姚麗娜 潘楊 李云紅 張燁 蘇雪平

關(guān)鍵詞：電子信息類；線上線下融合；遠(yuǎn)程訪問；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 引言

2020年，為了保障高校課堂教學(xué)的正常進(jìn)行，教育部發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》[1]。全國各個(gè)高校積極貫徹落實(shí)，學(xué)校組織師生有序開展在線教學(xué)，師生齊心協(xié)力保障課堂及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開展。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校工科專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠使學(xué)生深入理解理論知識(shí)，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力、動(dòng)手操作能力及創(chuàng)新實(shí)踐能力[2-4]。學(xué)校電子信息學(xué)院電子信息類專業(yè)包括電子信息工程、通信工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)，這類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)中，均對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力有一定的要求[5]。疫情期間，傳統(tǒng)的線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法正常進(jìn)行，為此教育部組織在線教學(xué)平臺(tái)免費(fèi)開放401門國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程。但是由于各個(gè)高校同一專業(yè)同一課程的教材、教學(xué)目標(biāo)及大綱不同，尤其是專業(yè)核心課程，因此大部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程不能完全與各個(gè)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱匹配[6]。為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)按照專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱進(jìn)行，針對(duì)軟件仿真類實(shí)驗(yàn)，本文提出了騰訊會(huì)議+學(xué)生遠(yuǎn)程操控實(shí)驗(yàn)室電腦的線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教師提前調(diào)試好實(shí)驗(yàn)室電腦，課堂上學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程連接實(shí)驗(yàn)室電腦完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，教師可以實(shí)時(shí)觀測到每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，教學(xué)效果良好。

2 電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

在國家人才培養(yǎng)機(jī)構(gòu)體系中，電子信息類專業(yè)是本科專業(yè)體系中的重要組成部分[7]。電子信息類專業(yè)是工程技術(shù)性很強(qiáng)的工科專業(yè)，為了使這類專業(yè)的畢業(yè)生更好地為人類社會(huì)服務(wù)，必須將理論工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子、通信設(shè)備、產(chǎn)品及系統(tǒng)，并對(duì)這些設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)[8]。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)電子信息類各專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑，必須發(fā)揮其有效優(yōu)勢(shì)。

2.1 專業(yè)課程設(shè)置

電子信息類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是在電子工程、信息工程、電磁場與微波技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信等方面培養(yǎng)具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、寬廣的知識(shí)面、較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、科學(xué)研究能力和工程實(shí)踐能力的高級(jí)工程技術(shù)人才[9]。學(xué)校電子信息學(xué)院電子信息類專業(yè)的主要課程包括電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、通信原理、現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、現(xiàn)代DSP技術(shù)、信息論基礎(chǔ)、FPGA應(yīng)用及開發(fā)技術(shù)、電磁場與電磁波、自動(dòng)控制原理、傳感器技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課程，同時(shí)還設(shè)有多種專業(yè)綜合實(shí)踐及工程訓(xùn)練課程。

2.2 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

1） 線下課堂教學(xué)

電子信息類各專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前最主要的教學(xué)模式仍然是線下課堂現(xiàn)場教學(xué)，這種模式具有不可替代的地位和優(yōu)勢(shì)。線下教學(xué)不僅需要一定的場地、空間、儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)室管理人員，而且還要保證實(shí)驗(yàn)室的安全等，同時(shí)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)的技術(shù)理論的不斷更新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也要進(jìn)行相應(yīng)的改革創(chuàng)新，這就需要及時(shí)更新儀器設(shè)備，這樣才能使學(xué)生更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展[10]。疫情的暴發(fā)使得傳統(tǒng)的線下實(shí)驗(yàn)不能正常進(jìn)行，需要采用線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[11-12]。

2） 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

由于線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到場地、空間、經(jīng)費(fèi)及設(shè)備等方面的限制，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有效途徑[13]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程建立在一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境之上，注重的是實(shí)驗(yàn)操作的交互性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真性。虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)將有效緩解很多高校在場地、設(shè)備等方面面臨的困難，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)時(shí)空的限制，無論是學(xué)生還是教師，均可以自由、隨時(shí)隨地進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。目前全國已建立多個(gè)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，為線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有效的平臺(tái)。

3 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

盡管虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與各個(gè)高校的專業(yè)實(shí)驗(yàn)大綱不匹配，尤其是部分專業(yè)核心課程，因此依據(jù)學(xué)校電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，針對(duì)軟件仿真類實(shí)驗(yàn)，本文提出了騰訊會(huì)議+學(xué)生遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦的線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，具體流程如圖1所示。

3.1 騰訊會(huì)議+遠(yuǎn)程訪問線上實(shí)驗(yàn)方案

電子信息類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)大部分均可以使用軟件工具進(jìn)行仿真，針對(duì)軟件仿真類實(shí)驗(yàn)，采用騰訊會(huì)議+學(xué)生遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦的線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，解決了在線教學(xué)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與本校實(shí)驗(yàn)大綱不匹配的問題，保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開展。

課前，首先學(xué)生需要在個(gè)人電腦安裝騰訊會(huì)議及遠(yuǎn)程訪問軟件，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室電腦安裝遠(yuǎn)程訪問軟件，實(shí)驗(yàn)教師記錄每臺(tái)電腦的遠(yuǎn)程訪問賬號(hào)和密碼。然后根據(jù)一定的規(guī)則為每個(gè)學(xué)生分配所訪問電腦的賬號(hào)和密碼，學(xué)生電腦及實(shí)驗(yàn)室電腦必須連接互聯(lián)網(wǎng)，否則不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。實(shí)驗(yàn)室預(yù)留部分電腦，預(yù)防個(gè)別電腦出現(xiàn)系統(tǒng)問題導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法正常進(jìn)行的情況。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，學(xué)生可在個(gè)人電腦和實(shí)驗(yàn)室電腦中自由切換，通過騰訊會(huì)議或其他通信方式與指導(dǎo)老師溝通實(shí)驗(yàn)過程中的問題，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可根據(jù)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況給出客觀的評(píng)分。課后，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果書寫電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師批改報(bào)告給出評(píng)分。

3.2 線上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程操控軟件以Teamviewer為例，課程以信號(hào)與系統(tǒng)中連續(xù)信號(hào)的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)為例。Teamviewer是全面的遠(yuǎn)程訪問、控制解決方案，能夠遠(yuǎn)程訪問位于全國各地的計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備，為學(xué)生永久免費(fèi)開放使用[14-15]。該軟件可以安裝于Windows、Android及macOS版本的設(shè)備，操作便捷，安裝方便，安裝成功界面如圖2所示，界面中有分配給本機(jī)的賬號(hào)和密碼，需要遠(yuǎn)程訪問此電腦的用戶在Teamviewer軟件界面中輸入此賬號(hào)和密碼，即可遠(yuǎn)程訪問此電腦。

由于學(xué)生個(gè)人電腦的型號(hào)、操作系統(tǒng)等系統(tǒng)兼容問題，Matlab安裝版本不同，甚至個(gè)別同學(xué)不能成功安裝該軟件，而實(shí)驗(yàn)室電腦軟件安裝版本統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)所需的軟件均已安裝，便于指導(dǎo)老師及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)中的問題，因此遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有利于提高線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦之前，必須保證實(shí)驗(yàn)室電腦全部連接到互聯(lián)網(wǎng)中，課前每個(gè)學(xué)生按照分配給自己的電腦遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦，分配的賬號(hào)密碼如圖3所示。

所有學(xué)生提前15分鐘遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦，課上實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師利用騰訊會(huì)議共享桌面的形式，為學(xué)生講解演示本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及注意事項(xiàng)，共享過程如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解完成后，學(xué)生們即可在各自連接的電腦上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場情況如圖5所示。實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可以實(shí)時(shí)觀測每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，并且能夠快速解決實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，與學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)過程無異，不同的是學(xué)生向老師提出問題的方式是通過騰訊會(huì)議、QQ群或者微信群實(shí)時(shí)提出。同時(shí)，指導(dǎo)教師也可遠(yuǎn)程訪問學(xué)生的電腦進(jìn)行其他問題的解決。

待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，指導(dǎo)教師現(xiàn)場檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)存在的問題提出現(xiàn)場指導(dǎo)，同時(shí)可對(duì)學(xué)生進(jìn)行問題質(zhì)詢，及時(shí)得到學(xué)生的答復(fù)，現(xiàn)場對(duì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作部分進(jìn)行打分，保證實(shí)驗(yàn)圓滿結(jié)束。課后學(xué)生及時(shí)向老師提交電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)總結(jié)

根據(jù)電子信息類專業(yè)的主要課程設(shè)置可以將實(shí)驗(yàn)分為四種：軟件仿真類實(shí)驗(yàn)、硬件類實(shí)驗(yàn)、軟件+硬件平臺(tái)綜合類實(shí)驗(yàn)、大型設(shè)備類實(shí)驗(yàn)，針對(duì)以上四種類型分別探討不同的線上仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

1） 軟件仿真類

例如數(shù)字信號(hào)處理、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理等課程，該類課程的實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行相關(guān)理論的驗(yàn)證及綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)，該類課程仿真工具使用Matlab軟件，Matlab軟件同時(shí)提供Simulink可視化仿真工具，因此線上實(shí)驗(yàn)可以采用騰訊會(huì)議+遠(yuǎn)程訪問的線上線下融合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

2） 硬件類

例如電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程，該類課程傳統(tǒng)的線下實(shí)驗(yàn)主要是利用實(shí)驗(yàn)箱或面包板進(jìn)行基礎(chǔ)定理的驗(yàn)證。EDA技術(shù)的發(fā)展為該類課程的線上實(shí)驗(yàn)提供了有效的平臺(tái)，常用的仿真工具為Multisim軟件，因此線上實(shí)驗(yàn)也可以采用騰訊會(huì)議+遠(yuǎn)程訪問的線上線下融合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絒16]。

3） 軟件+硬件綜合類

例如現(xiàn)代DSP技術(shù)、現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、FPGA應(yīng)用及開發(fā)技術(shù)等課程，該類課程涉及實(shí)驗(yàn)箱或開發(fā)板及對(duì)應(yīng)的軟件開發(fā)工具，因此線上實(shí)驗(yàn)可以利用相應(yīng)軟件開發(fā)工具的軟件仿真功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，例如CCS的Simulator功能，Modelsim仿真軟件，因此線上實(shí)驗(yàn)同樣可以采用騰訊會(huì)議+遠(yuǎn)程訪問的線上線下融合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。但是，并不是所有的?shí)驗(yàn)都可以利用仿真實(shí)驗(yàn)來代替，這類實(shí)驗(yàn)可以利用傳統(tǒng)的線下教學(xué)來補(bǔ)充，或者如果硬件平臺(tái)不需要復(fù)雜的連線，指導(dǎo)教師線下將所需硬件平臺(tái)連接好，學(xué)生遠(yuǎn)程訪問電腦進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。

4） 大型設(shè)備類

電子信息類專業(yè)大型設(shè)備類的實(shí)驗(yàn)課程不多，對(duì)于大型設(shè)備類的實(shí)驗(yàn)可以借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來進(jìn)行[17]。

以上類型的實(shí)驗(yàn)均可利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的平臺(tái)來進(jìn)行，但是由于學(xué)生的個(gè)性差異化，學(xué)習(xí)自覺性及主動(dòng)性不同，不能保證一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，因此仍然需要探索更匹配有效的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

5 結(jié)束語

電子信息類專業(yè)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐，是在疫情及互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的背景下，根據(jù)學(xué)校電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，針對(duì)軟件仿真類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并實(shí)踐的。騰訊會(huì)議+學(xué)生遠(yuǎn)程訪問實(shí)驗(yàn)室電腦的線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，解決了虛擬仿真平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與專業(yè)實(shí)驗(yàn)大綱不匹配的問題，實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)室對(duì)每一個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況可以做到了如指掌，克服學(xué)生在家學(xué)習(xí)的惰性，按照上課時(shí)間認(rèn)真有效地完成實(shí)驗(yàn)，深入理解掌握理論基礎(chǔ)知識(shí)，更好地將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，實(shí)踐表明該模式取得了較好的教學(xué)效果。