用信息技术增强实验教学场景的探索与实践*
邓洪波 梁志明 王云 章秀银 王虎才
摘 要：根据目前实验教学面临的问题，结合现代网络技术的发展，从实践学习和人的注意力的特点出发，作者提出了以网络技术和手机结合增强实验室场景的实验教学改革，以提高实验教学效率，并大大减轻实验教师的工作量。文章通过通信电子线路与射频实验室的实践案例，详细阐述了改革的要点和过程，为其他实验室提供了借鉴。
关键词：实验室;场景;二维码;手机
中图分类号：TP393? ? ? ?文献标志码：A? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）22-0089-04
一、引言
通信是现今社会最热门的行业之一，也是与国民经济最密切相关的行业之一，相关人才社会需求量大，专业素质要求高，对高校培养相关专业人才提出了很高的要求。而《通信电子线路》和《射频电路》课程是通信相关专业的重要基础课程，学习难度大、内容多、工程性强，实验是其最重要的一部分教学内容，但每次实验一般只安排3节课时，实际涉及的内容又非常多，如何在有限的实验时间内，提高学生对相关仪器电路的操作、理解、掌握和创新能力？现代先进技术的辅助应用，应该是一个很好的选择。
随着互联网技术的快速发展和手机的普及，实验教学也做了很多相应的改革，比如“互联网+”[1][2]、微课程[3]的教学研究，智慧教室的设计[4][5]等，这些改革的目的主要是利用现代信息技术提高教学效率。二维码在日常生活中已经非常普遍，在实验管理上也有一些应用研究[6][7]，旨在提高管理效率，在教学上也做了一些有益的探讨，但还不够深入，缺少具体应用[8]。为了进一步提高实验教学的效率，利用网站、二维码、手机并结合实际实验室的内容特点来增强实验室实验场景，提高学生学习兴趣、学习的便利性以及引导的及时性，是非常有意义的探索。
二、目前实验教学面临的机遇与挑战
由于时代的发展、实际情况的变化以及技术的进步，为了取得更好的教学效果，实验教学必须实时作出相应的调整。目前实验教学具体面临的机遇和挑战主要有以下几点：
1.新时代学生的特点
现在的学生跟十几年前的学生有很大的不同。由于信息技术的飞速发展，现在的学生每天有大量的时间是面对手机、电脑，特别是手机，对电脑、手机特别是手机的依赖性是这个时代的学生的显著特点。电子产品的普及，是社会与科技发展的结果，是不可阻挡的趋势。现代教育应该顺应这种潮流，积极做好引导，充分利用电子产品的便利性为教育教学服务，以取得更好的教学效果。
2.学习方式的改变
由于学生对信息产品的依赖，其思维方式、学习方式都发生了很大的变化。从思维方式来看，以前的学生遇到问题，由于条件限制，基本只能根据自己所学，依据书本或教师所教的知识，运用各种原理解决问题。现在学生遇到问题，第一时间是从网上查找答案，从各种解决方案中找出合适的，或者更进一步，在现有方案的基础上做适当的改进，作为解决问题的方法。两种方法各有优劣，从解决问题方面考虑，明显第二种方法更高效，它集合了眾人的智慧，但容易使人产生惰性，减弱思考能力，对学生能力提升不利，本科教学应该从思考方面多做引导。从学习方式来看，由于手机的便携性以及功能的强大，现在的学习很大一部分是碎片化的学习。这种学习方式是技术发展的必然，它使人可以随时随地学习，也更符合人的学习规律，因为大部分人很难长时间集中注意力。本科教学应该顺应潮流的发展，利用手机和网络，更好地开展实验教学。
3.学生要学习的内容比较多，时间少
现在是一个信息爆炸的时代，各种知识得到极大的扩充。知识的爆炸性增长，很大部分的原因是因为信息网络技术的发展，信息的流动比以往更快捷了，必然会产生更大量的信息。对目前的本科生来说，仅仅是教学大纲的内容就比十年前增加了很多，而且考虑到学生找工作、实习的原因，很多学校把原本是四年的学习内容压缩到三年，学生学习压力可想而知。如果还是按传统的教学方式，必然会扩大知识增长和教学之间的矛盾。技术推动了知识的增长，而获取知识，也必然要利用技术才能提高效率，跟上知识增长的速度。
4.实验课程理论化严重
目前实验课程的理论化比较严重。实际上，实验教学与理论教学有很大不同，理工科的理论课目的在于让学生掌握相关概念、原理，进而进行理论分析设计。学生在课堂上理解不了，可以在课后自习。而实验课程不同，其最大的特征在于现场性、实现性、可操作性。大部分实验课程必须要在实验室这个现场场景才能完成，并且是对实际产品进行操作实验。实验课的目的在于通过实践操作，训练学生工程实践能力，并进一步理解原理，提升设计能力。因此，应该让学生在做中学，而不是学中做。利用网络信息技术增强实验场景，有利于学生更快地掌握相关技能，提高工程开发能力。
三、改革思路与方案
实验教学要进行有效的改革，提高学习效率，必须把握实践学习的特点，意识到人的注意力是有限的，有限的注意力正是初学者做实验时的最大障碍。以通信电子线路实验为例，涉及的仪器多，电路复杂，连线、开关多，步骤多，学生在短时间内很难熟练掌握，只要其中某个方面出现小问题，学生在做实验时往往就会陷入困境，这也是给很多实验教师造成困惑的地方。这个问题产生的很大原因是师生都没有意识到人的注意力是有限的。人在同一时间往往只能注意到2、3个点，而在做复杂实验时，初学者要面对的是远超自己所能注意到的现实问题，所以在做实验时，很多时候会陷入不知所措的境地。要解决这个问题，可以考虑设置增强实验场景，使学生在实验中每涉及一个仪器、电路和操作，都能及时得到指示和反馈，所见即所得，必然会极大地提高学习效率。所以，场景越细腻，学生越沉浸，学习效果会越好。现有实验的教学改革，应该增强实验的场景，这才是提高实验教学效率的正确途径。
基于以上论述，改革方案如下：①实验知识分解。根据实验课程的内容，提炼实验场景的基本要素，根据实验的过程，提炼实验的重要节点。②建立实验室网站。该网站必须电脑和手机都能浏览，然后把基本要素和重要节点的相关知识分别存放在网站上，并形成二维码。③把二维码贴在实验室相应的位置上，比如仪器、设备、实验台上。
1.把握知识要点，降低学习难度
实际的实验过程是非常复杂的，特别是对于像《通信电子线路》这种复杂电路的课程而言，最好的方法是抓住要点，以点带线。所以本方案的重点是要提炼内容，对实验的本质和关键点要把握好。这需要教师要有较长期的实验教学经验，对实验技能、工程能力的培养有较好的认识。
2.利用网站技术，提高方便性
以往的网站内容很多，但不适应手机浏览，学生要查找内容不容易，用手机浏览，极大提高了学生获取资料的方便性。
3.使用二维码技术，解决及时性
二维码技术提高了引导学生解决问题的及时性。以往实验前教师会讲解仪器使用、实验原理、注意事项、故障排除思路等，但实际上，学生仅仅听讲一次很难马上转化成自己的实验能力。而形成二维码后，学生在遇到问题时，可以根据问题通过扫描相应位置上的二维码，及时得到资料。例如：当学生不会使用仪器时，不用去翻厚厚的说明书，直接用手机扫描仪器上的二维码，马上可以得到图文并茂的针对本实验的使用说明，或者是直接视频演示。当学生在遇到实验故障时，可以直接扫描桌面的二维码，得到排除故障的思路指引。从以上方案可以看出，通过网络技术和手机的结合，极大增强了实验的场景，可以极大地提高实验教学效率。
四、具体实施
实验场景是以实验室为基础，所以方案的实施必须以实验室为依托。根据以上方案，以本校通信电子线路与射频实验室为例，具体实施如下：
1.对实验室资源进行归类
实验室资源包括课程、仪器设备、教学资源等。通信电子线路实验室共承担3门课程的实验教学，即《通信电子线路实验》《通信电子线路课程设计》和《射频电路实验》。这三门课程是同一类课程，前后衔接紧密，仪器设备基本可以共用，从实验室建设来说，放在一起是很好的选择。通信电子线路实验室的主要仪器设备有稳压直接电源、函数信号发生器、射频信号发生器、示波器（带万用表）、频谱仪、网络分析仪、通信电子线路实验箱、射频电路实验套件等。教学资源包括课程介绍（教学大纲）、教学课件、视频、原理图等。
2.对实验课程中常见问题进行总结
在实际教学中，电路原理在理论课中会有详细介绍，在实验课程的PPT上也会加以阐述，但在实验的过程中，学生还是会遇到很多问题。这主要是学生理论知识转化到工程实际的能力薄弱和实验技能的缺失造成的。所以，在实际的实验课程教学中，要适当引导。在引导的过程中，注意不要直接告诉学生答案，而是要培养学生相关思维和能力。
3.建设相应的网站
实验室网站只是一种资源的载体，根据实验室场景增强的思路，网站资源必须便于分享，这就要求网站除了能用电脑浏览外，必须能方便用手机登录浏览，特别是各个节点必须能形成二维码，这样，学生就能很方便地通过手机扫描特定的二维码得到相应的知识内容。根据以上的思路，设计的通信电子线路实验室网站结构框如图1所示。
网站与本文内容相关的主要内容有仪器设备、教学资源、问题讨论。仪器设备框图如图2所示。实验室大部分仪器功能较多，使用复杂，应根据实验课程具体情况，把实际所需的简要仪器使用说明存在网站上，如果内容太多，反而失去方便学生使用的便利性。学生应该在使用的过程中掌握相关仪器设备的使用。网站教学资源框圖见图3。
由图3可以看到，教学资源部分，每个资源都是具体项目，不是打包资源，这样的好处是便于学生用手机浏览。网站问题讨论框图见图4。
这部分资源也是具体到每个问题点，方便学生查找，但问题的解答都只是提供思路，需要学生进一步分析思考，这样有利于提高学生解决问题的能力。
4.把网站的每个节点形成二维码，贴在实验室的对应位置
这样，学生在哪个场景碰到什么问题，就可以选择扫相应的二维码，及时得到引导，大大提高了教学效率。通信电子线路与射频实验室网站二维码及仪器设备相关的二维码如图5所示。
图5中的设备二维码直接贴在实验室的仪器设备上，这样学生在做实验时，如有问题，可以直接扫描二维码，立即就能得到相关资料。例如：通信电子线路实验箱EEHF-3，这是实验室的自制设备，电路复杂，考虑到学生的使用，网站主要提供了实验箱的框图（见图6）、实物图（见图7）和开关说明（见图8）。学生可以直接用手机扫描设备上对应的二维码，得到相应的信息。
教学资源和问题讨论也可以形成类似的二维码，根据课程需要，放在实验台面，方便学生在需要时及时得到相关信息。通过二维码把手机和网站联系起来。把知识点分布在实验室各个场景点上，使学生在实验过程中遇到问题马上能够得到指引，特别是在目前学生人数众多的情况下，能极大减轻教师的辅导压力，也使学生的学习效率得到极大提高，教学效果会有根本性的改善。
实验室是理工科高校的基石，实践教学是培养学生工程能力创新能力的重要手段。我们应该重视实践，认清实践教学的本质，如此学生方能学有所用。教学改革应多从学生的角度考虑问题，切实帮助学生提高学习效率，这是教学改革的重要目的之一。综上所述，根据现实状况和实验课程的特点，利用现代网络技术，增强实验场景将极大提高实验教学效率。
参考文献：
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（编辑：鲁利瑞）
