一流課程模擬電子技術的建設與實踐

蘇士美，樊好義

（鄭州大學，河南 鄭州 450001）

一、背景

隨著信息技術的發展，互聯網教育給傳統教育行業帶來極大影響，大規模在線開放課程MOOC（Massive Open Online Courses，中文簡稱“慕課”）的發展是21 世紀最顯著的變革。MOOC 是一種新的互聯網教學模式，2008 年由加拿大學者戴夫·科米爾和布萊恩·亞歷山大提出，這一教學模式2013 年在我國開始啟動并迅速得到發展。至此，線上MOOC 學習進入人們的視野，它改變了傳統教學模式中學生只能從書本、課堂獲取知識的方式，使得學生的學習在時間和空間上都有了更大的自由度。互聯網技術和資源也促使教師對傳統的教學模式進行變革。但慕課的低完成率及高流失率均對慕課的可持續發展提出了挑戰，無論是國內還是國外，均把基于慕課資源的混合式教學看為慕課在高等教育領域的突破口。英國學者Thorne 認為混合式學習是將在線學習與更多的傳統學習和開發方法混合起來；李克東教授認為混合學習是把面對面的課堂學習和在線學習兩種方式有機整合起來，針對不同的問題及要求，采用不同的方式來解決問題，教學上采用不同的媒體與信息傳遞方式進行學習。可見，基于MOOC 資源的混合式教學獲得了大多數教師和學習者的認可。2019 年教育部印發《關于一流本科課程建設的實施意見》中明確了對廣大教師基于慕課開展混合式教學政策層面的推動和支持，使得混合式教學在國內得到了長足的發展。

模擬電子技術課程是自動化類、電子信息類、電氣工程類等傳統專業的核心基礎課程，也是許多熱門“新工科”專業，如醫工交叉類、人工智能類、大數據類、智能科學與技術類等學科的核心基礎課程；其在專業課程體系中起承前啟后的作用。課程自成體系，具有很強的理論性、實踐性和工程應用特性，長期以來存在的問題是課時少，課程難度大，理論與實踐脫節，課程不及格率高等。針對存在的問題，課程設計中“以學生為中心”，采取優化課程內容的方法，構建理論、實踐、仿真與應用交互融合的一體化課程資源，采用線上線下混合的教學模式，教學實踐中體現老師的主導性、學生的主體性，加強過程考核，融入課程思政元素，激發學生學習的主動性、積極性，為學生提供多元化、個性化的學習環境，從而提高教學效果，達到知識、能力、素質綜合培養的目標。

伴隨著互聯網教育的共識，該課程獲得了長足發展。該課程于2015 年獲得學校首批MOOC 建設立項，2017 年在超星泛雅教育教學平臺上線試運行，2018 年春季開始正式投入使用，至今，已經上線運行四年多的時間，完整使用5 個學期，線上累計瀏覽量超過500 萬；2019年該課程獲得省在線精品課程立項建設，2020 年在中國大學MOOC 平臺面向社會學習者開放，至今已經開課5期；2020 年該課程獲得首批國家級線上線下混合式一流本科課程的認定。本文將對一流課程模擬電子技術的資源建設、混合式教學模式設計、課程設計、課程考核評價體系、教學實踐、資源共享、教學效果等進行分析總結。

二、課程資源建設

課程針對傳統的理論與實驗分割、先學理論再做實驗的情況，對課程內容進行優化整合，把實驗仿真與課程理論深度融合，按照半導體二極管及其基本電路、EDA 仿真應用、三極管及放大電路基礎、實驗操作、場效應管放大電路、模擬集成電路、反饋放大電路、功率放大電路、運算放大器、信號的處理及產生電路、直流穩壓電源電路等模塊劃分，知識點、實驗仿真碎片化，創建了53 個相應的微視頻，12 個例題、8 個實踐仿真、6 個實驗操作等視頻資源，并建有包含各類題型的近千題的題庫，單元測試、主題討論等非視頻資源，形成了理論、實踐、仿真、應用一體化的教學資源，如圖1 所示。課程資源豐富，能滿足學習者個性化、多元化的學習需求。如圖2 所示為超星泛雅平臺第5 期課程資源截圖，其中包含了一些課堂實錄和課程公告等。

圖1 一體化的課程資源

圖2 超星泛雅平臺第5 期課程資源截圖

三、課程教學設計

（一）混合式教學設計

傳統的課堂教學模式是一種老師課堂灌輸、學生被動接受的單向教學。整個教學過程以老師為中心，以講授課程內容為中心，老師一般在講臺上完成教學任務，整個過程忽視學生自主學習能力的培養以及學生的主體性和創造性，客觀限制了學生潛能的充分發揮，課程評價單純以期末一張試卷成績來確定，沒有結合過程評價，造成學生學習的積極主動性不夠，學習興趣不高，期末突擊復習考試，知識掌握不牢，掛科率較高。

“線上”和“線下”混合式教學不是簡單的線上教學和傳統課堂教學的疊加，而是兼顧個性化學習、多種教學策略深層次交互融合的混合式教學模式，如混合多種教學手段、教學資源、學習活動、學習環境、課程思政、評價方式等；教學過程中既要發揮教師的主導性，更要以學生為中心充分體現學生的主體性，增加課程的研究性、創新性、綜合性內容，加大學生投入，對學生有效科學“增負”，融合知識、能力和素質，培養學生主動學習、主動思考，解決復雜問題的綜合能力，提高教學質量和效果；混合式教學的實施需要有完善的網絡環境、規范的教學平臺、豐富的課程資源和具有技能的主導老師及態度積極的學生來作為支撐。

借助超星學習通信息化的教學平臺，依托一體化的課程資源，把課程教學設計分為課前、課中、課后三個環節，課后亦可稱為課前，課前亦可作為課后，交叉融合，形成閉環的學習模式，如圖3 所示。課前，老師在線發放學習任務及要求，積極引導學生進行探究式與個性化的學習，學生在線自主預習、學習相關視頻課件等資源，在線自主檢測，發現問題，記錄重難點，根據自身的情況對問題探究，進行知識擴展，準備展示的PPT，隨時在線與老師或與同學進行問題交流討論；課中，學生自主知識點分享、PPT 展示，老師根據學生的學習情況答疑解惑，進行重難點授課，對知識點歸納總結，組織討論仿真，邊學邊做，隨堂測試，布置課后作業等；課后，學生在線提交互評作業，復習鞏固，問題討論，電路仿真，知識拓展，老師在線檢查作業，查看問題回復，根據學生的反饋在線答疑，總結教學經驗，不斷改進教學方法。

圖3 “模擬電子技術”線上線下混合式教學模式設計

（二）理論與實踐交互融合教學設計

課程設計中打破傳統的“先學理論后做實驗”的教學順序，以問題為導向，深度融合理論與實踐環節，實現“學”中有“做”，“做”中有“學”，從而促進課程內容的理解。如信號放大的原理、靜態工作點Q 的設置，學生不易理解，如果結合實驗仿真，可以通過調參數、看波形、測性能，使學生更直觀地理解放大的過程、Q 點設置的重要性以及電路參數對Q 所產生的影響。如圖4 所示為理論與實踐交互融合示例。

圖4 單管放大電路理論與實踐交互融合示例

（三）課程綜合考核方式

課程采用線上過程考核（35%～50%）和線下期末考試（65%～50%）綜合的課程考核評價模式。將線上課程參與度、隨堂考試、作業互評、課堂活動、主題討論、資源學習、考勤等納入過程考核指標，同時把課程思政、課堂展示等不易量化的環節作為特殊激勵環節納入過程考核，充分調動學生主動學習、主動思維、主動展示的積極性，提升學生的綜合素質及綜合能力，使課程考核評價更加公平、公正、合理。如圖5 所示是課程線上線下綜合考核評價模式。

圖5 課程綜合考核評價模式

四、教學實踐

（一）教學實施環境

模擬電子技術課程混合式教學借助超星泛雅教學平臺實施，至今已經實施四年，完整使用了五個學期，線上累計瀏覽量超過500 萬，學生每期學習人數400 多人，累計選課人數2 243 人。鄭州大學電氣工程學院模擬電子技術課程在超星泛雅平臺五個學期的統計數據見表1。

表1 模擬電子技術課程在超星泛雅平臺五個學期的統計數據

（二）教學實施案例

教學過程中，老師每次課前會根據教學內容，在超星泛雅教學平臺以通知的形式，發布學習任務、重難點、教學要求、主題討論、實驗仿真等內容，并線上提供學習引導及答疑。課堂45 分鐘教學實施樣例設計見表2。表中針對功率放大模塊以“功率放大的一般問題及OCL乙類互補對稱功率放大電路”為例，從課堂教學內容、教學目標、重難點、課時安排到課前、課中、課后實施的流程做了細致的設計，體現了問題引導，線上線下混合的教學方式。

表2 教學設計及實施流程樣例

（三）資源共享與應用

基于超星泛雅學習通教學平臺，一流課程模擬電子技術的線上資源及教學模式已經在學校電氣工程及其自動化、軌道交通信號與控制、生物醫學工程等學科多名授課老師、多個不同的教學班級、同類課程教學中完全實現了資源共享及應用。實施結果表明，課程資源及教學模式的資源共享節省了各任課老師建設課程的人力物力，增加了老師間教學經驗的互動與交流，提升了老師們的教學能力和教學手段，課程資源得到不斷豐富，以學生為中心組織實施的教學理念，激勵了學生主動學習的積極性，發揮了學生的潛能。2015-2019級的教學實施結果表明，線上線下混合式教學模式和傳統教學模式相比，課程的不及格率由原來的兩位數降到了個位數，平均成績和優良率明顯提高，教育教學質量明顯得到提升。

（四）教學實踐數據

如圖6 和圖7 所示是2022 年春季學期自動化專業4-6 班5 月份的學習數據及任務點完成情況截圖。老師通過查看教學平臺統計數據可以隨時掌握各同學的學習動態及任務完成情況，幫助老師及時發現教與學中存在的問題，有針對性地調整教學策略，對學生學習進行個性化的引導、指導和督促。

圖6 2022 年春季學期自動化4-6 班5 月份學生訪問統計截圖

圖7 2022 年春季學期自動化4-6 班5 月份學生任務點學習情況截圖

五、混合式教學效果

（一）線上課程成績綜合統計

如圖8 和圖9 所示是2022 年春季學期，超星泛雅教學平臺上模擬電子技術課程，學院不同專業各教學班級線上成績綜合情況統計表和對比截圖。結果顯示在可以量化的過程考核成績中，多數教學班級成績優良率高達90%以上，個別重修學生占比較高的教學班級優良率亦達到86%，說明學生線上對課程各項學習任務的完成情況優良，能夠很好地適應線上線下混合式教學的模式。

圖8 2022 年春季學期各教學班級線上成績綜合情況統計截圖

圖9 2022 年春季學期各教學班級線上成績綜合情況對比截圖

（二）混合式教學與傳統教學綜合成績比對分析

表3 給出了2015-2019 級自動化專業課程教學模式及課程考評方式及過程考核主要內容，如圖10 所示是2015-2019 級該專業學生的綜合成績對比圖。圖表反映了線上線下混合式教學模式從無到有實施的過程，過程考評占比從0 逐漸增加到45%，過程考評的內容從無、單一、簡單到深度廣度難度增強的變化。綜合成績對比結果表明，線上線下混合式教學模式和傳統教學模式相比，有效降低了課程不及格率，提高了平均成績和優良率，使教育教學質量得到明顯提升。

圖10 2015-2019 級學生課程綜合成績對比圖

表3 2015-2019 級教學模式及課程考評方式表

六、結束語

一流課程模擬電子技術經過多年的建設與實踐，形成了以下特色：構建了基礎理論、虛擬仿真、實踐應用并重的一體化課程資源，且內容不斷豐富中，能夠滿足學生多元化、個性化的學習需求；教學過程中體現老師的主導性，學生的主體性，激發學生自主學習的興趣，發揮學生的潛能；采用理論與實踐深度融合的教學設計，課前、課中、課后閉環的教學模式，提高學生分析和解決實際問題的能力，增強創新能力，使“模電”不再成為“魔電”；采用線上線下綜合的考評方式，有效解決課程“掛科率”高的問題，使課程考評更加客觀合理；實現了一流課程資源及教學模式在學院不同學科多名授課老師同類課程教學中的資源共享及良好應用。

為實現知識、能力、素質綜合培養的目標，一流課程模擬電子技術將繼續優化整合課程內容，拓展課程資源，探索實踐應用與課程理論深層次的結合，以工程應用做牽引，增加課程的研究性、創新性、綜合性內容，增強學生應用能力與創新能力的培養，把課程內容與思政元素深度融合，構建多元豐富的課程資源；教學過程中，研究線上線下多維度混合的教學手段，對學生科學“增負”，挖掘學生的潛力，努力把課程打造為資源和模式可復制應用的“金課”。