模拟电子技术实验课程数字化教学模式研究与实践

摘"要：在教育数字化转型背景下，使用雨课堂、学习通、口袋实验箱等智慧教学工具助力课程建设，提出模拟电子技术实验课程的教学模式改革。以该课程实验项目“常用仪器使用与共射极单管放大电路性能指标测试”为例，探索遵从认知规律、分层引导的教学方法，从无故障共射极单管放大电路PCB测试环节设置、预习测试设计、实际操作评价、实验报告重构等方面进行阐释。结果证明，数字化融入实验教学改革有助于学生感受知识的显性应用和师生数字素养的提高。关键词：模拟电子技术实验；数字化教学模式；实验教学；口袋实验箱；电路故障识别0"引言教学模式是在一定教学思想和教学理论指导下建立起来的、较为稳定的教学活动结构和程序[1]。教学模式的核心在于环境的创设，主要依据学生的学习需要、过程和结果进行分类。数字化是未来课堂主旋律，数字化内含了对“培养什么人”的新设定，即要有数字思维和数字素养，它们既属于学生也属于教师[2]。数字化课堂的任务是通过探索育人逻辑，把数字化变成教育化，走出数字化课堂之路[2]。实验课程教学应理解课程本身，建立与理论课程的联系，建构意义，让学生走出课本，感受知识的显性应用，二次加工和整合知识框架，夯实基础[3]。借助智慧教学工具，研究数字化教学模式，帮助学生建立个性化和多元化的学习路径，采用“普适设计+心动设计”策略，提升学习资源的质量，促使学生产生“行动”的欲望，从而保证实验课堂中基础知识与核心技能传授的有效完成[4]。1"实验教学中存在的问题模拟电子技术实验课程是电子类专业工程基础课模拟电子技术基础的配套实验课程，安排16学时，共8个实验。本文通过数字化教学模式研究，主要解决课程执行过程中的几个核心问题。1）典型模拟电路的搭建和问题调测需要一定的理论基础，学生一般上手较难，需要更为合理的引导，比如实际元器件的识别、电路结构的理解、理论值计算过程的翔实表述以及故障识别与排除方法的选择。2）本实验课程前两个实验中，学生对常用仪器使用不熟练，虽然设有虚拟仿真实验，但实际电路搭建、动态参量调测阻碍较大，整体完成率不高，影响课程进程。3）每次实验数据的分析不翔实、表格结论不确切，需要更为合理的引导。2"数字化教学模式的构建与实施实验课程有其内在逻辑，任一关键部分都包含足以重构反映整体的必要信息，而教学行为就是一束光，通过照射可以以微知著[5]。所以，本门实验课充分重视第一个实验项目，让学生从中习得实验课程的内在逻辑、观察与解释的规则，向其展现实验的全貌。以前的模拟电子技术实验课程中“常用仪器使用”和“共射极单管放大电路性能指标测试”分别是第一和第二个实验，本次数字化教学模式研究将它们结合在一起，作为本实验课的第一个项目——“常用仪器使用与共射极单管放大电路性能指标测试”，共4个学时。2.1"设计理念1）借助口袋实验箱及其仿真软件、雨课堂、学习通等智慧教学工具，变以往传统的教学模式为数字化教学模式，通过网络平台实现课程全程环节的闭环操作，更好地促进师生互动。2）建立教学框架，通过对实验内容分层次的引导，从无故障共射极单管放大电路PCB到口袋实验箱上自行搭建的共射电路的基本参数测试，增强学生对实际元器件识别、电路搭建、理论值计算、故障识别与排除以及仪器使用的熟练度，激发学生在实验中的能动性、参与度和学习兴趣，提升科学认知，支撑认知过程，体现个体化差异。2.2"构建内容本项目安排两次课共4学时，第一次课是常用仪器使用和共射极单管放大电路（一），第二次课是共射极单管放大电路（二），如图1所示。雨课堂用来发布预习测试（填空题形式）、虚拟仿真实验样例和虚拟仿真测试结果（主观题形式）；在学习通上发布口袋实验箱仿真软件使用方法、实验电路搭建与参数调测视频、电路故障识别与排除方法PDF、共射极单管放大电路PCB测试步骤说明PDF文件和电子版实验报告样本；在QQ上建立的实验班级群负责师生的课外联系和仿真、实验报告问题答疑。2.2.1"共射极单管放大电路PCB参数测试环节遵从认知规律，采取多种举措来提升和支撑学生有效的认知过程，从简单到复杂，将熟练常用仪器使用与共射极单管放大电路PCB参数测试相结合，提升学生对无故障电路参数、特性的认知，提升电路参数测试完成率。这对于学生在第二次课上用口袋实验箱自行搭建电路的故障排除和其他参数测试有正向帮助。江苏理工学院电气信息工程学院自制PCB如图2所示。以往每次实验课每位教师需要指导40位学生，为提升教学效果，PCB参数测试实施时会安排两位教师相互配合，一个讲解步骤，一个一对一答疑、指导。同时，学生可以随时查阅课前发布的共射极单管放大电路PCB测试步骤说明，自主学习。2.2.2"预习的分层引导为了更充分地利用实验课课堂时间，在课前增加了雨课堂形式的实验预习测试，打破理论知识储备和电路实操之间的壁垒。预习测试中加入电路结构判断、元器件识别、电源选用、静态工作点调节、实验仪器选用、电路理论值（静态参数、动态参数）计算、电路故障识别、实验注意事项等环节，引导学生一步一步熟悉实验电路和参数测试方式，提醒实验电路共地问题、仪器使用注意事项等。本项目的预习测试共17题，在每次实验前一周发布，并设定截止时间和答题时长。本项目中第二次课的部分预习测试题目如表1所示，对应的雨课堂预习测试样例如图3所示。这样可以减少课堂上教师检查学生预习情况的时间，也为过程性评价提供了便利[6]。学生在预习时还要完成虚拟仿真实验，参考雨课堂上已发布的虚拟仿真实验样例与任务PPT，用口袋实验箱搭建电路并进行简单的数据测试，再将结果照片或截图上传至雨课堂布置的主观题里，由教师在线批改并及时反馈。预习测试和虚拟仿真实验将实验教学空间延伸到实验室以外，将实验教学时间延伸到“八小时”以外，极大地拓展了实验教学的时间和空间，为学生循序渐进的认知过程和渐进性的能力养成提供了必要条件[7]。2.2.3"课堂实际操作评价为了提高教师的实验课堂指导效率，需要对实验课程内容架构进行分解，划分成小知识点。例如，课前在学习通上发布实验电路搭建微视频、参数调测微视频、电路故障识别与排除方法PDF和典型样例图片，如表2所示，提供学生随时参看，有助于其自行分析、解决较简单的电路问题。这使得学生有了一对一指导的教师，如果遇到微视频及配套资源无法完成的实验任务，再让教师进行针对性指导[8]。有了学习通的辅助教学，教师就能有时间进行课堂实际操作评价，即根据每个实验的任务点设置检查点，对每个学生完成的时间和各参数测试情况进行记录。课堂实际操作评价标准为班级前10%为优秀、11%～30%为良好、31%～60%为中等，其他的为及格，未完成任何参数测试的为不及格。2.2.4"电子版实验报告样本不再选择通用的实验报告本，而是重新编写本实验课程专用的电子版实验报告样本，对以往学生实验数据分析不翔实、表格结论不确切的情况进行更为合理的引导，例如在学生应重视的直流通路、微变等效电路绘制、理论值计算、每张表格的数据分析、实验结论、思考题处留白，让学生关注得到实验结果的全过程，思考测试方法、影响因素，真正掌握科学的实验方法。电子版实验报告样本通过学习通推送，学生可随时下载，且需要填写的部分较以往大为简化。2.3"实施过程本项目分两次课进行，都包含预习测试、仿真实验、实际操作和实验报告四部分，如表3所示。第二次课的实验实施进程与第一次课相似，只是在预习测试、仿真实验、实际操作环节中都增添了对查找、排除电路故障问题的思考与实践，以提升学生对电路故障的识别、分析、排除能力。3"实验实施效果通过研究第一个实验项目的数字化教学模式，并应用到其他实验项目中，提高了学生对理论知识的理解和重视，解决了模拟电子技术实验上手难的问题，使学生初步掌握实验电路反思的方法和技能，能够结合实验报告的撰写更关注实验全过程。工程认证的课程目标达成度分直接评价和间接评价，间接评价是学生对课程知识学习的自我评价。本课程通过发布雨课堂调查问卷获取学生的间接评价并进行分析。对比2022年和2023年秋季学期的数据可看出直接评价数值提升2%～4%，间接评价数值提升10%～17%，说明数字化教学模式有助于学生的学习，学生也认可数字化教学模式改革。4"结束语模拟电