基于視頻微課與口袋實驗室的電類專業(yè)混合式教學模式研究

王連明

（海南熱帶海洋學院 海洋信息工程學院，海南 三亞 572022）

電類專業(yè)課程普遍以培養(yǎng)學生的應(yīng)用能力和工程實踐能力為目標，如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和單片機技術(shù)等課程。然而，在這類課程的教學中普遍存在以下問題[1]。

（1）由于這類課程的實驗教學環(huán)節(jié)通常安排在理論教學之后，導致在理論教學過程中，教學內(nèi)容抽象，學生理解困難，激發(fā)不了學生的學習興趣；而在開始實驗教學后，學生通常又忘記了理論，只能盲目地按照設(shè)定好的實驗步驟進行實驗，不求甚解，最終導致課堂所學理論知識與實驗所得相脫離，對原本應(yīng)該是完整的、系統(tǒng)的知識理解片面化、碎片化。

（2）由于每次實驗課時有限，導致學生只能完成特定的、內(nèi)容與過程都已安排好的實驗題目，不能全面、有效地培養(yǎng)學生的實踐能力，學生的創(chuàng)新能力也得不到培養(yǎng)。

（3）目前的教學中，學生過分地依賴教材，缺少通過查閱相關(guān)資料全面而深入地理解所學知識的意愿，導致學生知識面狹窄、擴展能力與創(chuàng)新能力欠缺。

針對以上問題，需要在這類課程教學中，促進理論教學過程與實驗教學的有機融合，使學生在理論學習的同時就能夠通過動手實踐加強對所學理論的理解，從而避免理論知識的抽象化和后續(xù)實驗過程的流程化。

為解決上述問題，本文根據(jù)電類專業(yè)課程特點，將視頻微課和口袋實驗室融入電類專業(yè)課程教學中，基于“教師主導、學生主體”教學理念，構(gòu)造了教師主導、學生主動、持續(xù)參與、課內(nèi)外相互促進的混合式教學模式，并通過教學實踐驗證了這一模式的有效性。

一、視頻微課與口袋實驗室介紹

近幾年，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，視頻微課逐漸在以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的教學中得到廣泛應(yīng)用。視頻微課通常是指以學習或教學應(yīng)用為目的、以闡述某一知識點為目標、以短小精悍的在線教學視頻為表現(xiàn)形式的教學活動[2]。

視頻微課由于時間短、知識點明確、易于制作、可共享和可重復使用的特點，且呈現(xiàn)方式多樣，如動畫、評述和演示等，可以充分激發(fā)學生的學習興趣，可廣泛應(yīng)用于預習、課堂演示、復習和討論等環(huán)節(jié)，且學生可以自主設(shè)計和制作視頻微課，從而激發(fā)學生主動學習、自主學習的潛能[3]。

口袋實驗室是指將傳統(tǒng)實驗箱的核心功能壓縮至一塊小開發(fā)板上，易于擴展、方便攜帶與調(diào)試。其打破了傳統(tǒng)實驗室的時空限制，使學生可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)其任何實驗想法，學生和老師、學生和學生之間可以隨時交流實驗體會和想法，從而能夠有效提高學生學習的趣味性，提高動手實踐能力和理論與實踐結(jié)合的能力，強化學生的探索精神與創(chuàng)新意識。

目前，口袋實驗室理念在國內(nèi)外多所高校已得到廣泛的認可和貫徹，如哈爾濱工業(yè)大學、東南大學、清華大學、華中科技大學和西安交通大學等都建立了數(shù)量、規(guī)模各異的口袋實驗室，其不僅在電類專業(yè)的教學中得以應(yīng)用，在國外還將這一理念應(yīng)用于物理專業(yè)。另一方面，國際知名公司也紛紛注意到“口袋實驗室”在高校教學中的流行趨勢，并積極推出相關(guān)產(chǎn)品支持這一教學模式。如ST 公司推出的NUCLEO-F401RE 用于嵌入式的學習，DIGILENT 公司推出的Basys3 用于數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計等[4]。

將“口袋實驗室”運用到理論教學中具有如下優(yōu)勢。

（1）教師可以要求學生課外通過口袋實驗室完成與課堂上所講授理論相關(guān)的驗證實驗內(nèi)容，從而加深對理論知識的理解。教師也可以開展討論式教學或翻轉(zhuǎn)課堂教學，即通過布置預習實驗，要求學生發(fā)現(xiàn)實驗中的問題，然后在課堂上通過討論問題完成教學任務(wù)。

（2）通過要求學生在課外做實驗遇到問題時，自己動手查找資料解決問題，提高學生解決問題的能力，并培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的自主學習習慣。

從國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，視頻微課和口袋實驗室在教學中通常都是分開使用的[5-6]，視頻微課主要用于為教學提供一些輔助視頻材料；而口袋實驗室更多的是為學生提供一個課外的實驗手段，依靠學生的學習自主性發(fā)揮作用，口袋實驗室也多應(yīng)用于實驗教學和實踐教學中，與理論課教學相結(jié)合的有效模式還沒有形成。也就是說，現(xiàn)有的研究成果中，所采用的教學模式并沒有脫離傳統(tǒng)的教學模式。

由于視頻微課和口袋實驗室在激發(fā)學生學習興趣，提高學生自主學習能力、培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力方面具有突出的優(yōu)越性，因此，將它們?nèi)谌腚婎悓I(yè)課程教學中，將有效克服傳統(tǒng)理論課教學枯燥乏味，導致學生缺乏學習興趣的問題；也可以解決理論教學與實驗教學脫節(jié)的問題。

二、視頻微課、口袋實驗室與理論教學的融合方式

綜合視頻微課和口袋實驗室的特點和優(yōu)勢，與理論課教學相融合的方式如圖1 所示。視頻微課的內(nèi)容可以是理論課相關(guān)知識的發(fā)展史、典型應(yīng)用、學術(shù)研究的最新成果、科技發(fā)展前沿和知識點的講解等。視頻微課可以根據(jù)理論課教學內(nèi)容和過程的需要由教師自行錄制，也可以從獲取的視頻資料中進行截取形成。視頻微課的內(nèi)容可以根據(jù)理論課教學的需求設(shè)計，為理論課教學提供支撐；也可以針對口袋實驗的需求設(shè)計，為學生課外進行口袋實驗提供實驗指導。視頻微課由于只針對某一知識點設(shè)計，具有制作簡單、成本低、通用性強和時效性高的優(yōu)點，易于形成視頻微課庫。

圖1 綜合視頻微課、口袋實驗室與理論課教學相融合的方式

口袋實驗室的組成與具體的課程相關(guān)，如對于模擬電路、數(shù)字電路和單片機等課程，只需面包板、導線和一些基本元器件即可搭接實驗電路，電路測試所需儀器，如信號源、示波器等，可以采用基于電腦的虛擬儀器，也可以利用開放實驗室的物理儀器。在理論課教學過程中，為了加強學生對所講授理論內(nèi)容的理解，教師可以布置課外實驗項目，對理論進行驗證或應(yīng)用，如三極管放大電路功能的驗證；教師也可以通過布置具有特殊現(xiàn)象的實驗，引發(fā)學生在課堂上討論，通過討論完成理論課教學內(nèi)容。如放大電路的輸出信號失真現(xiàn)象。

為了使學生更好地完成課外口袋實驗，教師可以錄制對實驗進行指導的視頻微課；同時，學生也可以將口袋實驗過程錄成視頻微課，經(jīng)篩選后充實視頻微課庫，這一過程可以提升學生被認可的自豪感，從而極大地激發(fā)學生動手實踐的興趣。

三、課內(nèi)外融合的混合式教學模式構(gòu)建

教學模式是指在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩(wěn)定的教學活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序。通過上述分析可知，視頻微課、口袋實驗室與理論教學具有各自的作用與優(yōu)勢，因此，針對每一門課甚至每一堂課，根據(jù)教學目標不同，通過將三者有機融合就可以形成不同的教學模式。

眾所周知，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是電類專業(yè)重要的必修基礎(chǔ)課程，通常安排在實驗課之前開設(shè)，由于學生對器件和電路缺少直觀的認知且大多數(shù)教學內(nèi)容是基于器件模型進行電路分析，因此，模擬電子技術(shù)被電類專業(yè)學生認為是最難理解的課程之一。另一方面，由于課程改革，基礎(chǔ)課程學時也被大大縮減。海南熱帶海洋學院這門課程只開設(shè)51 學時。在學時少、內(nèi)容多且抽象的情況下，如何提高教學效果，是本門課程教師面臨的主要難題。

針對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀，并考慮到學生的課外時間相對充裕，筆者將視頻微課、口袋實驗室融入理論教學，構(gòu)建了“教師主導、學生主體的課內(nèi)外循環(huán)融合”的教學模式，如圖2 所示。

圖2 教師主導、學生主體的課內(nèi)外循環(huán)融合教學模式示意圖

此模式由6 個環(huán)節(jié)構(gòu)成，其中，3 個環(huán)節(jié)在課內(nèi)由教師主導進行，還有3 個環(huán)節(jié)在課外由學生自主完成，各環(huán)節(jié)的作用如下。

（1）引導性講解：在此教學模式中，教師在課堂上只對本堂課的知識做引導性講解，包括本堂課所授知識的背景、框架、重點、難點和注意事項等，看似簡單，實則對教師提出了更高的要求，教師不僅要深入理解所授內(nèi)容，更要能深入淺出地講出來，且重點、難點突出。

（2）項目布置：由于課堂注重引導，則更多的具體內(nèi)容交給學生在課后完成。在項目布置環(huán)節(jié)，教師要根據(jù)本堂課的知識特點，選取合適的項目形式。之所以稱之為“項目”，是要求課后內(nèi)容要有探索性，促使學生自主思考[7]。項目的結(jié)果有差異性，從而避免學生相互抄襲，養(yǎng)成不良的學習習慣。項目形式可以是問題討論、仿真實驗或?qū)嵨飳嶒灥取τ谀M電子技術(shù)課程，項目大多是相關(guān)器件或電路的課外電路搭接與功能或參數(shù)測試。

（3）文獻閱讀：所布置的項目要求學生必須閱讀一些文獻才能完成，至少應(yīng)該完成對教材中相關(guān)內(nèi)容的閱讀才能完成項目。教師針對某些項目，有針對性地提供一些視頻微課材料。

（4）項目分組實踐：為了促進相互學習，提高學習效率；也為了培養(yǎng)學生的團隊合作意識，更好地適應(yīng)社會的需求，課外項目實踐通常采用分組方式進行，每組人數(shù)可以根據(jù)上課的總?cè)藬?shù)確定，保證在一段時間內(nèi)，所有同學都有展示成果的機會。對于實驗類項目，學生要利用口袋實驗室完成，并錄制實驗視頻。

（5）問題總結(jié)：由于課外項目具有探索性，因此，要求每組給出項目結(jié)果并提出問題，以此激發(fā)學生養(yǎng)成良好的思考習慣。

（6）測試與討論：在理論課開始，教師要引導學生展示項目完成結(jié)果，并對項目中出現(xiàn)的問題進行討論，以討論的方式完成對上一次教學內(nèi)容的總結(jié)。

經(jīng)過上述環(huán)節(jié)，一堂課的內(nèi)容更多的是由學生利用課外時間進行消化吸收，培養(yǎng)了學生養(yǎng)成自主學習、自主思考的習慣，也培養(yǎng)了學生團隊合作意識。教師在這一模式中要充當過程的策劃者、組織者和知識學習的引導者，而不僅僅是知識的搬運工。

為實踐此教學模式，我們將其運用于海洋技術(shù)專業(yè)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學中，為了形成視頻微課資源，選用了楊欣教授等主編的《實例解讀模擬電子技術(shù)完全學習與應(yīng)用》為參考教材，該教材提供了大量的教學短視頻，可用作視頻微課；同時，選擇電路飛翔網(wǎng)提供的C1201 面包板實驗套件作為口袋實驗室，每組配備一套，用于學生課外搭接電路并實驗。

四、教學案例

采用上述教學模式，針對不同的教學內(nèi)容可以布置不同的課外實驗項目。例如在三極管放大電路部分的教學中，由于三極管的輸出特性曲線是理解三極管放大電路工作原理基礎(chǔ)，而學生通常對三極管輸出特性曲線的含義理解不深，導致對相關(guān)知識死記硬背，究其原因在于，學生們不清楚三極管的輸出特性曲線是如何獲得的。因此，在講授這一部分內(nèi)容時，布置的課外項目就是“晶體三極管輸出特性的測量與分析”，要求學生課外利用口袋實驗室對輸出特性進行測量，并對測量結(jié)果及物理含義進行分析；課堂上要求展示實驗過程的視頻，并給出分析結(jié)果，對于實驗過程中的問題，在課堂上討論解決。學生課外會通過查找三極管輸出特性的測量電路進行實驗。無論各組是否能夠順利完成課外實驗，但都會帶著各種各樣的問題進入課堂，這種帶著問題的學習會更有利于學生提高課堂聽課的注意力，高效地掌握和理解所學知識。

五、結(jié)論與展望

經(jīng)過兩學期的實踐，這種教學模式使課堂教學發(fā)生了明顯的變化，主要體現(xiàn)在以下方面。

課堂氣氛活躍，學生積極參與討論和發(fā)言；由于采用分組方式，促進了學生之間的協(xié)作和互助，使班級整體形成了濃濃的學習氛圍；理論講解與動手實踐同步進行，解決了理論知識與應(yīng)用實踐相脫離的問題，使抽象的理論變得生動、具體，有效提高了教學效果；經(jīng)過口袋實驗的訓練，學生已經(jīng)具備了基本的實驗技能，也有效提高了后續(xù)模擬電路實驗的教學效果，學生從以前的照搬實驗過程，到現(xiàn)在能夠積極主動地擴展實驗要求，對實驗電路進行更深入的探索，體現(xiàn)出已經(jīng)比較扎實地掌握了所學的基礎(chǔ)理論知識與實踐技能。

視頻微課、口袋實驗室與理論教學的融合方式具有很大的靈活性、高效性和可擴展性。視頻微課由于短小精悍，講究實效，因此易于制作；口袋實驗室只用于實現(xiàn)簡單實驗，通過簡單元器件就可以構(gòu)建；每位教師都可以根據(jù)自己對教學的理解設(shè)計不同的課外項目。因此，本研究所提出的教學模式也可擴展應(yīng)用于其他電類專業(yè)課程的教學。其教學理念和方法也可以為不同專業(yè)的理論課程教學提供借鑒。

目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和線上線下教學的融合，各種課堂教學模式也被不斷提出。但由于教師所處的教學環(huán)境和面對的教學對象不同，只有因勢利導、因材施教，探索切實可行、行之有效的教學模式，才能切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。