电子电路实验课程在线实验改革探析

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【摘要】模拟电子电路实验教学在工科实验教学中处于重要的地位，受肺炎疫情影响，线下实验教学难以正常开展，在此背景下探索基于图形化编程LabVIEW的NI在线实景实验课程改革，从实验项目、实验方式、实验考核方面内容对传统实验教学模式改革进行探索。以此来应对解决疫情情况下的实验教学问题，实践表明，该改革有效减少实验室实际硬件投入，增加学生重复实验的时间，提升学生的实践能力，保障了疫情期间模拟电子电路实验教学的效果。

【关键词】工科实验教学；在线模拟；图形化编程；实验教学模式改革

1模拟电子技术实验在线实景实验课程改革方案背景

1.1疫情背景促进改革

2019年年底，我国多地发生病毒肺炎疫情，病毒传播途径极为多样，为阻断疫情向校园蔓延，国家大力积极从源头管控疫情传播途径，对于高校尤为重视，2020年1月27日，教育部通知延期开学[1]，2月12日，工业和信息化部联合通知延期开学期间“停课不停学”有关工作[2]，2月28日，教育部党组通知部署统筹做好教育系统肺炎疫情防控和教育改革发展工作[3]。高校要结合本校实际情况，在延期开学期间高度重视、认真做好“停课不停教、停课不停学”工作，制定在线教学方案，开展教学内容改革和教学模式与方法创新。

1.2专业建设高质量发展需求

科技发展日新月异，社会对人才的需求在不断变化，莆田学院在专业建设工科学生人才培养方案里明确指出培养和提升工科学生的实验操作技能和实践技能，教师在开展实验教学必须紧紧围绕此主题来优化教育理念。目前，莆田学院机电工程学院模拟电子电路实验教学中，模拟电路实验箱、信号源、示波器等实验器材比较陈旧，行业电子产品更新换代速度快，如果高校紧跟社会企业需求变更，实验设备经费方面面临困难，在线实景实验室利用虚实结合的优势，采用项目模块化思路，可以有效解决这个问题，因此改变传统的教学模式，建立在线实景模拟电路教学体系，对培养创新意识和综合实践能力具有重要意义[4-6]。

2基于图形化编程的LabVIEW的NI在线实景实验室

计算机、网络通信技术的发展与应用不仅改变了传统的教学形式和内容，也改变了实验教学的模式[7]。在线实景实验室借助当今飞速发展的网络技术，智能化技术，物联网技术的优势，基于图形化编程语言LabVIEW，采用C/S（Client/Server）架构。将实验仪器集中于服务器端，学生端只要一台与服务器处在同一子网的计算机即可远程接入实验系统。服务器端接受学生端的实验请求，控制实验仪器硬件设备进行实验，并将实验结果返回服务器端，服务器端再通过返回实验参数的形式将实验结果返回到学生端，同时用摄像头实时观测现场实验进展。从而实现实验仪器和数据的共享。利用上述优势，在模电的实验教学中使用虚拟仿真和远程实景实验室，得以有效解决疫情期间实验教学的问题，并以此促进理论与实践的有效结合[8]。

3模拟电子技术实验在线实景实验教学模式改革内容

3.1在线实景实验课程内容设计

传统模拟电子电路实验教学中，开展的实验项目类型一般是验证性实验，入门基础是实验器材的使用，包括使用万用表、示波器、信号源等，测试各种导线、二极管、三极管的基本特性，然后是实验箱模块化组成的几大基本模拟电路实验，包括集成稳压器、晶体管单管放大器、集成运算放大器、负反馈放大器等。在线实景实验课程打造的项目库涵盖了所有这些实验，通过软件和服务器集成优化了这些实验，将线下实验照实搬到线上，虚实结合，通过远程登录平台，学生按照老师教授的方式学习体验线上课程的特点。主要内容如表1所示。

3.2在线实景实验课程设计学习方式

在线下实验课程教学中，教师根据大纲组织一堂课，先向学生介绍该次实验的实验原理、实验目的、实验方法，然后学生按照老师教授的实验步骤有序地来完成一次实验。线上课堂遵循这个基本的教学准则，结合线上教学的属性，在疫情背景下满足学生在远端随时、随地、完成课程实验，以此来制定教学方法。第一，线上课前预习。利用学习通平台，在相应实验项目模块上搭建相应课程，结合课程建立实验课程项目库，为此团队充分准备了预习阶段丰富的课程资源，从学生的角度出发，抓住学生初接触对实验室的新奇，对设备的好奇。任课教师团队准备了素材丰富的PPT对每个实验进行视频录制讲解，在视频中设置简单基础的问题导向。跟着问题走，按图索骥，做到保证看完视频的同学能够初步掌握该节实验原理。第二，虚拟仿真体验式预习。教师于服务器上搭建安装了纯虚拟仿真实验平台，学生登录账号即可进行第二步体验式预习，这个环节，针对每个实验，每个节点都设置了目标实验的实验值和相应波形情况。学生只要熟悉了基本的设备操作，都能相对应的在仿真平台上熟练的操作。举个实例，实验室用示波器的型号是DS5022M双踪数字示波器，仿真平台上相应的可以调出该型号的示波器，且使用方法完全一致，学生根据老师指导的使用方法，加强训练，后期进入线下实验，完全不会有陌生感。第三，在线实景实验室实际操作体验。这一设计主要锻炼学生实验操作能力，在仿真实验平台的基础上，学生端通过浏览器运行操作平台时，进入在线实验，系统自动分配硬件资源，实验平台根据用户命令自动搭建真实的实验电路（集成稳压器，晶体管单管放大器，集成运算放大器、负反馈放大器），再利用基于浏览器的虚拟仪器（双踪通道示波器、函数信号源、三用表等），训练仪器操作，实时测试各个点的波形及电信号，将测量数据通过服务器实时回传给客户端，学生通过浏览器调阅实验课件了解实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤、实验注意事项，上传实验电子报告。系统即时反馈结果，有助于辅助学生自我分析改进。

3.3在线实景实验课程考核

在分析研究传统的“模拟电子电路”课程考核体系以及当前疫情严峻形势下教学要求的基础上，采用“以学生在线实景实验操作过程体验为主线，以实验数据作为参照目的”的课程实践考核思路，对学生进行考核。考核时对实验原理，实验目的、仿真测试、实验电路制作、实验结果等多方面的逐项验收点评，参照分步式学习过程，设置成预习阶段、仿真阶段、实景操作，给定比例，按照比例给出最后的综合成绩，对每一个阶段的完成给出相应的实验项目成绩，并对项目完成情况设置得分等级：A—优秀，B—良好,C—中等，D—及格，E—不及格。具体见表2。

4在线实景实验课程改革教学效果分析

4.1课程改革教学成效

在线实景实验的一个重要特点是把实验室搬到互联网，最终的一个目的还是以培养学生的实践能力为主，通过整个课程的教学回顾，主要效果有以下几个方面：（1）线上课程的灵活性以及系统操作的便捷性，满足学生自由安排实验时间，不断巩固实验内容，极大地激发学生主动参与实验的积极性，满足学生个性化的教学要求。（2）对课程的关注度，讨论度明显提高，后台统计数据显示学生观看预习视频的次数和回答问题的积极性较高，该部分有助于学生扎实理论基本功，从虚拟仿真及在线实景实验平台的访问次数反映学生对该实验课程的投入时间，该部分操作能有效地帮助提高学生的动手能力。（3）课程考核成绩显著提高，过程化考核机制，避免唯分数论，提高实验操作过程的考核分数，似乎更能激起学生主动性和求知欲，学生平均成绩基本为良。相比前几届线下实验平均成绩为中上提高不少。

4.2课程改革教学不足

在线实景实验课程对于培养应用型本科高校学生的实验技能提升有明显的推动作用，但是对于理论基础知识的系统性反馈还是有所欠缺，学生在实验过程中常常暴露理论知识的严重不足，这方面的能力有待提高。此外，线上实景实验实验项目之间的关联，项目库的完善还有待进一步地改进。

5结语

在线实景实验实验教学方法借助当下先进的硬件设备，基于图形化编程语言，采用C/S（Client/Server）架构的软件平台系统，综合了理论、仿真和实际芯片知识。在疫情期间，由于受课时、仪器设备、教学场地、教学资源和远程教学的影响，通过虚实结合的远程实时实验教学方法能够实现“停课不停学”的教育方针，同时为传统实验教学改革提供一种行之有效的方向。

作者:王富铮 谢海鹤 陈军 单位:莆田学院机电工程学院