“新工科”背景下新型混合式“电工学”实验教学模式探索.pdf

193 科学视界/2023年8月(上)教育科学研究与实践“电工学”是工科高等院校针对非电类专业开设的一门关于电学知识的重要技术基础课程，着重讨论电工技术和电子技术的基本概念、基本分析方法和基本工程应用。由于其课程内容繁多、知识面广，只以理论“填鸭式”教学很难取得理想效果，为激发学生学习兴趣，拓宽学生视野，提高学生动手能力和工程实践能力，目前各个高校普遍以“理论+实验”的教学模式进行。随着“新工科”建设的提出，高等教育进入崭新阶段，未来对综合性人才的需求也不断提高，实验教学在高等教育中越来越重要，改善实验教学质量既符合“造就精英，培养栋梁”的办学使命，也是满足“新工科”理念下培养高素质、高技能、全面型、综合性人才的有效举措。一、传统“电工学”实验教学模式分析传统的“电工学”实验教学模式主要以教师口述为主，忽略学生的接受能力和兴趣点，学生被动吸收，缺乏引导性，教学手段单一，课堂状态沉闷，课程形式枯燥乏味，教学效果并不理想。不利于培养学生的自主学习能力、工程实践能力和创新精神。设计性、综合性和创新性实验内容不足，缺少开放、自主式创新实验实践平台。同时传统教学评价单一、不利于学生学习兴趣的激发和创新能力的培养，这些都限制了课程的“创新性”“高阶性”和“挑战度”。（一）学生电学基础良莠不齐，教师缺乏有效引导“电工学”实验主要针对非电专业的学生，大部分学生的电学理论基础都比较薄弱。在这种情况下，当教师按照传统教学方式向他们传授理论知识、展示实验内容时，很多同学在实验初期就会把实验课程贴上神秘深奥、晦涩难懂的标签，在心理上产生抵触情绪从而对实验知识的接受也会存在明显的两极分化，极小部分同学能够准确快速地完成实验，而大多数同学照搬照抄，应付了事，在老师和同学的帮助下勉强完成实验。因此，实验教学应该增加一个通俗易懂、行之有效的引导方式，深入浅出，让学生易于理解与操作。（二）教学资源不足，教学手段单一，教学时间有限传统的“电工学”实验教学流程是：授课老师在课前将实验指导书分发给学生；课上由教师讲解实验原理、实验目的以及实验内容，并依次介绍实验设备以及使用方法。之后学生会参照老师的演示，机械的复制操作过程。整个实验教学过程手段单一，资源匮乏，主要依赖实验教师的口述以及实验指导书。学生很难在有限“新工科”背景下新型混合式“电工学”实验教学模式探索张峰魁1 张巧芬2 张勤进1（1.大连海事大学 轮机工程学院，辽宁大连，116026；2 大连海洋大学航 海与船舶工程学院，辽宁大连，116026）摘 要 本文秉承“以学为中心”，针对传统“电工学”实验教学的不足，结合“新工科”建设背景下的新型教育理念，提出一种以网络助学、虚实结合、自主实验、多元评价为一体的新型混合式实验教学模式。学校应依托开放式网络化实验教学平台，结合丰富多样的学习资源，引入多元化的教学手段，设置平等客观的考核机制，从而激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力，提高实验效率，改善实验教学质量。关键词 “以学为中心”；“电工学”实验教学；混合式教学；虚实结合中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1002-1221(2023)22-0193-03时要结合当代大学生的新特点，寻求课程教学的科学途径，紧跟时代节拍，不断改进教育方式方法，使材料腐蚀与防护课程教育通过多种优质途径应时的普及开来，真正取得教育的时效。参考文献：1 张惠,王辉,马永清等.材料的腐蚀与防护实践教学探索 J.化学工程与装备,2012,(01):177-178.2 邵艳群.案例教学法在“材料腐蚀与防护”课程中的应用探讨 J.高等理科教育,2003(06):102-106.3 张凤林.在理论和实践教学中培养和提高大学生综合能力的思考 J.广东工业大学学报(社会科学版),2008,8(S1):24-25.4 董玉华.腐蚀与防护专业课教改探讨 J.科技教育创新,2009(06):210.5 肖 红.案 例 教 学 法 探 析 J.中 国 成 人 教育,2011,(16):137-138.6 陈 武,梅 平,赖 璐.金 属 腐 蚀 与 防 护 课程 教 学 改 革 与 实 践 J.长 江 大 学 学 报(自 然 科 学版),2011,8(08):132-134.7 江莉,卫国英,葛洪良.材料腐蚀与防护课程教改探讨 J.中国科教创新导刊,2011,(29):74.8 徐同文，房保俊.应用型地方高校人才培养的必然选择 J.高等教育研究,2012,33(06):59-65.194 科学视界/2023年8月(上)教育科学研究与实践的时间内既熟悉实验器材的使用、理解电路的原理又掌握实验的重点。多数学生没有多余的时间思考实验的意义，反思自己的不足，实验效果会大打折扣。单一的教学手段、匮乏的教学资源不利于学生自主学习，影响教学效果。所以增加教学资源，丰富实验教学手段，提高实验效率，对实验教学意义重大。（三）设备陈旧，资源浪费，不易管理传统的“电工学”实验设备比较陈旧，实验场地和实验条件有限，实验设备数量甚至难以满足独立实验的要求，难以培养学生独立思考的能力和动手实践的能力。同时实验课程需要按照事先排好的课表，固定的上课时间进行，不同的实验课程需要不同的实验场所和实验设备。在非上课时间，实验室及实验设备空闲，而在上课高峰期，课程拥挤，排课困难，实验设备不足，不易管理。实验设备整体利用率低，资源分配不合理。传统的“电工学”实验采用纸质的实验报告，存在诸多缺点：一方面，实验报告由学生手写完成，占用课上时间，并且有些实验结果很难在实验报告上充分体现；另一方面，实验报告的批改和分析也会增加实验教师的工作量；再者，纸质报告不利于环保，保存过程还会浪费存储空间，增加管理成本。（四）考核机制不完善传统的“电工学”实验课程考核方法主要以结果为导向，只以最终计算、测量数据的准确性作为评分标准，而忽略过程评价，很难准确、客观、综合的衡量学生的整体表现。很可能会出现：有的学生认真对待整个实验过程，但是因为一时疏忽导致最终计算或者测量结果偏颇而获得较低的实验成绩；而有的学生为了应付了事，态度散漫，最后抄袭别人正确的结果，却获得了较高的实验成绩。这种忽略过程的考评方式显然是不公平的，不公平的机制也很容易打消学生学习的积极性，因此良好的评价考核机制可以有效的激发学生的主观能动性，一套完善的评价考核机制在实验教学过程中起着至关重要的作用。二、教学模式改革 秉承“以学为中心”，针对传统“电工学”实验教学方法的不足，结合“新工科”建设下的新型教育理念，本文探索一种以网络助学、虚实结合、自主实验、多元评价为一体的新型混合式实验教学模式，该模式以网络化、信息化的教学系统为基础，依托多功能、开放式的实验平台，设置合理、公平的评价考核机制，既改善了传统“电工学”实验教学的不足，又拓宽了学生的视野，充分激发学生的主观能动性，提高学生的学习兴趣。（一）网络助学网络助学，主要包括课程资源网站、雨课堂、课程预约系统及网络化实验教学平台。为了让学生更加方便地获取更多的学习资源，教学团队建立了完整的预习资源库和教学视频库，并设立专门的课程网站，提供网上学习资源；同时还建设了预考核习题库，学生根据课程需求在线完成预习，预习完成后，学生可以登录个人账号进行预习考核。这样既可以为实验课程学习奠定理论基础，还可以动态监测学生的预习情况，督促学生自主学习。与固定时间、固定内容的传统教学模式相比，新型的教学模式采用网络预约课程的方式进行。登录教学中心信息系统，即可进行线下实验预约。学生可根据实验室的开放时间、个人的学习情况灵活地预约课程，这既能高效地利用实验室资源，又能让学生自由地安排自己的时间。为了更好地服务、安排和管理学生实验，团队建设了开放式教学网络化管理平台，利用信息化手段，提升课程实验的开放程度和学生自主学习的能力。网络化平台的建设和应用全方位促进了课前课中和课后师生间的互动，大大提高了课程质量和效率。（二）虚实结合随着疫情时代的到来，单纯的线下教学已经不能满足防控政策和教学要求，而且单一的教学手段已不再适应“新工科”的新型教育理念，为了激发学生的兴趣，同时满足新环境、新形势下的教学要求，实验环节采用 Multisim 仿真实验+远程虚拟实验+线下实体实验结合的混合式教学方式。为了让学生认识仿真实验与实际实验的异同，团队采用了 net CIRCUIT labs 虚-实结合远程教学实验平台，它不同于一般意义上的虚拟仿真软件，是由 Emona公司开发的一套基于 FPGA 技术、实际物理电路的远程教学实验平台。该平台具备直观、友好的多媒体界面，学生利用互联网客户端，远程即可实施相关硬件电路的验证与实验，重现与现实硬件实验条件高度一致的实验环境。混合式实验教学流程如下：(1)理论课结束后，学生利用 Multisim 对实验案例进行仿真学习和验证，通过仿真实验深入理解理论知识，提前了解实验电路原理和实验器件，减少实际实验时电路搭建的错误率，提高实验效率。同时，Multisim可以将抽象的理论知识用计算机仿真真实地再现，能极大地调动学生的学习热情和积极性，变被动学习为主动学习。(2)Multisim 仿真实验完成后，学生利用 net CIRCUIT labs 远程实验平台进行实验验证，让学生体验实际电路与理论仿真的差异，做到学有所思，拓宽视野，积累经验。(3)线上实验考核通过后，进入实验室进行线下自主实验，缓解学生对于长时间学习理论知识的乏味感，让学生们亲自参与实操，强化知识理解，加强动手能力。作者简介：张峰魁（1990-），男（汉族），学历/职称：硕士、助理实验师，主要从事“电工学”实验教学，电机控制研究。195 科学视界/2023年8月(上)教育科学研究与实践通过上述实验方式的融合，引导学生独立实验，加深对理论知识的掌握，同时开拓学生的工程视野，提高学生理论联系实际的能力和实践能力。疫情期间，学生还可以不受地域限制，利用 Multisim 和远程实验系统，居家或者在寝室进行实验的虚拟仿真和远程验证。（三）自主实验以引导学生“学会自主学习”“学会做中学习”为目标，教学团队针对线下实验环节设计了引导式实验教学系统。该系统包括理论知识评测、设备仪器介绍、实验引导、实验结果展示与分析、实验总结、无纸化实验报告生成等环节，学生根据系统引导信息在规定的时间内完成相应步骤。自主实验流程如下：(1)学生通过自己的学号和密码登录实验系统，并选择要做的实验项目。(2)系统综合文字、图片、视频等多元化的方式向学生展示实验课程的要点、介绍实验器材的使用方法以及实验电路的原理。(3)进行实验前理论知识评测，巩固学生的理论知识，聚焦学生的注意力。(4)选择要做的实验项目，学生根据系统的指示，一步一步参照引导信息完成实验项目。在实验过程中，每个步骤均有合理且易懂的指示，引领学生自主实验。(5)实验项目结束后，系统依据实际的实验数据以表格、曲线图等形式直观地展示实验结果，帮助学生分析实验过程中的不足之处。(6)填写电子版实验总结，回顾整个实验过程，反思不足，反馈问题，抒发感受，凝练所获。(7)整理桌面，拍照上传至系统，并作为评价考核的一部分，培养学生自我管理能力。(8)系统将学生整个实验过程的数据自动保存、生成格式统一的电子版实验报告，自动上传至服务器，做到查有可寻，随时可阅，节省课上时间，减少教师维护工作。整个实验过程均在实体装置上进行，实验数据实现一键式获取，实验引导、数据检测、综合评价等环节均由系统软硬件、数据通信自动完成。整个过程实验教师“零”参与，引导式教学替代灌输式教学，有助于提高学生的动手实践能力。同时过程性评价取代传统的结果评价，每个环节均需考核，在实现助教的同时更助学。4.多元评价新型混合式教学模式，设立更为合理的考核机制，其综合了预习评测、实验过程、实验结果以及实验表现等多个因素，形成了多元化、全方位的过程性评价体系。详细的考核内容如表 1 所示。三、实践效果采用新型混合式实验教学模式后，在实际教学中取得了较好的效果，先后服务全校 12 个非电类工科专业，7000余名学生直接受益，据统计，自改革以来“电工学”实验通过率 100%，实验完成效率提升约 40%，实验平均成绩提升近 20%，教学效果有显著改善。同时，借助此次改革，教学团队获辽宁省教学成果二等奖，实验室获批辽宁省实验教学示范中心，实验建设入选中国高等教育学会校企合作双百计划典型案例，团队教师参加相关教学比赛获得国家级三等奖1项，省一等奖一项，省二等奖 2 项。四、结语本文以“新工科”建设背景下新型教育理念为指导，以激发学生学习兴趣，改善实验教学质量，培养工程人才为目标，在改善教学资源、丰富教学手段等方面，对传统“电工学”实验教学模式进行改革，探索一种以网络助学、虚实结合、自主实验、多元评价为一体的新型混合式实验教学模式。通过丰富教学资源、优化教学手段，建设教学系统，完善考核方式等方法，提高“电工学”实验教学质量，为培养“新工科”背景下创新性、工程性、综合性人才打下坚实基础。参考文献：1 张雅楠,吴迪,张姗姗.实验教学多样化改革研究 J.中国现代教育装备,2019,26(15):77-78.2 白燕燕,胡晓霞,陈洁浩,楚鑫源.基于 EDA 技术的电工电子实验混合式教学模式研究 J.科技论坛,2021,53(22):135-137.3 桑林,付强,张增凤.电工与电子技术实验翻转课堂教学模式的研究 J.高教学刊,2020(9):75-77.表 1 考核明细考核序号考核项目分值比重考核内容培养能力考核手段1预习评测10%能够通过预习评测系统的题目考核自主学习能力预习评测系统2理论评测10%能够通过实验前理论评测的题目考核巩固理论知识实验教学系统3实验环节55%1.线 上 实 验：能 够 正 确 使 用 Multisim 软 件、net CIRCUIT labs 虚-实结合远程教学实验平台完成老师发布的实验任务，正确地搭建电路并测量数据2.线下实验：按照引导式实验系统，自主完成实验自主学习能力、动手实践能力、理论联系实际能力实验教学系统4实验总结10%按照要求正确、简练地书写实验感受和体会归纳总结、反思自省能力实验教学系统5桌面整理5%按照要求清理桌面，并正确拍照上传自我管理能力实验教学系统6实验表现10%实验态度积极，面对问题能主动思考并寻求解决办法积极上进、认真严谨的态度实验教师打分