基于“口袋實驗室”的金課建設研究
——以電路課程群實踐教學為例

□張 華 江官星 吳亞東

高校“金課”建設由陳寶生在2018年6月的全國本科高等教育工作會議上首次提出。“口袋實驗室”(Pocket Lab)這一概念由斯坦福大學克利夫頓于2014年首次提出，目前已有多款產品完成研發并投入使用。電路課程群作為電類專業非常重要的課程群體，其中實踐教學在整個課程實施過程中起著至關重要的作用，直接關系到對學生的工程實踐基本技能的培養。目前，眾多高校開展的電路課程群實踐教學主要依托實驗箱，由于實驗箱體積大，便攜性差，實驗時需外接測量設備，不具備再開發的功能，在很大程度上限制了學生自主設計電路，自主創新的需求，且實踐教學和理論教學單獨開課的模式，大大限制了學生的實驗激情和創作靈感。“口袋實驗室”的引入為學生隨時隨地自主實驗提供了可能，也為電路課程群實踐教學改革搭建了平臺。

一、“金課”視域下電路課程群“口袋實驗室”的構建

踐行“以學生為中心”這一金課理念，以自主創新能力建設為核心，使學生突破時間、場所、設備等多重制約,構建符合應用型人才培養目標需要的基于學生自主實踐的電路課程群“口袋實驗室”。

(一)“口袋實驗室”簡介。“口袋實驗室”教學平臺是將實驗設備做微型化處理，使各種電路模塊和實驗測量儀器集成在一塊口袋實驗板上，方便攜帶，允許學生自選場合自選時間使用常用電子儀器和電路芯片進行相關實驗。教師可以為同學實施“云端授課”的教學模式，學生通過“口袋實驗室”的相關口袋實驗室套件(口袋實驗室盒子和電路板)，借助于網絡手段，在線完成各項實踐操作，實現原本只能在實驗室里才能完成的實驗技能訓練。

(二)“口袋實驗室”的構建思路。“口袋實驗室”的構建主要包括兩大部分，即開發強大的管理系統和建設豐富的學習資源庫。其中，管理系統通過計算機相關技術開發，是保障“口袋實驗室”正常運行的載體，包括“口袋機”借閱管理模塊、師生交流模塊、實驗室管理模塊和管理員登陸模塊，便于管理口袋套件的便利流通，并保障師生之間的有效交流溝通。學習資源庫則涵蓋電路課程群一系列課程，如電路分析基礎、模擬電子技術、脈沖數字電路、電工與電子技術、傳感器、單片機原理及應用的“口袋機”套件，相關資料如套件使用說明書、具體實踐案例及供學生自主學習的教學套件按照類別展示在系統上供教師和學生按需查閱。實戰案例庫則是將收集到的優秀作品集如師生共同參與研制的部分“口袋機”套件，學生在各類實踐性環節如電工電子實訓、各類課程設計及畢業設計、各類學科競賽及課外創新作品套件展示出來，便于學生在課外自主展開學習。高階案例庫則是師生共同研制的“口袋機”套件。

圖1 基于學生自主實踐的電路課程群“口袋實驗室”構建思路

(三)基于“口袋實驗室”的電路課程群實踐教學模式的具體實施方案。基于“口袋實驗室”的電路課程群的實踐教學模式的實施主要分為課內實施和課外實施兩大模塊。在課內實施模塊，教師可將口袋套件用于教學演示，使得枯燥的理論知識有了形象的應用載體，學生對知識點的理解從深度和廣度上達到更高的層次。同時，教師通過下達課內學習任務單，提供配套的學習資源包，促進學生自主學習，學生在對相關口袋套件閱讀、分析、應用的同時，積累大量的實踐技巧，科研素養得到培養；在課外實施模塊，學生可自由選擇地點在教師規定的時間內補充完成課堂內未完成的實踐環節，由于學生的學習過程脫離教師的視線，教師應通過相關平臺做好實時跟蹤，保證教學秩序，優化教學內容，創新教學方式。其中，教學內容分為初級模式和高級模式，在初級階段，教師根據培養計劃和實際教學需求為學生指定實踐內容，學生通過交流平臺將學習結果反饋給教師；而在高級階段，一方面，教師可引導學生參與部分基礎口袋套件的研制，在滿足學習資源庫的需求的同時，提升學生的創新意識、綜合工程實踐能力，從而踐行“以學生為中心”“學生是知識的建構者”這一金課價值邏輯；另一方面，學生在教師的指導下完成一些具有工程型、挑戰性及自主性的選題，通過團隊合作與交流平臺完成難度較大的選題，充分鍛煉學生的學習能力、創新能力和合作能力，并將課外完成的作品掛接到口袋實驗室管理系統的學習資源庫，用于課內環節教學展示，豐富教學資源庫，促進師生共同高階學習。

圖2 基于“口袋實驗室”的電路課程群實踐教學改革與探索的實施過程

(四)基于“口袋實驗室”的電路課程群實踐教學模式的核心問題。

1.課內環節與課外環節有機融合問題。在課內環節，將理論的精髓和思想通過相關的口袋資源套件展示出來，完成基本的實踐技能培訓，培養學生的科學素養；在課外環節，學生把實驗室放在口袋里，隨時隨地進行實驗或項目研發。學生將在課外環節完成的科技制作成果與教師分享，可作為口袋套件用于課內環節，豐富口袋實驗室的學習資源庫。從而使課程實施踐行“學生是自己知識的建構者，教師是知識引導者的角色”這一金課建設思想。

2.尋找教與學的最佳契合點，切實保障基于“口袋實驗室”的電路課程群實踐教學的效果問題。 以教學為主導，以學生為主體，學生在課外有充分獨立思考的空間和時間，充分發揮學生解決各種問題的主觀能動性。針對于學生在課外自主開展創新實踐活動時可能遇到的問題，課程群團隊教師需為學生提供全面的教學資源，并在討論區和作品展示區及時解決學生在課外實踐過程中遇到的各種問題，高效地對學生的課外學習進行監控并及時評價。

3.資源庫的建設問題。一個功能強大的“口袋實驗室”需要豐富的口袋資源庫做支撐。資源庫的基礎口袋套件能滿足培養計劃中相關實踐教學的基本需求，實戰案例庫需具有一定的工程型、挑戰性及自主性。

4.課后監督及合理的教學評價體系。從傳統的“保姆式跟蹤”教學模式到以“學生為中心”新的教學模式，學生的大部分課外實踐都將脫離教師的視線，教師如何借助相關平臺做好課外監督，維護教學秩序，并制定合理的評價體系，是保障教學改革效果的關鍵因素。

二、基于“口袋實驗室”的電路課程群實踐教學模式的培養目標

(一)構建全開放、全共享、課內外一體化電路課程群“口袋實驗室”。以“金課”建設為宗旨，推進“教學范式”向“學習范式”變革，強化以學生中心，以就業需求和未來多元發展路徑為依托，綜合考慮學生多樣化的學習需求，基于學生自主建構知識的理念優化電路課程群現有的實踐教學資源，建設電路課程群實踐教學的“金課”口袋實驗室，便于學生隨時隨地在課外開展創新實踐活動。

(二)開發“口袋實驗室”管理系統，管理實驗室的平穩運行。采用開放式教學模式，基于“借閱式”管理模式，建立信息化管理系統平臺，由“口袋機”借閱管理模塊、師生交流模塊、實驗室管理模塊和管理員登陸模塊構成，學生可自由預約、借用、歸還、續借“口袋機”套件，方便學生自由選擇時間和場所進行實踐操作，教師可借助于交流平臺實時跟蹤學生的實踐情況。

(三)建設豐富的學習資源庫，找準教與學的最佳契合點。學習資源庫分為初階和高階部分，初階學習資源庫涵蓋的教學資料相對比較基本，包括基本“口袋機”套件的使用說明、教師為基本“口袋機”套件量身制造的課件等；而高階學習資源庫則是一方面針對性地將收集到的實踐教學、綜合性學科競賽及各項創新創業項目中的優秀作品作為高階性的實踐內容選題，另一方面教師可引導學生自主研制部分“口袋機”套件用于教學展示，師生共創高階性學習，從而體現“學生是自己知識的主動建構者”這一“金課”價值邏輯。

(四)打造基于“口袋實驗室”的電路課程群“金課”教學模式。 “淘汰水課，打造金課”是當前本科教育的主流趨勢。為電路課程群實踐教學建設配套的便攜“口袋實驗室”，可有效地實現由“教”向“學”的轉變，以教學為主導，以學生為主體，通過“學習范式”理念全面闡述高校“金課”建設的價值邏輯，將電路課程群實踐教學打造成能夠反映前沿性和時代性的“金課”。

三、“金課”視域下電路課程群“口袋實驗室”的使用展望

本課題通過“口袋實驗室”改革傳統的電路課程群實踐教學現狀，打造實踐教學金課，以滿足學生自主創新實踐需求，激發學生創新實踐激情，構建適合多門課程的，不受時間和空間限制的，可隨身攜帶的“口袋實驗室”，可有效地減輕開放性實驗室的運營負荷。

四、結語

本文致力于打造實踐教學“金課”，以滿足學生自主創新實踐需求，激發學生創新實踐激情，構建適合多門課程的，不受時間和空間限制的，可隨身攜帶的“口袋實驗室”，可有效地減輕開放性實驗室的運營負荷，強化以學生為中心，實現由“教”向“學”的轉變，基于“金課建設”的價值邏輯，以學生為中心，促進學生產生高階性學習，以“學習范式”理念推進基于“口袋實驗室”的電路課程群實踐教學。