后疫情時代《電工與電子技術實驗》線上教學的研究與實踐

張雪輝，李華，黎霞

（河北工業大學 電氣工程學院，天津 300401）

《電工與電子技術》是高等學校非電類專業本科生的必修基礎課，是學生系統學習電工技術與電子技術理論的課程，具有基礎性、應用性和實踐性特點。而《電工與電子技術實驗》是配合該理論課開設的一門基礎實驗課程，使電工學理論知識與實踐緊密結合。電工實驗可幫助學生更好地理解電工與電子技術的理論知識，了解常用電工電子元件、設備與儀器的應用，并引導學生對電路進行建模、分析、設計與仿真，增強學生的工程意識，提高學生動手能力。

后疫情時代便線上授課常態化。新冠肺炎疫情期間的教學，遠不止于屏幕；尤其對于實踐教學，更是面臨嚴峻的考驗。哈爾濱工業大學[1]和東南大學[2]電工與電子教學中心針對疫情進行了混合式實驗教學和遠程在線實踐的研究。我校電工與電子教學中心教師集思廣益，深挖資源，巧借工具，不斷優化電工學實驗教學模式[3～5]。

1 信息化工具助力線上教學

雨課堂是由清華大學在線教育辦公室組織研發的智慧教學工具，將教學工具巧妙融入PowerPoint 與微信，方便師生利用信息技術手段有效開展線上、線下授課與學習[6]。清華大學[7]、華北電力大學[8]及我校[9]等眾多高校的多門課程已采用雨課堂線上線下混合式教學。課前，將豐富的預習資源（文字、圖片、語音和視頻）輕松插入PPT，立即或預約發布到學生的手機端。課上，學生掃碼進入課堂，課件即可在學生手機端同步顯示并保留，便于課下復習；教師講完一部分內容即可借助雨課堂發送嵌入PPT 的習題，學生邊聽邊練；互動彈幕、投稿、隨機點名，增強了課堂的互動性。全面的作業題型，包括主客觀題、投票，附件作答、拍照上傳、語音回復等，滿足學生不同要求。雨課堂新試卷，題目和選擇題選項順序均可打亂，立即或預約發布，教師定期測試，督促學生及時進行階段復習。作業和測試題目均可附解析，幫助學生理解、改錯。雨課堂記錄一學期課程課前-課堂-課后的全程數據，便于教師隨時通過數據分析，不斷發現問題、改進教學，促進學生掌握知識。

騰訊會議是由騰訊公司提供的便捷易用、高清流暢、安全可靠的云視頻會議服務，支持通過手機、電腦參加各種會議，可實時屏幕共享、語音、視頻通話，且支持本地或云錄像，已廣泛應用于企業以及政務、金融、教育、醫療等領域，并解鎖云簽約、云招商、云招聘、云課堂、云培訓等場景[10]。

Multisim 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows 為基礎的仿真工具，它包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力[11]。直流電路、交流電路、模擬和數字電路均可仿真運行。軟件中有萬用表、示波器、邏輯分析儀等多種虛擬儀器儀表，既可測量數據，又可觀察波形，且儀表數目不受限制。解決了實驗室空間、時間和儀器數目、種類有限的問題，學生課下可小組討論，盡情享受電路仿真的樂趣，進一步理解課堂理論知識，提高探究能力。將Multisim 仿真軟件融于電工與電子技術理論和實驗課程教學，有利于學生加深對電路的理解和儀器設備的使用[12～14]。

2 線上電工學實驗課程開展的方式

為了幫助學生更好地理解電路的工作原理，教師在理論授課中利用Multisim 仿真軟件在課上實時仿真，學生對軟件的功能及使用有了初步了解，同時激發了學生的學習興趣，便于線上實驗課程的開展。

下面以電工實驗——戴維寧定理的驗證為例，具體介紹線上實驗教學的實施過程。

2.1 雨課堂發布實驗預習

預習內容包括本次實驗的目的、原理、設備和步驟，結合實驗室設備照片語音講解。后面有6 道測試題目，包括客觀題和主觀題，考核學生對相關實驗設備使用和理論知識的掌握情況，如電位器的三個端子如何連接、用理論計算實驗電路的開路電壓和等效電阻等，為實驗的進行做好準備。

圖1 雨課堂發布預習課件部分截圖

2.2 雨課堂發布Multisim 仿真任務

學生完成預習后，教師通過雨課堂發布仿真任務。學生兩人一組，利用Multisim 仿真軟件繪制電路圖，并按照實驗步驟仿真、填寫表格，回答問題，雨課堂提交。圖2為教師利用雨課堂發布的仿真任務，圖3為學生通過雨課堂提交的仿真電路。

圖2 雨課堂發布的仿真任務

圖3 學生提交的仿真電路

2.3 教師批注

教師利用平板或電腦+手寫板對學生提交的仿真結果進行批注、打分。

圖4 教師批改仿真作業

2.4 翻轉課堂

借助騰訊會議，學生分組共享屏幕，實時演示并講解仿真過程，其間不乏師生討論仿真中出現的問題。針對學生反映元器件不好找的情況，教師為學生演示了元件庫的分類、常用元器件和儀器儀表的位置和參數設置，并強調了電路圖繪制的規則，如每個電路都需要接地、導線盡量畫規整等。

最后，教師對本次實驗進行總結。利用雨課堂隨機點名提問實際實驗中負載阻值為零和無窮大應該如何處理，等效電路如何連接等。針對學生預習計算實驗電路開路電壓和等效電阻存在的問題進行講解等。

圖5 翻轉課堂，教師總結

3 結語

課題組針對目前疫情難以順利開展線下實驗的情況，最大限度地挖掘有利于學生掌握實驗設備和實驗原理的信息化教學工具、教學方法。利用雨課堂推送實驗預習、仿真任務，并組織利用騰訊會議翻轉課堂，讓學生實時顯示并講解仿真過程，師生共同參與討論。屏幕分享討論和批改仿真作業時，教師利用手寫板進行書寫和批注。實驗過程中，師生用QQ 不間斷交流。騰訊會議視頻可回放，雨課堂教學資料可隨時翻看。整個實驗下來，學生理解了電路的工作原理，掌握了儀器設備和仿真軟件的使用，同時，分析問題、解決問題的能力，語言講解能力和團結協作能力均有所提升。