基于信息化平台项目式实验教学的全过程评价.pdf

物联网技术 2023年/第8期 人才培养Vocational Education1440 引 言近几年，许多教师将信息化教学平台应用于教学中并取得了较好的效果，比如在 2020 年抗疫期间借助信息技术构建的新型教学模式得到大规模的推广应用1，基于雨课堂的资源推送、任务发布、成果上传等功能实施的项目式课程混合教学2，将慕课与项目式教学相结合，使学生的实践能力和理论知识的学习相互补充3。实验教学承担着高校人才培养目标中解决复杂工程问题、锻炼工程实践能力的重要作用，但是目前的实验教学普遍存在小课时实验与实际工程问题脱节的情况，而基于复杂工程问题的项目式实验教学需要学生投入较多的精力、占用的学时也较多4-5。因此急需探索信息化教学手段与实验教学的融合方式，设计一两次实验即可完成，并且能锻炼学生工程实践能力的实验内容。为了激发学生实验课学习的动力，需要对实验过程的考核评价方法进行改革6，许多课程的实验教学对过程化考核进行了改革和研究7-10；教师对学生思维能力的培养是目前“优质课堂”最缺少的部分11，在实验教学中尤其应该注重学生思维能力的培养，以锻炼学生利用理论知识分析并解决实际工程问题的能力。“射频与天线”是电子信息大类专业重要的专业基础课程，不论是信息对抗专业还是通信、探测专业，只要是涉及信号无线传输的专业必然会用到“射频与天线”的相关知识。因此，“射频与天线”是一门与实际工程密切相关、工程性较强的课程。问题解决能力是工科生成为工程师的必备能力12，为了培养学生解决复杂工程问题的能力，“射频与天线”课程通常会安排一定课时的课内实验，比如 40 学时的理论课时加 16 课时（4 次）的实验教学。由于学生初次接触“射频与天线”，对一些基本概念如特性阻抗、输入阻抗、相移等的理解会有一定的难度，在设计型实验中不能运用这些知识对工程问题进行分析和调试。因此，需要借助信息化平台对小课时的设计型实验内容、实验实施过程进行优化设计，以锻炼学生运用理论知识解决实际工程问题的能力。1 基于信息化平台的项目式实验设计为了解决传统实验中学生按照给定的实验步骤“照葫芦画瓢”13的问题，“射频与天线”课内实验采用给定设计指标的项目式仿真设计实验。针对学生之间相互抄袭的问题，实验设计过程中采用关键指标与学生学号相关的方法14-15。在前期项目式实验教学的实施过程中发现，部分学生缺乏自主学习的主动性，在遇到问题时不会运用理论知识进行分析，无法按时完成实验，这些问题均是本实验设计期望解决的。自 2020 年春季学期大规模网课实施后，教师和学生都体会到了信息化教学平台的优势随时随地学习、学习素材的多样性、学习过程记录、及时反馈等，在“射频与天线”课内实验中尝试将信息化平台应用于实验教学的实施过程中，以解决前期项目式实验中存在的问题。基于信息化平台的项目式实验过程包括课前、课中、课后三个部分，如图 1所示。课前教师将实验要求、实验原理、软件的基本使用等内容以文档、视频的形式上传至课程的学习平台，并发送信息提醒学生在实验课前学习相关内容。课前学生需完成相关基于信息化平台项目式实验教学的全过程评价程春霞，杨 涛，孙文方，沈利荣，孙景荣（西安电子科技大学 空间科学与技术学院，陕西 西安 710126）摘 要：针对项目式实验教学的实施过程以及考核和评价中存在的问题，以“射频与天线”课程课内实验教学为例，设计逐步渐进的实验过程，引导学生主动思考；将信息化教学平台与项目式实验教学过程相结合，及时全面地反馈学生实验中的问题，便于教师指导实验，并对实验过程进行量化考核。实验中学生的实验态度和课后学生对实验的评价表明，这种实验教学方法调动了学生实验过程中的主动性和积极性，提高了课堂效率，培养了学生利用理论知识分析仿真结果，指导项目调试以解决工程问题的科学素养。关键词：信息化平台；项目式实验；实验教学；全过程评价；过程考核；成果导向教育（OBE）中图分类号：TP391；G642 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）08-0144-03收稿日期：2022-09-28 修回日期：2022-11-10基金项目：陕西省本科教育教学改革研究项目（21BY024）；陕西省高等教育学会2021年高等教育科学研究项目（XGH21060）；西安电子科技大学教学改革研究项目（C21142；B21028；JSFZ2022015）DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.0392023年/第8期 物联网技术人才培养Vocational Education145内容的学习，并根据实验要求提交预习作业。课堂中教师只需针对预习或前期实验中存在的共性问题进行集中讲解，实验过程中针对学生的个性问题进行个别指导，将有限的课堂时间留给学生进行实验项目的仿真调试。课后学生按要求提交作业，教师批阅并通过学习平台或 QQ 将作业中的问题反馈给学生本人，学生需要在下次实验课前更正问题并重新提交，每次作业允许学生提交 3 次，以最后一次提交作业的得分作为最终得分。图 1 基于信息化平台的项目式实验过程流程由于每次实验结束后每位学生需要上传自己的仿真模型，而且模型中的关键参数互不相同，因此每位学生必须按照实验要求完成理论计算、仿真建模和调试，这样就可以调动每一位学生学习的主动性。此外，通过将实验项目分解为每次实验的具体任务，统一全班的实验进度。另外，通过每次实验课后作业的批阅教师可以掌握学生的实验进度，了解学生存在的问题，而且作业可作为实验过程量化考核的依据。最后，项目式的实验报告中必须对仿真实验的调试过程进行分析，可以锻炼学生运用相关理论知识指导调试过程的工程实践能力。2 基于信息化平台的项目式实验教学实施与评价“射频与天线”课内实验采用项目式的教学模式，实验内容均选自于工程中常用的射频器件，学生根据给定的器件指标确定方案，建立仿真模型，并进行仿真调试。下面以微带功分器的设计为例，介绍基于信息化平台项目式实验的具体教学实施和评价。2.1 教学内容微带功分器是射频集成电路中常用的无源器件之一，许多实际项目中都会用到，具有实际的工程应用背景，其仿真设计和调试过程具有一定的复杂性，符合新工科、成果导向教育（Outcome-Based Education,OBE）等教育理念中“应用知识解决复杂工程问题能力”16的培养要求。微带功分器的设计过程涉及许多“射频与天线”知识点，比如特性阻抗、相移、输入阻抗、阻抗匹配等，而且这些知识对于初学者来说较难理解。若让学生按照指标要求一次实验课完成微带功分器的建模和调试，大部分学生在实验过程中会毫无目的地修改参数，甚至无法按时完成实验，达不到培养学生自主思考、运用理论知识解决工程问题的要求，更无法锻炼学生解决复杂工程问题的能力。因此，将微带功分器设计实验分成逐步渐进的 2 次实验：一是微带线的仿真与调试，二是微带功分器建模与调试。每次实验均有明确的实验目标，以确保功分器实验项目能按时完成。2.2 教学过程借助学习平台和 QQ 群，将局限于实验室内的实验课延伸到课堂之外，而且便于过程考核的量化、实验问题的及时反馈与解决。教学过程可分为课前、课中、课后三个阶段。（1）课前根据项目式实验的不同阶段，教师向学生推送不同的内容。第 1 次课前在学习平台上发布微带功分器项目的指标要求、微带功分器的原理、第 1 次实验课的实验内容、教师录制的计算和仿真软件使用视频资源。其中，功分器的指标包括与学生学号相关的中心频率、相对带宽、带内插损、输出端口隔离度、输入端口回波损耗。第 1 次实验课学生需要完成功分器所需不同特性阻抗微带线的仿真，具体内容包括每种微带线的线宽、线长。学生在本次课前需要根据各自的中心频率，完成微带功分器的理论计算，借助设计软件得到各微带线的线宽和线长，并在学习平台提交功分器的计算结果、各微带线的线宽和线长。第2次课前发布微带功分器仿真建模和调试的视频资源。学生在本次课前需要熟悉微带功分器的建模流程，确定隔离电阻封装尺寸，掌握仿真调试理论依据，并在学习平台提交微带功分器仿真模型的俯视示意图。（2）课中通过学生提交的预习作业了解学生的预习情况，对预习作业成绩不合格的学生加强课堂提问，以督促其下次课前认真完成预习任务。在课堂上，教师根据全班同学的预习情况有针对性地讲解重要知识点，提高课堂效率，将更多的课堂时间留给学生自主进行实验。每次课程结束前教师对学生本次实验结果进行验收并给予课堂平时成绩。（3）课后第 1 次课后学生需要将调试后微带线的线宽、线长以及仿真模型上传到学习平台上。教师重点检查模型及其设置是否有问题，比如地板、辐射边界设置中的某些错误对本次实验结果无影响，但对天线等远场辐射仿真的影响较大。针对这类问题，通过学生课后提交的模型可及时发现，并通过学习平台反馈给学生，同时通过 QQ 平台进行有针对性的个别指导。根据学生的作业提交情况进行打分，多次提交的以最后一次提交的成绩作为本次作业的成绩。物联网技术 2023年/第8期 人才培养Vocational Education146第 2 次课后一周内提交微带功分器的仿真模型和仿真设计实验报告，教师分别给予课堂成绩和实验报告成绩。实验报告中不是仅仅给出实验结果，而是重点展示运用理论知识指导实验项目的方案设计和调试过程。因此，实验报告的撰写可以锻炼学生的科研文献/论文写作能力，从报告中可以看出学生运用理论知识解决工程问题的能力。2.3 定量化的过程评价信息化平台的应用贯穿于项目式教学的全过程，既可以解决教师难以准确掌握每位学生实验情况的问题，又可以解决项目式实验教学的过程管理、量化考核问题。从实验过程来看，课前、课中、课后均对学生进行了考核，可以实现项目式实验教学的全过程考核。具体考核标准如下：平时成绩（20%）、课后作业（20%）、实验报告（60%），平时成绩包括学生的课前预习和课中验收两项得分，课后作业成绩以学生课后在学习平台提交的作业得分为依据，实验报告成绩按照统一的评分标准（设计指标、设计原理图、初始值、微带线调试过程和说明、功分器调试过程和说明、功分器最终设计尺寸、设计结果分析等得分点）进行评分。3 教学效果从学生的课堂表现来看，由于采用了量化的过程考核，积极参与实验、主动与教师交流的学生增多。教师也可以根据这些量化考核准确地掌握学生的学习动态，根据教学对象灵活调整课堂教学的重点。对 2019 级探测制导与控制技术专业共 31 名学生的“射频与天线”课内实验效果进行了问卷调查，如图 2 所示。其中建模仿真调试能力、实验报告撰写能力设置了“好、较好、一般、较差、非常差”五个选项，课程学习收获设置了“非常有收获、较有收获、有收获、收获一般、无收获”五个选项。结果表明：大部分学生认为自己使用射频/天线仿真软件对射频电路或天线部件的建模与仿真调试能力、实验报告撰写能力获得了较好的提升，绝大部分同学认为本课程的实验有收获。图 2 实验教学效果问卷调查4 结 语在项目式实验教学的过程中使用信息化平台可以调动学生主动学习的积极性，实验中引导学生运用理论知识分析并解决仿真中的问题，培养学生的科研思维能力，这些是学生今后在学习、科研和工作中必备的科学素养。正如学生在实验报告中写到的“本次实验极大地锻炼了我的独立思考动手的能力”“使我拥有了举一反三的能力，并不是单纯的只学会了怎么输入参数”“养成了更好的实验设计习惯，培养了逻辑思维能力”“从对软件的一无所知、无从下手，到对两个软件的熟练应用；从对原理的不理解，到逐渐对理论知识有了深入的认识”“本次实验是我做过的仿真实验中较为复杂、完整的一个实验，便于我学习实际的设计工作中所需掌握的基本流程和操作。实验过程循序渐进，将整个实验分成2 次小实验，再辅以每次实验之后的作业提交，能够在跟上实验进度的同时，还能及时确认建模和调试的准确、完整与否”，可见学生对这种实验教学过程是比较认可的，在实验中主动进行思考、运用理论知识指导调试过程，达到了项目式实验设计的初衷。注：本文通讯作者为程春霞。参考文献1 韩筠.以信息技术构建高等教育新型教学支持体系：基于抗疫期间在线教学实践的分析 J.高等教育研究，2020，41（5）：80-86.2 王杨.基于“雨课堂”项目化课程混合式教学的效果与评价 J.职教论坛，2020，36（2）：70-75.3 罗大兵，张祖涛，潘亚嘉，等.慕课与项目式教学相结合的工科类课程教学模式探索 J.高等工程教育研究，2020，38（2）：164-168.4 张璧，吴凤霞.基于“综合设计”课程的新工科教育探索 J.高等工程教育研究，2020，38（2）：41-48.5 廖勇，周世杰，汤羽，等.面向“项目中心课程模式”的进阶式挑战性跨学科项目设计与实践 J.高等工程教育研究，2021，39（2）：47-54.6 徐先林，朱欣婷，陆红玲.OBE 理念辅助生物化学实验过程性评价改革初探 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语“金课”建设已列为国家计划，成为推动高等教育人才培养变革的关键性举措，也是高等教育面向未来的发展方向。实践证明，按照“金课”的标准要求，对课程教学内容进行重新设计，对教学模式方法进行改革，符合学生的认知特点，能有效地调动学生学习的积极性、主动性，参与度高，学习成效明显。参考文献1 陈宝生.在新时代全国高等学校本科教育工作会议上的讲话 J.中国高等教育，2018，54（z3）：4-10.2 吴岩.建设中国“金课”J.中国大学教学，2018，40（12）：4-9.3 张静淼.“金课”视域下高校思政课混合式教学研究 D.重庆：重庆交通大学，2019.4 崔佳，宋耀武.“金课”的教学设计原则探究 J.中国高等教育，2019，55（5）：46-48.5 徐国艳.基于学习成效金字塔理论的远程混合式教学设计与实践J.计算机教育，2020，18（6）：17-20.6 汪玲，钟洪声.电路分析基础教学内容改革与实践 J.实验科学与技术，2013，11（4）：220-222.7 李凤莲，张雪英，史健芳.电路分析基础课程教学方法探究 J.电气电子教学学报，2009，31（z1）：14-16.8 秦曾煌.电工学 M.北京：高等教育出版社，2009.9 任坤，李梅，刘红.电路分析基础课程教学设计中的思维引导 J.电气电子教学学报，2011，33（23）：85-87.10 章涛，卢晓光，方澄，等.以学生为中心的电路分析基础课程建设 J.实验室科学，2020，18（23）：111-114.11 张淑玲，杨蕊.抓电路分析基础精品课程建设、促进学生工程素质提高 J.湖北经济学院学报（人文社会科学版），2012，9（5）：190-191.12 孙志方，王芳，李杨，等.立德树人视域下高职院校课程思政建设的实践路径 J.北京工业职业技术学院学报，2021，20（2）：71-75.作者简介：张显才（1979），男，辽宁鞍山人，硕士，讲师，主要从事电路分析基础课程教学工作。13 李俊，王锋，周永利.能动专业实验课程翻转课堂实践探究 J.高等工程教育研究，2019，37（z1）：198-200.14 程春霞.基于 HFSS 仿真的设计型射频实验的研究 J.科教文汇（中旬刊），2017，14（35）：42-45.15 程春霞，许录平，孙景荣，等.基于科研项目流程的微带天线实验设计 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