1、第 卷 第 期 年 月武 汉理工大学学报(信息与管理工程版)().文章编号:()文献标志码:后疫情时代电子技术实验信息化教学改革研究罗 强刘 娟陶 丽周 嵘谢胜泉(.武汉理工大学 信息工程学院湖北 武汉.英国利兹大学 电子与电气工程学院英国利兹 )摘 要:为了缓解培养高质量人才的迫切需求和实验教学资源相对紧缺且实验课内教学学时紧张的矛盾同时满足教育信息化建设的需求以实验教学信息化建设为突破口改进实验教学方法建设相关虚拟仿真实验资源搭建教学管理系统构建新型的实验教学体系围绕实验项目进行教学创新 通过信息化手段将实验室的管理工作和实验室的教学资源信息化后向实验受众有目的地开放让学生结合自身情况灵活
2、地安排实验教学目标可以灵活地差异化设置以满足不同层次学生的需求管理系统则记录学生的实验痕迹使得实验室的教学管理更高效数据更全面 年的教学改革实践成果表明:在充分发挥实验室效益、提高教学质量的过程中实验室信息化具有重要意义关键词:实验信息化教学改革实验室管理线上线下能力培养中图分类号:.:./.收稿日期:.作者简介:罗强()男实验师研究方向为电子技术实验教育教学.通讯作者:周嵘()女高级实验师研究方向为电子技术实验教育教学.基金项目:教育部产学合作协同育人项目()武汉理工大学教学研究项目().为贯彻和落实国家中长期教育改革和发展规划纲要(年)中关于加强优质教育资源开发与应用加强网络教学资源体系建
3、设引进国际优质数字化教学资源开发网络学习课程建立数字图书馆和虚拟实验室建立开放灵活的教育资源公共服务平台促进优质教育资源普及共享的要求 特别是 年疫情以来开放实验管理和虚拟仿真实验项目与电子化教学资源建设显得尤为重要 模拟电子技术基础实验数字电子技术基础实验和电工电子技术课程是应用型本科院校电气类、自动化类、电子类等专业的基础课程覆盖面十分广对培养学生最基本的踏实、严谨的学习态度以及综合运用基础理论知识进行实践的能力起着重要的作用教育信息化的关键在于化即技术驱动的教育综合改革 信息技术对实验教学更深层次的价值在于重新思考实验教学为学生提供更多个性化的前沿学习资源让师生都能更好地利用最新的学习资
4、源 旨在培养学生在全球化的、以创新为核心、以知识为基础的社会实践中更好地应对挑战和机遇的敏感性和快速反应的能力因此结合本实验课程的特点利用现代化的技术手段对此课程进行教学改革建设正当其时 教学改革从分析旧有模式的缺陷入手以解决问题为目的利用数字化的技术手段将基础性实验教学与管理流程信息化管理体系闭环化以培养“三领”(科技引领、行业引领、区域引领)人才为导向持续推进教学改革 问题导向的电子技术实验教学信息化改革措施 电子技术实验教学传统的模式是:教师在课前分发实验材料要求学生预习在课上教师不得不花更多时间讲注意事项和讲解实验要求并进行实验演示 在课堂上学生开始进行实验的同时教师在课堂上随堂提供相
5、应的指导下课后学生提交实验报告教师主要根据课堂出勤率和实验报告撰写质量并参考课堂操作表现进行评分 这种模式面临的问题是:学生在课前缺乏足够丰富且多元的预习资料想提前预习又无考核机制激励和约束 由于缺乏相应的激励和监督机制学生没有预习或预习不够导致实验效果不佳教师不能完全把控整个过程不能很好地调动学生的实验积极性和主动性 在学生没有充分预习的前提下教师不得不讲解和演示较长时间减少了学生操作实验的有效时间导致实践能力差的学生实验时间紧张甚至无法在规定时间内完成实验 然而一些实践能力强、准备充分的学生在完成实验后无其他内容造成时间上的浪费在现场实验演示过程中由于学生人数多只有少数学生能清楚地看到演示
6、过程 即使看得很清楚的学生在观看后也会很快忘记一些步骤导致实验演示的受众不全后续实验的效率低 评价方法单一传统的实验课程只以实验报告和电路搭建为评价依据无法全过程记录教师也无法及时了解学生实验过程中的不足教学管理效率低下不能全面评价学生多方面的能力无法满足高质量人才培养需要为了解决传统模式面临的问题依托省级实验教学示范中心和国家精品在线开放课程数字电路 密码的奥秘的教学团队利用信息技术的手段建立了集课前、课中、课后的全流程闭环信息管理体系如图 所示 该体系中集成了数字化教学资源、实验排课管理、预习考核、虚拟仿真资源、成绩管理等于一体的课程考评模块 实验室的信息化管理使得实验室的日常管理工作量显
7、著增加传统的管理方法很难满足实验室的信息化管理要求因此需要通过建设数字化管理平台加以辅助管理 实验室管理者或学生都可通过平台数据直观、清晰、精准地获取实验室运行和课程数据为实验室的数字化管理提供坚实有力的保障为以高质量人才培养为核心的实验室数字化管理模式提供研究与探索的途径 管理系统由 大模块构成分别为课程预习模块、实验预约模块、用户管理模块、和系统维护模块如图 图 闭环管理体系图图 系统模块图所示各模块分别支撑了图 中的课前、课中、课后环节.数字化教学模式变灌输式教学为学生自主学习有利于自主学习型人才的培养 人才培养的目的应该是能力先于知识而不是知识先于能力 数字化教学模式变灌输式教学为学生
8、自主学习数字化为学生提供了充足的实验教学数字资源在课前将实验预习资料信息化后通过平台共享给学生然后将注意事项和重要知识点编成题库并从题库中随机抽取若干题目构成预习考核试卷要求学生在规定的时间节点前和规定的时间内完成预习考核否则无法进入下一个课程环节 学生进入实验室前需要认真准备、自学、预习和掌握相关内容熟悉实验技能和内容才能顺利完成实验室实验否则很难通过实验考试 随机的出题形式既可避免学生之间机械的抄袭又可督催学生全面地学习题库学生可在自己的界面中看到要参加的考试和自学的内容教师可在预习成绩管理模块中统计学生的预习考试情况以便在上课前对没有完成预习的同学进行提醒和督促对学生预习情况把关提高实验
9、课质量.信息化教学模式解决灵活排课问题随着学分制改革的深入传统的以自然班为单位的课程安排已经无法满足学生的需求 新的排课模式应建立在以个人为单位的需求上现行排课机制和学业评价机制无法满足学生个性化与多样性的选课需求即学生时间自主度不足 将实验室开放上课的时间和实验要求提前公布出去在时间安排和人数限定上设置一定的冗余以便能更好地满足全部学生的需求 在上课之前学生通过实验预习模块完成视频学习和题库考核考核合格后才能进入预约上课环节并可看到可选的时段和教师 也可根据自己的课程进度和预习情况来安排实验时间满足学生个性化灵活选课的需求解决学生时间自主度不足的问题 学生线下上课实现每个学生之间的安全距武汉
10、理工大学学报(信息与管理工程版)年 月离一定程度上配合了防疫需求学生座位随机排布周围一般不是自己相熟的人可促进学生独立处理问题.信息化教学模式解决实验项目千人一面的问题 同一门实验课程在面对不同专业、不同班级的学生时由于不同学生认知能力、个体的知识水平存在差异不同专业的人才培养目标也要有所区别 为满足不同专业不同能力层次学生的需求使得学有余力的学生可以选择更高难度的实验项目而基础一般的学生的基础实验需求也能得到满足充分激发学生的积极性将实验项目分为基础验证型、进阶设计型和拔高综合型 验证性实验是连接创新性研究和基础理论的桥梁因此基础实验以验证性实验为主学生通过基本的实验训练掌握基本的实验方法、
11、技能、知识及实验数据处理方法通过分层次、递进地增加难度和灵活度可调整地设计实验项目以满足不同能力水平学生的实验需求 培养图如图 所示图 递进能力培养图改革前实验项目设置零散以验证性实验居多学时内上课要多次前往实验室改变传统的实验教学方式设计性的实验较少实验教学过程中注重理论知识的验证以教学大纲为核心具体如表 和表 所示 传统实验教学模式为:教师先讲解实验原理和步骤学生按部就班地完成既定的实验内容虽然要求学生在课前预习但缺少具体的监督考核办法教师对学生的实际预习效果无法及时掌控 在实验教学内容的设计上多部分与理论课对应课程内容大多数侧重于关键知识点的验证与实际工程应用结合较少 实验过程限定在实验
12、室内完成虽然在一定程度上促进了学生对于实验操作技能和理论知识的掌握但存在着实验内容验证性有余但设计性不足、脱离了工程实际、实验受时间和空间限制等诸多缺陷对激发学生的学习兴趣不利 改革后实验项目安排相对集中且以设计性实验为主在保证实验学时不变的前提下减少了学时内多次往返实验室的时间成本提高了单位时间的课堂效率提升了实验质量 实验教学环节设置将实验内容丰富化、层级化针对学生的不同需求进行设置以增加实验锻炼的有效性 通过修订培养方案打通各专业学生培养需求 改革后设置了更多的设计性实验项目使得实验具有进阶性可以在完成基本实验任务的前提下根据实际需要变换不同的实验参数用以达到考核不同基础水平的学生避免实
13、验过程重复枯燥无味的目的.信息化教学模式解决评价方式单一问题改革后教师在课堂上有更多的时间观察每一个学生的表现改变了过去只看实验报告和实验结果的模式实验成绩的评定采取多元化的、全面表 模拟电子技术基础实验项目改革前后对比表模拟电子技术基础实验项目改革前模拟电子技术基础实验项目改革后 常用电子仪器的使用 学时验证性 常用电子仪器的使用 学时验证性 单管共射极放大电路的安装与测试 学时验证性 单管共射极放大电路的安装与测试 学时验证性 负反馈放大器 学时验证性 差动放大器 学时验证性 运算放大器 学时验证性 多级放大器的安装与测试 学时设计性 直流稳压电源的设计与制作 学时设计性 直流稳压电源的设
14、计与制作 学时设计性表 数字电子技术基础实验项目改革前后对比表数字电子技术基础实验项目改革前数字电子技术基础实验项目改革后 常用数电仪器的使用 学时验证性 常用数电仪器的使用及逻辑门的测试 学时验证性 全加器 学时验证性 数据选择器译码器 学时验证性 组合逻辑电路的设计与制作 学时设计性 触发器与四位抢答器的设计与制作 学时设计性 移位寄存器 学时验证性 时序逻辑电路的设计与制作 学时综合性 数字钟的设计与制作 学时设计性 进制计数器的设计与制作 学时综合性第 卷 第 期罗 强等:后疫情时代电子技术实验信息化教学改革研究综合的考查实验能力的考核方式 教学改革前后考核项目对比如图 所示 改革后由
15、于对学生的信息掌握得更全面就可以将考核节点设置更多、面更广不同环节设置不同权重并且全流程留下痕迹可回溯综合考查实验能力使得评价更合理、更客观、更科学、更高效依照学生综合能力画像为学生个性化发展提供精准指导与帮助研究便于全面综合评价学生实验能力 使每个学生对每个实验项目的每一个实验环节都引起足够的重视激发学生的求知欲望和学习兴趣并培养良好的实验习惯图 改革前后实验考核项目构成图 成果导向的电子技术实验教学信息化改革持续改进.在教学目标达成前提下持续提高教学质量教学质量是教学工作的核心要义要保证教学质量就需要在“成果导向、以学生为中心、持续改进”理念指引下进行教学改革和研究 因此每个教学年度开始制
16、定课程大纲拟定培养方案到教学年度结束回顾过去利用本学年的考核数据资料分析本学年教学目标的达成情况然后根据达成度情况调整下一学年的工作重点持续不断地通过数据分析发现问题然后加以改进和调整使人才培养过程形成闭环 利用管理系统对学生各环节的痕迹记录为学生画像可通过数据统计的手段来分析是否达到预定的教学目标 数据抽样分析对比如图 所示可以看出同一门课程经过 年的建设在加入预习考试要求加重实验操作权重引导学生向着培养目标要求的既定方向发展后达到预定的人才培养目标.在保证教学质量的前提下持续提高教师的教学水平建设和使用信息化课程 现行实验指导老师的指导面过于狭窄知识体系陈旧信息化实验室对实验教师的实验指导
17、能力有了更高的要求 实验教学过程中实验的涉及面将会更加宽泛学生碰到的问题多种多样尤其是专业性强的研究性实验指导的难度会更大实验指导的工作量被大大加重 这就需要实验指导教师不断加强对新技术、新知识的学习不断提高自己的业务能力和综合素质进而更好地为学生服务建设和使用信息化课程资源学生图 目标达成度对比武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月可以随时利用网络和手机等终端设备实时下载或是在线学习、在线提交实验报告、互动交流讨论、在教师的把控下学生充分把控课堂 学生关注实验资源数据的不断变化教师可根据这些数据合理安排实验项目学时分布和及时更新实验项目 实验教学信息化改革助力后疫情背景下的线上线下双空间
18、实验教学.信息化教学背景下的虚拟仿真实验资源建设以实验教学信息化改革为抓手将所有实验教学资源信息化所有实验电路都可进行 仿真如图 所示 对部分考察操作规范的实验项目进行了虚拟仿真资源建设后台对虚拟仿真实验项目的成绩详情进行统计可以分析出学生得分情况进而可以有针对性地采取应对方案 平时以线下实验为主线上实验为辅形成了线上资源作为预习手段和重要训练方式与线下实验相结合的双空间实验教学模式.疫情防控常态化背景下的线上线下双空间教学模式建设 年 月教育部应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作领导小组办公室针对新冠疫情对图 虚拟仿真实验项目高校教学的影响发布了关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管
19、理工作的指导意见(教高厅 号)明确指出要利用在线教学资源和实验资源平台积极开展线上授课和线上学习等在线教学活动保证疫情防控期间教学进度和教学质量实现“停课不停教、停课不停学”为应对疫情对实验教学的影响年春季学期将所有的实验内容全部转移到线上并实践探索出了一种全新的线上实验教学模式如图 所示图 线上线下实验教学流程 结论()在满意度和效率方面经过两年的教学改革实践和 年疫情期间的线上实验教学实践在满足实验教学大纲和人才培养计划的前提下已经在 个院系的 余个班的 余名学生中运行 运行平稳完全满足灵活排课需求未发生一次因时间冲突导致的选课失败案例师生满意度达到了 实验场地和实验设备的使用效率提高了一
20、倍()在教师能力提升方面信息化管理的实验室对实验教师的实验指导能力有更高的要求改变教师的教学建设和使用信息化课程研究方式教学手段方法的改革新的实验教学的过程中实验涉及面将会更加的广学生遇到的问题多种多样尤其是专业性较强的研究型实验教师的指导难度会加大实验指导的工作量会加重 这就需要实验指导教师不断学习加强新技术、新知识不断提高自己的综合素质和业务能力进而更好地为学生服务 教学团队自身也在改革中取得了成绩包括第八届全国高校电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛中南赛区二等奖第九届全国高校电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛中南赛区一等奖、国家三等奖等等 教师个人受到学生的欢迎教学案例的设计获得同行
21、的肯定()在学生能力培养方面在培养学生实验能力方面层层递进、全流程把关提高了培养学生第 卷 第 期罗 强等:后疫情时代电子技术实验信息化教学改革研究的质量 录制教学视频共计 小时电子化实验报告 份题库 个试题 题并且还在持续更新中 经过基础实验课程的培养 年获湖北省特等奖 项、一等奖 项、二等奖 项、三等奖 项 年获全国一等奖 组、全国二等奖 组湖北省一等奖 组、湖北省二等奖 组、湖北省三等奖 组 完全实现线上线下两套实验流程落实停课不停学做到教学质量标准不降低教学效果有保障参考文献:国家中长期教育改革和发展规划纲要(年).实验室研究与探索():.夏定元张家亮王永圣等.虚实结合的实验教学平台助
22、力创新人才培养.实验室研究与探索():.杨宗凯吴砥郑旭东.教育信息化.:新时代信息技术变革教育的关键历史跃迁.教育研究():.胡仁杰韩力庄建军.电工电子实验教学建设成果集萃().南京:东南大学出版社:.张霞张阿宁徐丽琴.工程教育专业认证背景下“电子技术综合设计”课程改革的探索与实践.黑龙江教育(高教研究与评估)():.卢孔宝.以创新人才培养为核心的实验室开放模式研究与探索.实验技术与管理():.安涛何宇廷王珏.新形势下军校实验室的开放与管理.实验室研究与探索():.杨宗凯.教育信息化.:颠覆与创新.中国教育网络():.():.别玉涛王晓光朱卓等.新工科背景下开放性创新实验室的探索与实践.实验室
23、研究与探索():.张薇薇戢小亮徐静萍.基于 理念的电工电子实验教学研究.物联网技术():.钱银.电子技术实验教学模式的改革.科技创新导报():.熊文.新形势下自动化专业创新教育探究.产业创新研究():.吴洁徐伟男范世东等.新工科背景下虚实一体多目标实验体系研究.武汉理工大学学报(信息与管理工程版)():.闫国栋吕绍武张作明等.生物化学实验线上线下混合式“金课”的建设与思考.生命的化学():.常建华张秀再.基于 理念的实践教学体系构建与实践:以电子信息工程专业为例.中国大学教学():.惠振阳夏元平程朋根等.疫情防控背景下地方高校混合教学模式研究.大学教育():.:.:.武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月
