新工科背景下電類基礎實驗課程教學改革與創新

沈志娟，曹一青，王 彬

（1.莆田學院機電與信息工程學院，福建，莆田 351100；2.新能源裝備檢測福建省重點實驗室，福建 莆田 351100；3.福建省激光精密加工工程技術研究中心，福建 莆田 351100）

0 引言

電類實驗是面向高等工科院校電類專業開設的一系列課程，具有很強的實踐性和應用性，是培養學生實踐能力和創新能力的重要手段和必要途徑。2017 年新工科理念的提出是為了主動應對新一輪產業革命與科技變革的重要舉措。與傳統工科人才相比，“新工科”人才不僅需要具有較高的工程素養，還需具備較強的創新能力和國際競爭力，兼具良好的人文素養和工程倫理[1-2]，然而，優秀的工程人才不能缺少先進的思想政治素養和尊重勞動、熱愛勞動的崇高精神。從“一流大學”和“一流學科”到“一流學院”和“一流專業”，再到“教育部關于一流本科課程建設的實施意見”，教育的焦點已經落到了課程層面。同時，電類基礎實驗課程具有涉及基礎知識點較多且實踐性較強等特點，這將給該類課程改革帶來一定的困難。但是隨著教育信息化發展為教育領域帶來了新的活力，具有更豐富的學習資源和更個性化的學習方式[3]。因此，本文將對電類基礎實驗課程的教學模式、課程教學內容及資源、教學組織和實施及考核機制等多個方面進行改革創新，有效地激發學生學習興趣，提高學生獨立解決和分析問題、創新及實踐動手等能力，這對提升該類課程教學質量具有重要的意義。

1 電類實驗課程問題解析

隨著莆田學院新工科專業的批量招生及新工科背景下對人才提出的新的要求，傳統的實驗教學及實驗設備已經不能滿足當前電類專業發展的需求。對標新工科人才需求，目前電類實驗課程在教學方式、教學內容等多個方面存在諸多問題，具體如下。

（1）教學模式、教學方法過于單一，形式基本是教師講、學生聽，教師演示、學生模仿，缺乏挑戰性，學生學習主動性差、學習興趣不夠濃厚。

（2）教學內容過于傳統，教學時間及實驗設備的限制，導致以驗證性實驗為主，缺乏探索及創新環境，缺乏教師和學生共同努力才能達到目標的學習過程。

（3）課程中以實驗報告及期末考核為主的評價考核機制過于單一，不夠科學完善，不能適應新時期創新人才培養的要求。

（4）課堂講解時間受限的情況下，存在課程思政教育內容不夠豐富，融入不夠自然，勞動教育不夠廣泛，需要更好的實現課程思政元素、勞動教育與專業知識和技能訓練的交互融合。

2 課程教學及考核改革思路

教育信息化發展為教育領域帶來了新的活力，MOOC、愛課程等教學平臺的發展，跨越了時空限制，帶來了更豐富的學習資源和更個性化的學習方式，豐富的學習資源幫助學生掌握更多的知識，拓寬了學生的視野，線上教育不可替代人才培養、科學研究、社會服務、文化傳承、情感交流等大學的功能，特別是針對實驗類型的課程，純粹的線上教學具有明顯的缺陷，學生實踐能力等諸多方面無法得到更好的鍛煉，因此，電類實驗課程選擇中國大學MOOC 平臺基于異步SPOC 進行線上線下混合式教學[4]。為了使現思政元素、勞動教育與專業知識和技能訓練高度融合，課程需要構建，基于專業教育、思政教育、勞動教育“三位一體”育人模式，同時結合Multisim 仿真與遠程實驗室實驗進行教學，可以不受實驗設備的約束及課堂時間的影響，增加設計性實驗，提高課程“兩性一度”，具體的做法如下。

（1）線上線下混合式教學方式：混合式教學設計“以學生為中心”，基于成果導向教育（OBE）理念及加里鮑里奇有效教學理論，按照教學內容的難易程度、實驗的性質以及實驗的方式，合理安排線上教學及線下實踐課時。課程安排具體的線上教學內容，包含線上預習與線上課堂兩部分。對需要進行線下實踐的實驗設計線上預習內容，例如，晶體管放大電路實驗，實驗步驟多、線路比較復雜、實驗原理內容講解需要時間較長，我們拍攝實驗原理講解、實驗步驟講解等視頻，讓學生通過預習保證實驗的順利進行，并有效節約課堂時間，給學生更多實踐的機會。針對類似適合仿真實驗及遠程實驗室實驗的適合線上教學內容，例如集成運算放大器實驗等，做好原理講解、操作指導等線上視頻指導，讓學生自學并自行完成實驗。為了確保線上、線下教學有效融合，線上設計了測試、作業、討論等方式檢驗線上學習效果，并進行知識強化，同時線下課堂中還設計了課堂測試、小組式助教、翻轉課堂、重難點講評、實踐強化等多種方式來確保教學效果，教學過程充分挖掘腦力勞動及體力勞動內容，利用線上線下的教學的優勢，設計課堂講解、QQ 互動、開設MOOC 育人板塊等方式，將思政教育及勞動教育融入整個課堂，最終實現設定的知識及能力目標、思政及勞動教育目標，及時收集教學反饋，不斷進行混合式教學設計優化[5]。

（2）豐富及改進課程教學內容：引用國家精品課程的同時結合本校學情對課程內容進行改革，對國家精品課程中的實驗內容進行篩選，增加方波三角波發生器等設計性實驗的同時根據現有設備及人才培養要求進行難度及數據的調整，同時團隊補充拍攝例如晶體管放大電路、集成穩壓器實驗等部分實驗的教學視頻，即汲取了優質教學資源，又適用本校學生，課程內容兼具優質性與適用性。教學過程充分挖掘課程內容中的思政教育元素并且引用國家精品課程中的思政教育內容及方法，保留原有的課堂育人的借助線上平臺設置育人模塊，同時在線上互動中增加育人內容，拓寬育人渠道，實現全過程思政育人。實驗課天生具備勞動教育的優勢，充分挖掘勞動育人元素，讓學生通過整理實驗室、設備檢查及報修、小組式助教等方式融入勞動教育。充分發揮學生主觀能動性，提高學習興趣，提升學生綜合能力，最終實現設定的知識及能力目標、思政及勞動教育目標[6-9]。

（3）豐富課程教學資源：四大資源板塊包含了線上資源建設、智慧課堂建設、遠程實驗室建設及線下實驗室建設。線上資源建設及智慧課堂的建設主要是成異步SPOC 的建設并在智慧課堂進行備課，設計檢驗環節保證線上學習內容的掌握情況，同時設計課堂互動等環節，即保障課程內容的完整性及創新性，同時又能確保線上線下教學的良好銜接，讓學生充分利用碎片化時間進行學習，提升學生自學能力，拓寬學生視野，提升課堂教學質量。建立遠程實驗室室，學生遠程線上通過軟件控制實驗參數，通過虛擬儀器及攝像頭觀察實驗結果，彌補了實驗設備的限制，解決了實驗時間的問題，同時結合Multisim 仿真，有效的彌補了實驗設備、實驗時間的限制，方便進行設計性的實驗探索及翻轉課堂的開展。線下實驗室建設過程中除專人維護管理外，還設計了實驗設備故障登記系統及實驗報告提交系統。實驗設備故障登記系統是給全部設備做好編號并張貼報修二維碼，讓學生現場隨時掃碼報修，管理員實時接收故障信息，提高維修效率、保障設備良好運行的同時提升學生故障識別及描述等能力；團隊自建實驗報告提交系統，提升教學效率的同時，方便數據分析，進一步改進教學質量。四大資源板塊共同運行，充分保障“三位一體”育人模式的順利進行，對學生的綜合能力提升起到重要作用[10]。

（4）教學組織及實施改革：根據人培方案、課程大綱、學情分析等設置教學目標，進而根據教學目標選擇合適的教學思想、教學策略、教學方法、教學環境、教學資源，并對整個課程及單獨章節進行教學設計，體現以應用為目的，按照“必須”“夠用”“創新”的原則組織教學設計，輔助Multisim 仿真、遠程實驗室、翻轉課堂和小組式助教的方式來提高課程深度及內容廣度。把適合進行線上仿真及其他需要進行預習的內容設置為線上教學，采用線上支持的線下教學，線下教學圍繞學習效果來開展教學活動，通過多種方式進行師生、生生互動，并及時進行教學總結、教學反思，持續進行教學改進[11]。

整體教學設計課前重在督促，教師及學生進行線上預習及問題收集；課中注重互動，通過課堂測試、探究式學習、實踐驗證等方式進行知識鞏固；課后重在反思，利用現代化信息手段進行自學、作業訓練、反思總結等方式實現拓展提高。課程教學及實施過程中特別注重課程思政、三創教育、勞動教育、企業思維的培養等，通過線上育人環節、討論、QQ 互動及課堂講解諸多環節進行育人元素的融入，通過小組式助教、探究學習、翻轉課堂等教學方式、實驗室整理等勞動教育以及實驗室5S 要求、頭腦風暴等企業化管理模式實現教學目標[12]。

（5）啟發創新、培養學生綜合能力：分階段訓練學生相關能力，充分利用遠程實驗室、Multisim 仿真、MOOC 線上資源等拓寬學生視野，讓學生學會自學的同時開放實驗室給學生進行實踐，通過訓練實踐、強化綜合、啟發創新3 個階段，鼓勵學生走進開放實驗室、申請大創項目、參加競賽、參與科研團隊等。在課程教學的后期設計競賽環節，以翻轉課堂的方式組織課內競賽，培養學生團隊協助能力、創新能力等競賽相關能力；課內競賽挑選部分作品進行進一步完善，參加科技節比賽、大學生電子競賽、光電競賽等專業相關競賽，申報大創項目、引導學生參與科研團隊等，進一步提升學生實踐能力等專業技能，啟發學生的創新思維、培養學生的綜合素養。

（6）考核方式改進：避免采用以往的實驗報告及期末專業技能考核為主的考核方式，結合線上平臺的統計能力及學習環節的記錄能力，在課程考核過程中注重綜合過程與結果、知識掌握程度及學生獨立思考、創新及動手能力等多方面考核，并提升過程考核的次數，考核內容多樣化，最終形成全程可測的多元評價方式。

3 結語

結合目前新工科建設背景下對人才培養的需求，給電類實驗課程教學提出了更好的要求。針對該門課程具有理論內容多且實踐性等特點，對課程教學方法進行了創新改革，豐富了課程教學內容及網絡教學資源，改進了課程考核評價方式，注重了學生獨立思考、實踐能力、創新及動手能力等方面的培養。通過上述對課程教學改革，充分調動了學生學習積極性，提升了學生的自主學習、實踐動手及知識應用等方面能力，能取得更好的教學效果，具有較好的推廣應用價值；在問卷調查中，學生對改革后課程的認可度在93.8%左右，學校及同行教學效果評價均為優，對課程的教學效果、課堂組織、儀容儀表、授課內容、思政教育及勞動教育融入方式等方面都給予了肯定；涉及的課程也取得了一定的教學改革成果，例如“電路基礎實驗”“模擬電子技術實驗”課程均已獲省級一流課程認定，相關課程案例入選第十二屆全國教師教育教學信息化交流活動創新作品。