電工電子實驗翻轉課堂實踐

（重慶郵電大學光電工程學院 重慶 400065）

傳統(tǒng)的實驗教學中，老師是整個教學過程的中心。教學的主要特點是以課堂教學為重心，老師先泛泛講授及演示，學生依葫蘆畫瓢，如此這般短短的兩個小時左右的時間，學生缺失消化理解的環(huán)節(jié)，只是被動應付；同時，受制于短短的課堂學時，大多數實驗內容只能是對課堂理論的簡單驗證，這使得實驗課程僅僅是理論課的簡單補充和附屬，完全不能體現出實驗課對工科學生專業(yè)技能培養(yǎng)的重要作用。

翻轉課堂是有別于傳統(tǒng)教學以老師為中心的新的教學模式。它強調以學生為中心，將課堂盡量交還給學生，學生變被動為主動，學習的積極性能夠得到充分調動。學生的主動學習，恰好是實驗教學中非常重要的一點。

2019年伊始，本教學部門面向通信學院IT精英班、通信專業(yè)和計算機學院計算機等專業(yè)分別開展了電工電子實驗翻轉課堂試驗，實驗課程主要涉及模擬電子電路實驗和數字電路與邏輯設計實驗兩門課程。本文以模擬電子電路實驗為例，總結翻轉課堂的具體實踐過程和結果。

1 實驗內容的梳理和內容體系的重構

在模塊化和項目化實驗教學思路的啟示下，課程組對模擬電子電路理論進行了廣泛且深入的討論，對課程的核心內容進行了細致的梳理，確定了課程涉及的主要電子器件、電路結構和思想，并在此基礎上制定了各個電路模塊的內容。模塊分為兩個層級，四個模塊、八個實驗電路，每個模塊對應兩個電路。底層為支撐電路模塊，頂層為系統(tǒng)實驗模塊。這樣的從模塊電路到系統(tǒng)電路的內容體系，是符合“從底層到頂層”的電路設計思想的，也能夠向學生們清晰展現出如何將學習到的理論知識運用到電路設計中，拉近了理論到實際的距離（見圖1）。

內容上，這些模塊電路能夠覆蓋課程的主要知識點，但也包括一些課本理論上忽略卻影響實際應用的工程知識，比如：運放的壓擺率對電路的信號的影響，共集電路大信號的負半周失真問題及解決方案等。這使得實驗內容不僅僅能加深對理論知識的理解，也能更接近工程實際。

八個實驗電路中，除了實驗一是研究型，其它全是設計型和綜合型實驗。課程能夠得以順利實施，是因為翻轉課堂強調預習的重要性，否則電路的課前預設計也只能流于形式。

2 課程資源的建立

有了內容體系的建立，課堂翻轉還需要建設完善的課程資源來支撐。主要包括實驗講義、實驗預習單和課堂數據記錄表以及軟硬件視頻。

2.1 實驗講義

根據實驗內容體系編制電子版的實驗指導書并提前上傳教學群以供學生打印查看。為滿足課堂翻轉的要求，減輕學生的負擔，針對設計型實驗的教學要求，在深入學習國內外電子電路教學先進經驗的基礎上，對實驗講義進行了深度的全新編寫，一方面繞開了理論書中較為晦澀的公式推導，引入了國外成熟教材的經典理論模型，比如：在共射電路中引入Ebers-Moll模型，使得放大倍數的推導變得更為直觀簡單；另一方面重新編排了實驗順序，比如：因為，運算放大器設計和應用簡單，實驗并不需要知道器件內部的電路結構，只需要清楚外部特性即可，所以把運算放大器實驗內容提前。這樣，學生在預習的過程中，可以脫離理論教材的束縛，能夠更加容易的自學實驗內容，甚至于能夠在相關理論知識學習前即可介入實驗，這對培養(yǎng)學生獨立自主的學習能力的是大有裨益的，也體現了翻轉課堂以學生為主的特點。

2.2 實驗預習單和數據記錄表

實驗預習是翻轉課堂的重要特點。預習任務以預習單的形式提前發(fā)放給學生。任務主要包括電路的設計、計算、電路軟件仿真測量和硬件電路的預搭。因為電路的設計較難，所以還制作了部分電路的設計范例文件以供同學們參考；因為在進入課程之前，學生不掌握任何電路仿真軟件，仿真對于同學們來說也不輕松，所以，又制作了Multisim仿真軟件的使用指南，包括如何構建電路，如何通過虛擬儀器儀表或者各項分析方法來測量和分析各個電路參數；另外要求學生將設計好的電路先搭好，這樣，課堂上有比較充分的時間完成電路測量并思考和討論各種實驗電路現象，深入理解電路原理。

課堂數據記錄表用于記錄各個測量實驗參數。每個實驗均包括電路各個參數的設計和計算、軟件仿真測量和硬件電路測量，并比較它們的差異和解釋其差異原因。這個是符合現代電路設計制作流程的，而且也加深了學生對電路“從虛到實”的認識和理解。

2.3 軟硬件視頻

圖1：實驗內容的層級體系

圖2：模電實驗教學模式

為了幫助學生課前和課中自主學習，制作了各類軟硬件視頻。軟件視頻主要是上面提到的Multisim仿真軟件的使用指南，用于學生的實驗仿真預習；硬件視頻主要服務于學生的課堂實驗，涉及廣泛，主要有：（1）實驗室常用儀器儀表的使用方法與技巧。儀器儀表的使用是電子電路實驗課程所必須訓練和掌握的基本技能，也是一個難點，尤其是示波器的使用。為了幫助學生自學并掌握示波器，將示波器的使用分解并錄制成4個微視頻，每個視頻主要包括一個知識點：包括示波器垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、觸發(fā)系統(tǒng)以及示波器的使用方法和技巧，這些視頻片段串起來就構成一個相對完整的學習資料；（2）話筒和揚聲器的焊接方法。話筒和揚聲器沒有引腳，焊接后，才能在面包板上搭接電路；（3）各個實驗的主要操作步驟和技巧。模擬電路實驗難度大，測試參數多。如果在課堂開始的時間集中講解，耗時長，而且學生也記不住。所以通過微視頻的方式把各個知識點分解，學生邊做邊看，自主學習，節(jié)省時間，提高效率，效果也好。

3 實驗教學模式的調整

總結現有教學方式，基于翻轉課堂強調學生自主學習的要求，調整實驗教學模式，如圖2所示。

課前一周左右發(fā)布實驗任務，學生參考實驗講義等相關教學資料自主學習，并在老師的引導下完成電路計算、設計、電路預搭等并填寫預習單并提交結果。老師檢查預習結果并反饋。這樣，預習效果能夠得到保證。有了課前充分的預習，課堂中教師轉變實驗的泛泛講解為實驗關鍵點的講解、引導甚至于老師和學生、學生與學生的討論互動，這樣大大地增加學生在整個實驗學習環(huán)節(jié)的主動性和參與度，從圖2的教學模式可看出，學生參與到的環(huán)節(jié)為6/8，達到75%的深度參與，這體現了翻轉課堂的主要宗旨，即把學習的決定權從教師轉移給學生。

針對新的教學模式，構建了貫穿實驗課前、課中和課后各個環(huán)節(jié)的詳細評價體系。課前的預習、課中的實驗操作技能和課后的數據整理和報告編寫均設置后考核指標點，而且針對預習不好有效監(jiān)督的問題，在課堂上會隨機的出問題考核學生并計入成績，防止學生隨便抄襲預習數據以應付檢查，督促學生自覺地誠實地學習。

4 結論

通過與學生交流，多數學生肯定了課堂翻轉的收獲。有學生表示實驗課程加深了對理論知識的理解，甚至有些理論課上沒明白的知識，也通過實驗理解了。另外，因為課前花了不少時間預習，課中實驗時間能夠充分保證，實驗能力明顯增強。

對于老師來講，需要在課外制作更全面的教學資料建設，課前需要花較多時間對學生預習中的問題答疑。在課堂中，老師從普通的知識傳授變?yōu)閭€性化教育和引導，這樣，可以使學生的能力得到個性化的發(fā)展。

總的來說，翻轉課堂在模擬電子電路實驗的實踐取得了預期的效果，同時對后續(xù)教學改革，包括其它課程諸如數字電子電路實驗、電路分析實驗等提供寶貴的經驗，能夠促進各門實驗教學質量的提升。