合較為緊密的課程，分析課程傳統(tǒng)教學方式存在的不足，把教學模式改革為“‘課堂授課+項目實踐’為主，‘小組討論+獨立學習’為輔”，其中大班的課程講授時間大大減少，增加小班的項目實踐教學。同時小班教學模式為分組項目教學，提高學生的參與度和動手能力，讓學生具備一定的工程實踐能力和項目設計能力，充分調(diào)動學生學習的主動性，目前實踐課程的改革已取得了一定的成果，但也存在一些問題亟待解決。1.1實驗教學內(nèi)容體系，不適應新的人才培養(yǎng)模式高等工科院校電類專業(yè)的基礎實驗課程主要由《電路分析實驗》、《模擬電子技術實驗》、《數(shù)字電子技術實驗》等幾門課程，這些課程主要面向電類及其相近專業(yè)，課程之間跨年級，且形式也是相互獨立存在的，幾門課程之間缺少銜接，還未搭建出一個完整的課程體系。目前傳統(tǒng)基礎實驗教學的實驗項目大多數(shù)都是在相應的試驗箱或者實驗板上進行，由于這是設備都是生產(chǎn)商已完成了電路的設計和相關器件的參數(shù)設置，實驗過程中學生只需按照實驗指導書按部就班的完成連線，進行相應的測試即可，對電路當中元器件參數(shù)變化對實驗結果有何改變，實驗過程中學生幾乎無法直接觀測到相應的實驗結果，實驗成效較低，對學生的工程能力培養(yǎng)也及其不利。同時受限于傳統(tǒng)實驗教學思維的影響，其實驗內(nèi)容更新較為緩慢，主要以實驗教材為主，缺乏與本學院實際情況相匹配的實驗教材，加上課時和實驗室資源等因素的影響，從而使得實驗教學的實施過程中驗證性實驗的占比相對較高，對學生運用理論知識進行自主設計類的創(chuàng)新性實驗項目占比過低，該模式抑制了電類專業(yè)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。1.2傳統(tǒng)實驗教學模式，無法滿足人才培養(yǎng)模式多樣化需求作為電類專業(yè)基礎實驗課程，其具有較強的實踐性，我校雖然將三大基礎實驗課程與理論課程體系分類，成為一門獨立課程，但是受限于傳統(tǒng)實驗教學模式的固定思維影響，基礎實驗課程的從屬地位并沒有得到本質(zhì)的改變，授課教師還是占據(jù)主導地位。授課教師通過課上講解實驗內(nèi)容和注意事項后便下單當次實驗任務，課堂之上學生只需遵循實驗指導書上的實驗步驟完成相應的實驗連線、測量和記錄數(shù)據(jù)即可。這一過程學生的參與體驗較低，不會積極主動的思考所測數(shù)據(jù)是否正確，當遇到問題也很少能自主解決，只是簡單完成測試任務很難獲得自我解決問題的喜悅，從而導致學生實驗教學過程實驗興趣不高，長期發(fā)展下去學生的動手能力會進一步束縛，創(chuàng)新意識能力也得不到相應的培養(yǎng)。1.3實驗教師資配置不合理受限于傳統(tǒng)教學模式的影響，部分高等院校還是以理論知識傳授為主，對于實踐教學環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)重視度不夠，其主要表現(xiàn)為專職的實驗教師序列隊伍建設腳步明顯慢與專職教師序列，這種情況會導致實驗實驗師資嚴重不足以及結構不合理現(xiàn)象，部分承擔實驗教學任務的教師為相應班級的理論課程教學老師，這一情況會直接導致實驗授課內(nèi)容偏向于理論教學[5]?，F(xiàn)階段雖然實驗中心已配置了專職實驗教師，但數(shù)量上遠遠不能滿足需求，尤其是高職稱的實驗技術人員數(shù)量偏少。當面臨大范圍的學生進行實驗課程時或者實驗室開放時，現(xiàn)有的實驗中心的教師遠不能滿足需求，上述問題是阻礙實驗教學水平發(fā)展的一個絆腳石，不利于應用型人才的培養(yǎng)。1.4實驗過程和考核機制需完善部分高校的電類基礎實驗課程的考核機制還停留在學生完成相應的實驗內(nèi)容進行一個考核同時針對完成的實驗報告進行評分，這個考核體系已不符合應用型人才培養(yǎng)模式，亟待解決以下幾方面。（1）課堂之上的實驗教學過程性的學生評價過于偏面，不能及時跟蹤學生的實時學習狀態(tài)；（2）課后學生完成當次的實驗報告內(nèi)容的客觀性和真實性有待進一步考查；（3）考核機制缺少個性化，缺少一些激勵機制；2、基于線上線下混合式教學的電類實驗課程設計近年來，隨之社會對應用型人才的需求逐漸增長，高等工科院校也承擔起對應用型人才的培養(yǎng)，作為電類專業(yè)的基礎實驗教學環(huán)節(jié)，電類相關實驗課程也隨之收到相應的重視[6-7]。我校利用學校已有的FIF平臺和愛課堂平臺建立線上教學資源，通過線上線下的混合教學，結合相關電類理論課程內(nèi)容，以課程理論知識豐富實驗內(nèi)容。教師在授課過程中可采用任務驅(qū)動式來完成教學，通過課前布置簡單任務與教學平臺，學生攜帶仿真結果進入課堂之上，同時課中主要以指導學生為主，課后利用課外輔導答疑模式集中為學生進行輔導，從而可實現(xiàn)課前-課中-課后的閉環(huán)。2.1搭建高階性的綜合實踐教學平臺利用現(xiàn)有的教學資源，針對我校學生的實際情況，通過選擇合適的實驗教學內(nèi)容建立信息化平臺，通過統(tǒng)一管理、資源共享和全面開放等模式搭建線上線下的實驗教學平臺。為學生建立線上的信息化實驗課程資源如愛課堂和FIF平臺，進行資源的整理和開放。將每一個實驗內(nèi)容的講解和實驗過程中的注意事項通過視頻的形式上傳實驗平臺，實驗教師可通過平臺監(jiān)控學生的預習情況，同時在教學視頻觀看后設置一定的習題，以此來檢驗學生學習的成果。同時平臺上的學習資源也可為學生課后復習鞏固提供了條件。2.2改進實驗教學內(nèi)容現(xiàn)階段大多數(shù)實驗課程都是以實驗指導書為依據(jù)，學生按照實驗指導書內(nèi)容進行實驗數(shù)據(jù)的測量或電路的搭建，便可完成當次實驗內(nèi)容，該種實驗授課模式不能真正提升學生自主解決問題的能力。同時受限于課程體系的系統(tǒng)性和完整性的影響，從而出現(xiàn)了同門課程當中的實驗內(nèi)容相對獨立銜接不夠，層次不分明，三大基礎實驗課程之間缺乏課程之間的融會貫通，從而造成了部分知識點的多次學習，易使學生形成單向、片面的知識結構，不利于學生的多維的、靈活的、創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。針對已出現(xiàn)的基礎實驗教學過程中的問題，通過深化教學內(nèi)容與課程體系，搭建“基礎實驗”、“綜合實驗”、“設計實驗”和“創(chuàng)新實驗”四層次的實驗教學內(nèi)容?；A實驗主要要求學生掌握基本電類實驗儀器的使用，通過實驗驗證理論課堂之上的知識點和原理，基礎實驗主要為電類常用基本儀器儀表的使用，通過電路的搭建和完成相關測試來驗證理論課當中基本理論知識和原理，該層次實驗注重于理論課的銜接和過度。綜合實驗以多技術和多知識點的融合與應用，以具有一定工程應用背景貼近生活的應用案例為整體規(guī)劃，將學生的能力培養(yǎng)加入實驗過程中。設計實驗應結合電類專業(yè)的行業(yè)發(fā)展，學生依據(jù)實驗設計的基本要求，完成實驗方案的確定，元器件的選擇、電路圖的繪制及仿真驗證可行性、焊接電路和調(diào)試等流程。創(chuàng)新實驗依托學校的雙創(chuàng)中心的學科競賽平臺，采用全開放的實驗教學模式，根據(jù)學科競賽的需求，完成具有創(chuàng)新意義的課程設計通過對實驗內(nèi)容的改革，不斷提升學生的創(chuàng)新能力。如對《模擬電子技術實驗》課程中部分實驗內(nèi)容只給定實驗要求，不給具體電路圖，學生利用所學知識，根據(jù)實驗要求完成實驗電路圖的搭建，通過虛擬仿真與實踐操作相結合形式，利用Multisim等仿真軟件實現(xiàn)功能電路的仿真設計，學生依據(jù)該電路設計，選擇相應電子元器件，經(jīng)過焊接、調(diào)試、試驗等步驟制作出相應實物，測量完成相應的數(shù)據(jù)。2.3構建相對客觀公正的學生成績評價體系我校的電類實驗考核主要包含實驗過程考核、課堂表現(xiàn)、實驗報告等幾部分組成，這種考核模式無法客觀公正的得到學生的成績。通過完善考核模式，增加平時成績的占比，實時調(diào)整各部分占比，優(yōu)化最終成績。平時成績比例調(diào)整為60%，由課程參與度、線上學情況、仿真、實驗報告構成，其中課程參與度包括課堂互動和課下輔導答疑綜合表現(xiàn)，而課堂互動主要指課上答題的速度和正確性、實驗案例分析互動的積極性等。另外，鼓勵一部分學生通過實驗室開放提前完成實驗，課堂上參與實驗課堂輔導，并計入平時成績。對實驗室進行開放，學生可和實驗中心進行預約進行提前預做實驗或課后復習實驗，通過此模式可提高學生對實驗內(nèi)容的掌握，同時適當?shù)慕o予這些同學平時成績加分。期末考試占總成績的40%，有實驗理論筆試和現(xiàn)場實做考試組成，理論考試注重回歸實驗本質(zhì)，現(xiàn)場實做的題目是通過對已做的實驗進行實驗參數(shù)的改變，完成相應的實驗。2.4完善教師隊伍針對現(xiàn)有的實驗教學師資隊伍不足的情況，可通過積極引導和激勵高水平教師加入實驗教學過程中，同時應用導師制由高職稱的實驗師定向培養(yǎng)青年教師的模式，使得青年教師能夠快速成長。在此基礎之上，可通過遴選德才兼?zhèn)?、忠愛實驗室工作的教師到實驗中心進行工作，學院也可通過招聘部分專業(yè)人員加入到實驗教師隊伍，通過多舉措打通實驗教學和理論教學的通道，構建出結構合理、年齡構建合理、職稱合理積極創(chuàng)新的實驗教學隊伍。同時實驗中心也要招聘專職實驗教師，通過培養(yǎng)建立一支專業(yè)的實驗師隊伍。3、結束語通過線上線下混合式的教學模式，將學生從被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)闉橹鲃訉W，提高學生對理論知識的探索，有效提高電類實驗課程與創(chuàng)新能力的教學效果，可為深化高校其他專業(yè)課程與創(chuàng)新課程的教學改革，培養(yǎng)應用型和創(chuàng)新型高素質(zhì)技術技能人才提供思路和方案。通過對實驗教