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教师职称改革

基于 VCOOC 的模拟电路实验课程的改革

时间:2020/2/13 21:25:34   作者:admin   来源:www.jiaoyulw.com   阅读:605   评论:0
内容摘要:  摘 要:针对目前高等学校中实验教学中存在的问题, 文章介绍了基于风标 VCOOC 虚拟仿真实验与教学平台的实验教学管理方法, 在现有实验教学管理模式的基础上结合该管理平台的管理功能, 结合各类仿真软件, 实现了实验教学管理的优化和模拟电路实验课程的改革。在实验教学的预习、实验...
  摘  要:针对目前高等学校中实验教学中存在的问题, 文章介绍了基于风标 VCOOC 虚拟仿真实验与教学平台的实验教学管理方法, 在现有实验教学管理模式的基础上结合该管理平台的管理功能, 结合各类仿真软件, 实现了实验教学管理的优化和模拟电路实验课程的改革。在实验教学的预习、实验报告的批改以及成绩的反馈等环节实现了智能化管理, 提高了学生学习兴趣。
  
  关键词:VCOOC; 虚拟仿真; 实验课程; 教学改革
  
  1 概述
  
  2013年以来, 我国高校在 “慕课” 本土化的探索中不断取得新的进展。北京大学推出的十余门中文全球共享课程引起不少关注; 清华大学研发了 “慕课” 平台 “学堂在线”[1], 已面向全球提供23 门在线课程,14 万人注册学习; 上海交通大学主导的慕课平台 “好大学在线” 已于2014年4月上线[2], 联合了上海市19 所高校网上跨校选课。MOOC 是 “大规模在线开放课程” 的英文简称, 发端于美国, 中文译为 “慕课”[3-4]。 “慕课” 根植于学校教育并由信息技术催化衍生而成, 被一些人称为 “自印刷术发明以来教育最大的革新”。毫无疑问, “慕课” 正以信息化和网络化的全新的教学形态对世界高等教育的发展产生深刻的影响[5]。
  
  而 渥 课  (VCOOC, Vocation Campus Open Online Course, 基于校园网络及仿真平台的电子信息类专业课程学习、实验实训与创新的综合平台) 为电子信息类专业的课程学习提供了更为全面的平台。渥课虚拟仿真实验教学平台构建了一个适用于全校师生且能满足形态多样的教学模式, 是能够让学生主动学习和主动获取知识能力的交互式虚拟仿真实验教学平台。该平台结合行业、企业和院校的实际应用, 采用一种全新的教学与实验方式, 融合了现代电子技术、虚拟仿真实验技术, 以及网络技术[6], 打造了一个以学习者为中心, 学习方式自由灵活, 交流渠道丰富通畅, 及专业资源共建共享的综合网络学习环境。围绕网络在线学习, 在线实操, 虚拟仿真实验, 创新实践等功能为一体的共享在线教学资源与虚拟实验实训平台, 整体提高教学资源的利用效率, 形成一批有特色的仿真平台, 为高校师生提供优质高效的全方位或个性化服务, 体现了学校教育教学改革和现代信息技术的应用成果[6]。
  
  渥课可以与多种教学仿真平台结合, 如 Proteus仿真软件、LabVIEW 图形化软件、Multisim 电路设计软件、 VR 仿真软件、Matlab 等。渥课将虚拟、仿真、教学与实验平台相互结合[7], 解决了传统硬件实验设备容易损坏、维护难、寿命短的问题,渥课对学生的课程进行预先排程, 采用了进阶与考核结合的模式, 对学习过程进行监督, 并设置系统化的积分、进阶、头像、职位等激励考核体系。 传统实验学生数量众多, 教师指导难以到位, 对学生学习的掌握进度难以控制和体现[8], 虚拟实验的推广可减少实验设备的维护强度, 缓解当前实验设备数量不足的情况, 实现理论教学和实践教学的有机融合。教学目标难以落实, 实验教学容易走过场, 培养的学生实验操作训练不足, 动手能力差, 设计能力和创新能力严重不足, 渥课作为传统实验教学的一种有效补充, 虚拟实验教学已经成为加强实践教学、达到提高教学质量和管理水平的一个重要手段, 而且虚拟教学与实践教学可以同步实施, 克服了传统实验的各种制约和弊端, 从而有效地解决目前实验教学中存在的诸多问题; 突破时间和空间的限制学习, 促进学生学用结合, 提供老师、学生充分自主实践的操作空间, 实验的安排更加灵活方便, 只要有网络的地方就可以动手做实验, 实现真正意义上的开放实验室[9]。
  
  2 模拟电路实验课程
  
  《模拟电子线路实验》课程是电气自动化专业类、自动控制类、计算机技术类及物理学类等专业的一门专业基础实验课[10], 它具有自身的特点, 是一门实践性比较强的课程。该课程的实验目的是通过实验教学使学生进一步学习和掌握模拟电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能,培养和提高学生分析问题和解决问题的能力, 学生通过模拟电子线路实验,加深理解和验证所学的理论知识, 熟悉电子电路中常用的元器件性能和基本电路的工作原理, 使工作人员能够正确使用常用电子仪器, 熟悉测量技术和调试技术, 培养良好的科学素质、创新精神和实践能力, 在教学中, 使学生得到技能、技术、能力的训练[11]。
  
  2.1 模拟电路实验课程改革
  
  本文搭建了完善的虚拟电子实验教学管理平台, 以进一步推进我校实验教学信息化水平, 提升、拓展现有实验教学资源利用率, 推动我校实验教学改革与创新, 提高实验教学质量, 提升学生实践创新能力的培养水平。渥课系统的界面如图1所示。
图1 渥课系统的界面
  图1 渥课系统的界面

  实验建设的理念就是以学生为本, 以理科创新型人才培养为核心, 实施自主开放式教学, 促进学生知识、应用能力和素质的全面协调发展。采用平台+资源的理念, 发布一个虚拟实验中心门户网站、建设一个开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台, 然后再陆续把相关虚拟实验课程的资源统一放到该平台进行管理, 从而面向各个学科的相关课程开展虚拟实验教学。
  
  该项目的目标就是高效管理实验教学资源, 实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享, 满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。并 且平台要实现学校购置的所有实验软件统一接入和学生在 平台下进行统一实验的目标, 通过系统间的无缝连接, 使之达到一个整体的实验效果, 学校通过该平台的部署, 不仅可以促进系统的耦合度, 解决信息孤岛的问题, 还可以使学校能够迅速实施第三方的实验教学软件。
  
  2.2 改革的创新之处
  
  模拟电路实验课程采用了强大的 Proteus 仿真平台,使虚拟实验更直观、更便捷; 专门针对电子信息类专业的基于网络与仿真的教学平台; 支持电子信息类大部分课程的教学与实验, 在线交互、同步学习; 丰富的、可扩展的、开放的教学资源可满足教学中的各种需求; 支持与LabVIEW、Matlab、System Vue、VR 等仿真平台的集成;MOOC 特色与实时在线教学结合, 使平台效果达到最佳; 人性化的用户管理与奖励机制, 使学生寓教于乐。
  
  3 基于 VCOOC 的模拟电路实验课程的实现
  
  平台提供了全方位的虚拟实验教学辅助功能, 包括门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验 库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结 果的自动批改、实验成绩统计查询、在线答疑、实验教学 效果评估等, 同时该平台可扩展集成第三方的虚拟实验课程资源或自建课程资源, 为各高校虚拟实验教学环境提供服务并进行相应的应用。
  
  3.1 功能模型
  

  虚拟仿真教学与实验管理平台由 “虚拟仿真实验系统” “实验室开放式管理系统”“教学资源库管理系统”, 以及平台的 “系统管理” “教务管理” “用户管理” 等5 个系统和相关模块相辅相成, 紧密结合, 共同构成了虚拟仿真教学与实验管理平台。系统模块结构如图2所示。

图2 渥课-虚拟仿真教学与实验管理平台

  图2 渥课-虚拟仿真教学与实验管理平台


  3.2 虚拟仿真系统
  
  平台充分利用PROTEUS仿真技术、2D/3D 多媒体技术、数据库技术、Web技术, 继承与整合已有的丰富的硬件实验和仿真实验资源。为学校、网络课堂、提供了一个 具有强大仿真功能的逼真的虚拟实验室环境。
  

  以PROTUES为仿真引擎, 不仅可在线实现电类课程的仿真实验实训, 还可进行复杂的设计实验, 加入了2D/ 3D 仿真模块可逼真反映虚拟仿真的实验过程; 继承与整合了已有的实验教学资源与成果。实验教学管理流程如图3所示。

图3 实验教学管理流程

图3 实验教学管理流程

  
  3.3 仿真实验
  

  实验网站可以称为全天候开放的空中实验室, 能提供大量模拟电子线路、数字电子线路, 以及单片机等多种课程的电子元器件与虚拟仪器、实验案例、实验辅助资源、 仿真实验的设计与调试、在线寻求教师指导及在线生成实验报告等。虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能, 包括: 实验前的预习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的指导、实验结果的批改、实验成绩统计查询等, 为实验教学环境提供服务并开展应用。

图4 模拟电子技术课程实验项目

  图4 模拟电子技术课程实验项目


  基于 VCOOC 的模拟电路实验课程的实验项目如图4 所示, 实验系统采用 Proteus软件平台, 用仿真的方法进行所有的实验, 并要求在实际的硬件平台上验证仿真结果。学生通过该实验系统的仿真, 既能了解实验的技术细节, 又可以通过实际硬件电路的实验过程建立对实验的感性认识[12]。
  
  3.4 主页程序
  
  主页程序如下:
  
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  out.println(" <script>alert('" +o.toString()+"')</script>" );
  
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  <title>Vcooc电子设计仿真与实验管理系统(模拟电路)</title>
  
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  true" executeResult="false" > </s:action>
  
  <s:actionname= "getMianQueryAllNotice" ignoreContextParams
  
  ="true" executeResult="false" > </s:action>
  
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  <divclass="txt" >
  
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  <li> <ahref=" #" >基本电路分析</a> </li>
  
  <li> <ahref=" #" >流水灯</a> </li>
  
  <li> <ahref=" #" >虚拟示波器</a> </li>
  
  <li> <ahref=" #" >逻辑分析仪</a> </li>
  
  <li> <ahref=" #" >模式信号发生器</a> </li>
  
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  <li> <a>4</a> <span> </span> </li>
  
  <li> <a>5</a> <span> </span> </li>
  
  <li> <a>6</a> <span> </span> </li>
  
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  //下面startFun代码用于控制文字上下切换
  
  startFun:function(i){
  
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  <!-- Tab切换 S -- >
  
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  > </li>
  
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  <s:propertyvalue="id"/>" > <s:propertyvalue=" expName"/> </
  
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  <s:iftest=" #exp.courseideq9" >
  
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  <s:propertyvalue="id"/>" > <s:propertyvalue=" expName"/> </
  
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  <s:iftest=" #exp.courseideq10" >
  
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  <s:propertyvalue="id"/>" > <s:propertyvalue=" expName"/> </
  
  a> </li>
  
  </s:if>
  
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  <s:iteratorvalue=" %{#request.explists}" id=" exp"  >
  
  <s:iftest=" #exp.courseideq11" >
  
  <li> <spanclass=" date" > [<s:propertyvalue=" expdayTime. substring(0,10)" /> ]</span> <ahref=" QueryAllExpxq?param=
  
  <s:propertyvalue="id"/>" > <s:propertyvalue=" expName"/> </
  
  a> </li>
  
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  id"/>" title=" <s:propertyvalue=" expName"/>" >
  
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  <!-- 尾部 E -- >
  
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  </html>
  
  4 结语
  
  学校经过多年的扩招, 在校学生人数增长巨大, 给教学实验实训带来了巨大的压力。而且模拟电子线路实验这类电子信息课程的传统的实验教学面临各种问题, 如: 电子信息课程抽象、不可见、难理解; 教师无力解决数量巨大的学生的个性化学习问题; 实验室建设费用高昂, 前期投入大、后期维护费用高; 传统硬件实验设备容易损坏, 维护难, 寿命短; 学生数量众多, 教师指导难以到位, 设计性和探究性实验难以开展; 教学目标难以落实, 实验教学容易走过场, 培养的学生实验操作训练不足, 动手能力差, 设计能力和创新能力严重不足。
  
  针对传统实验教学中存在的问题, 为了培养学生的自主学习、主动学习和主动获取知识的能力, 并为研究性、探究性学习模式打下基础, 学校必须采用一种全新的教学与实验方式, 建立一个数字化网络教学与实验平台, 构筑一个虚拟教学、仿真实验实训、虚拟实习、考试考核、创 新创业实践等功能为一体的校内共享的在线虚拟教学与实验实训平台。电子技术的应用 “无所不在”, 不管哪个领域、哪个行业, 为实现现代化、自动化、信息化, 就必须配以电子系统, “电子技术基础” 课程教授实现电子系统必备的基础。
  
  参考文献
  
  [1]李锋. “慕课” 文学类课程的冷与热——— 基于 “中国大学MOOC” 的数据分析 [J].黄 冈师范学院学报,2018,38(4):37-43.
  
  [2]赵艳,肖曼,张晓林,等.开放教育资源的可持续发展: 现状、问题与挑战[J].图书馆论坛,2019,39(3):1-9.
  
  [3]王彦明.慕课(MOOCs)时代下的教学变革: 一种理性之思[J].教育科学研究,2015 (7):59-64.
  
  [4]郭英剑.“慕课” 在全球的现状、困境与未来[J].高校教育管理,2014,4(8):41-48.
  
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  [6]王良成,汪源.结合渥课虚拟仿真实验平台的实验教学改革[J].福建电脑,2017(12):80-81.
  
  [7]李敏,陈丽霞,董小平.计算机控制技术实验教学方法的改革与探索[J].沧州师范学院学报,2018,34(1):116-119, 128.
  
  [8]张晓春,夏双,廖红梅.电工电子虚拟仿真实验平台在实验教学中的作用[J].电子技术与软件工程,2018(10):199.
  
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