引入云平臺理念的電子技術實驗教學改革與實踐

胡李亞洲 王曉軍 馬銳軍 洪曄 歐陽劍

摘?要：隨著教育信息化進程飛快推進，傳統的電子技術實驗教學存在教學模式傳統、教學設備滯后、教學環境固化等弊端。為切實適應新形勢新背景，本文將云平臺理念與電子技術實驗教學相結合，構建以雙線型的實踐教學模式為導向、以多層次的實踐教學內容為核心、以學生個性化發展為目標的新型課程體系。該教學模式在高校實驗教學中已經得到了應用，取得了良好的教學效果，充分培養了學生獨立自主的工程實踐能力。

關鍵詞：電子技術實驗;云平臺模式;實踐能力

電子技術實驗是高等院校工科電子類專業重要的基礎課程，與電路分析、模擬電子技術、數字電子技術和電工電子技術等電子類理論課程相呼應，旨在提升學生實踐水平和動手能力[1]。但隨著現代電子信息技術的高速發展，傳統的教學模式逐漸落后于新信息時代的步伐，難以滿足教學改革發展的要求，特別是在實驗課程教學方面，如何打破實踐課堂的時間限制和固定場所的約束，讓學生擁有更自由的學習方式、掌握更豐富的專業知識、了解更先進的技術內容，顯得尤為重要。為更好地適應現代化教學場景、拓展學生學習知識渠道，培養學生實踐能力，提升學生創新水平，本文將教學云平臺理念引入電子技術實驗教學中，通過構建實驗教學云平臺服務，圍繞“線上+線下”雙線教學思路，來促進學生的全面提升。

1?目前電子技術實驗教學中存在的主要問題

1.1?實驗教學模式傳統

隨著現代電子信息技術飛速發展，不斷涌現出先進的技術和嶄新的知識，加速推動著電子技術專業理論的改革進程。在教學內容方面，目前多數高校所開設的實驗課程內容主要圍繞基礎驗證型實驗來展開，著重基礎理論知識的教學，而設計型實驗受到硬件條件滯后、課程時間有限及場地不足等因素影響，難以得到有效規劃開展[2]。在課程設置方面，基礎驗證型實驗過度依賴線下實驗場地，學生在有限的課時內完成實驗項目，即使能夠吸收當堂課程內容知識，鞏固往前實驗項目也是具備一定難度。此外，不同實驗項目之間聯系甚少，難以形成系統且完整的知識體系。長此以往，學生獲得知識深度和廣度極度匱乏，動手能力和創新能力無法得到有效鍛煉和提升。這種傳統的實驗課程教學模式不利于深度培養學生的實踐能力，難以滿足企業對高校輸出人才的創新性及能動性要求。

1.2?實驗教學設備滯后

電子信息技術的發展離不開硬件設備的支持。一方面，隨著課程開設年限增長，多數高校的電子技術教學設備出現老化、損毀等現象，且由于實驗室建設經費有限，在硬件設備投入上遠遠不夠，基本上常年不更新老舊設備，對教學質量和教學進度造成了較大影響。另一方面，隨著電子信息技術領域迅猛發展，電子儀器設備更新換代速度逐漸加快，儀器精度和數字化程度逐漸提升，實驗硬件設備如不能及時響應先進技術的更新，將會使得實驗手段和實驗技術遠遠落后，學生只能使用陳舊的元器件、滯后的設備、匱乏的芯片參與到實驗課程學習中來，難以掌握到現代最先進的電子技術實踐技能，在走向工作崗位之際，難以達到社會發展需要和適應新技術的要求[3]。

1.3?實驗教學環境固定

目前，多數高校的電子技術實驗普遍采取線下教學方式，存在較大局限性。學生完成實驗項目的時間有限，經常提出加時長來繼續探究實驗拓展課題，但實驗場地無法支持，不利于培養學生動手能力和探索精神;實驗儀器設備數量有限，學生做實驗時，根據實驗指導書多人一組按部就班地進行連線，記錄實驗結果，大部分學生參與感較弱，存在實驗報告和實驗結果相互抄襲的現象。此外在疫情大背景下，大多數高校采用Multisim等仿真軟件進行線上教學，由于此類仿真軟件高度模擬了電子儀器設備和元器件的特性，只要實驗電路圖連接完整，學生都能獲得比較精準的實驗結果，但此方式仍存在一些問題，如學生無法直觀掌握電子儀器設備組成與結構且極少遇到實驗操作困惑，不利于培養學生獨立思考、發現問題和解決問題的能力，學生對于實驗課程的主動性和創造性難以得到充分挖掘和發揮。因此，亟待需要一種靈活的實驗教學云平臺以推動教學實踐體制改革[4]。

2?基于云平臺模式的課程教學基本內容

2.1?含義

教學云平臺作為一種教育信息化與云技術融合的產物，為教育教學提供了新的信息化解決方案[5]。基于云平臺模式的課堂教學主張以學生為中心，充分整合和利用現有的實驗教學資源和實驗硬件資源，建立線上線下混合式的教學模式。一方面，學生不僅能夠在課堂內學習正確規范的實驗操作方法、完成實驗課程所要求的實驗內容，充分調動動手的積極性，滿足基本的實踐需求;另一方面，隨著云實驗平臺的引入，學生能夠在任何場所任何時間預習安排的實驗項目、完成規定的實驗課程內容、進行課外的創新性拓展實驗。通過搭建電子技術實驗的云實驗平臺課程知識體系架構，充分發揮學生的主觀性和能動性，提升學生的創新思維與動手能力，培養學生的科研興趣與鉆研精神，在延伸的課外時間下讓學生自主享受理論認識與知識構建的過程。

2.2?優勢

2.2.1?實現教學管理的集中化、高效化、統一化

在引入教學云平臺模式的課程教育教學中，以線下常規的實驗項目為主體、線上開放式的教學環境為輔助，形成多樣化的線上線下互通學習體系。所有教學資源、教學設備等集中存儲于教學云平臺上，便于學生隨時獲取學習資源，做好課程知識儲備或復習，且平臺能夠保存所有操作記錄，利于實驗課程教學的集中統計與管理。此外，這種教學模式著重加強學生在實驗課程教學中的主導地位，促進學生自主學習、自由探討、深度協作，以云平臺為載體實現任何時間任何空間的在線學習，極大地提高了實驗教學管理的高效性與協同性。教學云平臺采用統一化的實驗資料，進行教學資料的統一編排，支持遠程教學或跨地域協同教學場景下實驗資料的高度一致，其中包括實驗手冊、實驗成果及實驗報告的基本內容和基本格式、增強不同地域學生之間的知識交流與協作，助于學生構建一套自己的知識框架體系。

2.2.2?提升教學模式的便捷性、協同性、創新性

在引入教學云平臺模式的課程教育教學中，通過學校的內外網，從任何地方任何時間通過終端設備都能對實驗室實驗儀器進行訪問，本地安裝云終端軟件，無需高端軟硬件配置，既可以打開、查看、保存任何實驗指導文檔，進行實驗仿真的操作，也支持在線導入實驗數據，進行實驗報告的撰寫，學生能夠便捷地操作實驗內容、有效提升學習效率。在異地協同辦學場景下，云平臺能夠整合實驗資源，以互聯網為載體實現不受地點時間約束的在線學習，從而實現跨地域協同教學。此外，云平臺提供讓學生參與工程項目設計、實現和運行的場所，激發學生的創新思維，擴展學生的實踐空間，達到培養工科專業學生電子技術創新與實踐能力的目的。

3?基于云平臺模式的課程體系設計思路

3.1?云平臺模式的課程教學功能

3.1.1?課程資源上云

課程資源云旨在為教學活動提供教育資源，該教育資源包括教學課件、實驗視頻，實驗軟件等。在備課階段，任課教師需要制訂詳細教學計劃，明確教學內容與教學目標，注重重點知識與難點知識講解。在完善教學課件過程中，引入先進教學工具與方法，制作實驗操作教學視頻，安裝計算機軟件手冊，以此來輔助直觀教學。教學云平臺支持同步記錄整個過程，從備課到開課，系統自動保存信息及其發生時刻，支持相關教學資源上傳與共享，便于教師后期觀看、反思、提升教學能力，益于學生課前預習實驗項目、反復學習課程內容、充分吸收專業知識。

3.1.2?課程設備上云

課程設備云旨在為教學活動提供設備資源，電子技術實驗教學依賴于線下設備，如示波器、信號發生器、顯示器、電子元器件等。在線下實驗室，按照實驗組別組裝成套的示波器、信號發生器等儀器，裝配集成電子元器件實驗板。教學云平臺實體服務器通過實體線路與線下實驗室儀器設備相連接，實現線下儀器設備的線上化、可視化，支持手動刷新設備狀態及數量，學生可以在任何場所任何時間登錄教學云平臺使用線上的實體設備。由于設備是實際存在的，學生在實驗過程中存在實驗誤差，且儀器操作界面與實體設備無異，可掌握實驗設備的使用，利于學生課后延伸拓展實驗內容、開發創新型實驗項目，有助于提高學生創新能力和動手能力。

3.1.3?課程成果上云

課程成果云旨在為教學活動提供學期成果資源，實驗課程會依照日常考勤、實驗報告等綜合表現給分。一方面，教學云平臺記錄學生登錄情況及學習進度情況，便于保存課程考勤信息;一方面，教學云平臺在課程中設置實驗報告在線編輯與提交功能，免去收取紙質實驗報告或者電子版實驗報告的煩瑣和冗雜;此外，教學云平臺提供師生交流平臺，教師針對學生疑惑知識進行詳細解答，學生對于教師的授課內容、授課方式做出實際評價，利于增進師生交流溝通，營造良好學習氛圍。

3.1.4?云終端

云終端主要為教師、學生等儀器使用者提供實驗教學云桌面操作及顯示等使用的計算機軟件，支持筆記本電腦、臺式機、平板電腦等安裝云桌面客戶端軟件，實現云終端的構建，達到對實驗室儀器設備的云使用。

3.2?云平臺模式的課程教學應用

基于云平臺模式的課堂教學核心思想是建立線上線下混合式的教學模式，形成多樣化的線上線下互通學習體系。學生剛接觸電子技術實驗課程時，大部分對實驗設備和實驗儀器十分陌生，因此實驗課程建設應當以認知型線下實驗項目的開設為主，掌握常用儀器儀表的使用方法，使得學生更好地掌握基礎電子技術知識和動手能力。在面對面授課過程中，通過教師的實驗原理講解、正確規范的實驗操作演示，學生獨立完成實驗內容并記錄實驗現象和實驗數據，主動進行深入思考和實驗總結，充分調動了學生動手的積極性。在奠定扎實的基礎實驗技能之余，將云平臺引入課堂進行輔助教學，以下是基于云平臺模式的課堂輔助教學應用場景。

3.2.1?學校公共的大電類基礎課程的實驗教學

在大電類公共基礎課程教學中，教師或者實驗室管理員首先搭建實驗課程所需要的儀器與元器件，并將這些器件與云平臺服務器建立起物理連接，進而整合成云上資源。然后根據公共課程的教師和學生賬號進行排課授權，教師登錄云平臺桌面軟件后可設計實驗教學內容，學生登錄云平臺桌面軟件后可按照課程要求完成實驗內容并在線提交實驗報告。

3.2.2?學校電子技術類專業的實驗教學

在電子技術類專業課程教學中，搭建操作系統對應的云平臺桌面軟件，整合仿真軟件、電路原理圖設計、制作電路板等實驗工具資源，學生運用已學知識對所設計的電路進行焊接，連接至云平臺服務器，進行上云調試。根據不同專業課程要求和安排對教師和學生賬號進行排課授權，教師登錄云平臺桌面軟件后可設計個性化的實驗教學內容，學生登錄進入界面后按照相應拓展性要求完成個人化實驗內容。

3.2.3?完成課程設計、畢業設計及其他各類科研活動

在各類科研活動中，支持學生自主構建所需要的實驗環境，在線下完成實驗電路的設計、實驗模塊的焊接、模塊功能的調試。教師和學生在任何終端設備、任何地點、任何時間可登錄進入云平臺軟件界面進行各類教學和科研活動，學生完成相應的學習任務和科研任務，教師能夠隨時查看進度和驗收成果。

結語

本文通過引入云平臺技術理念來進行電子技術實驗的教學改革與實踐，筑建扎實線下教學質量的同時，實現實驗教學資源的上云整合，優化了教學內容，豐富了教學方式，打破了傳統教學條件約束，促進了學生的自主學習和創新實踐。當然，教師仍需要緊隨科技發展的步伐，不斷探索嶄新的實驗教學模式，讓學生行走在新知識、新技術的科技前沿。

參考文獻：

[1]徐國峰，陸欣云，宋衛菊，等.基于CDIO理念下“電工學”教學改革的研究與實踐[J].教育教學論壇，2016，000（007）：99100.

[2]葛磊，吳建軍.高校云平臺建設的研究與探索[J].軟件工程，2016，019（001）：5052.

[3]馬銳軍，向丹，趙先美，等.引入CDIO工程理念的電子技術實驗教學創新與實踐[J].北京工業職業技術學院學報，2018，17（04）：102105.

[4]李桂香，彭紅梅，張滬寅，等.軟件綜合實驗室教學云平臺的研究與應用[J].創新教育研究，2017，5（3）：8.

[5]匡哲君，周東岱.云平臺的遠程教學互動設計與研究[J].現代教育技術，2017（10）：8894.

基金項目：廣州市工業機器人智能驅控技術及部件重點實驗室項目（201805010001）;廣東省科技計劃項目（2016?B090927009）;廣東省科技計劃項目（2016B090927002）

*通訊作者：胡李亞洲（1994—?），女，土家族，湖南張家界人，碩士，助理實驗師，研究方向：光通信系統與網絡技術。

作者簡介：王曉軍（1965—?），男，漢族，江西安福人，碩士，教授，研究方向：機械一體化控制;馬銳軍（1991—?），男，漢族，廣東揭陽人，博士，實驗師，研究方向：嵌入式系統設計、無線通信和計算機控制;洪曄（1989—?），女，漢族，廣東揭陽人，博士，校聘副教授，研究方向：鋰離子電池及固態電池的設計開發;歐陽劍（1983—?），男，漢族，湖南隆回人，博士，高級工程師，研究方向：機電一體化系統。