【在線教學(xué)進(jìn)行時(shí)】真材實(shí)料做起“云”實(shí)驗(yàn)

記者 李婧

“請(qǐng)打開攝像頭，將你的實(shí)驗(yàn)給大家展示講解一下。”

在本學(xué)期第二堂電路原理課上，電機(jī)系教授朱桂萍和選課的24名同學(xué)一起，實(shí)時(shí)觀看屏幕那頭的電機(jī)系大一學(xué)生李蔚然手持電路板，講解自己的實(shí)驗(yàn)步驟和思路。

李蔚然在課上展示實(shí)驗(yàn)成果

做實(shí)驗(yàn)，對(duì)于工科課堂的重要性不言而喻。

朱桂萍教授的“電路原理”采取小班授課，是面向電機(jī)系、能動(dòng)系等相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)的必修課程。其完全翻轉(zhuǎn)課堂的主要特色之一，就是同學(xué)們可以基于便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成大量與理論課融合的實(shí)驗(yàn)。真材實(shí)料的實(shí)驗(yàn)課程得以在云端實(shí)現(xiàn)，得益于開課前朱桂萍為每一位在國內(nèi)的同學(xué)郵寄到家的一套“口袋儀器”。而其身后的整套“云”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其實(shí)早已建成待命。

朱桂萍為課程做準(zhǔn)備

雖然可用于電路原理課程的便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備有很多選擇，但都不能及時(shí)反饋學(xué)生在課外實(shí)驗(yàn)的完成情況。于是早在2016年，朱老師就開始與雨課堂及其戰(zhàn)略合作伙伴合作開發(fā)“雷實(shí)驗(yàn)”智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。“雷”取自漢語拼音LEI，也是電子智能實(shí)驗(yàn)室（lab of Electronic Intelligence）的縮寫。基于此平臺(tái)，教師可以在手機(jī)端通過微信布置實(shí)驗(yàn)、跟蹤學(xué)生實(shí)驗(yàn)狀態(tài)、接收學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生也可以按照教師設(shè)定的實(shí)驗(yàn)流程完成實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中每個(gè)步驟進(jìn)行截屏或拍照，最后自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。“遵循以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，我們通過適當(dāng)?shù)能浖_發(fā)和硬件配備，在保證實(shí)驗(yàn)便捷性和真實(shí)性的同時(shí)，及時(shí)了解學(xué)生課外的實(shí)驗(yàn)情況。“朱老師介紹說。

“雷實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)成為在當(dāng)前特殊場景下朱老師實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)“同質(zhì)等效”的得力助手，學(xué)生在家學(xué)習(xí)擁有了和校園教學(xué)完全一樣的實(shí)驗(yàn)條件。一塊面包板，若干電線、電阻、二極管，甚至還有進(jìn)行簡單管腳處理的尖嘴鉗、平口鉗。開課前，收到朱老師從北京寄來的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和配套的元器件，同學(xué)們驚喜而躍躍欲試。

雷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

從教20余年，第一次隔空帶領(lǐng)同學(xué)們做實(shí)驗(yàn)，朱老師起初還有些擔(dān)心。“作為一門工科基礎(chǔ)課，我們的授課對(duì)象大多為大一下學(xué)期的同學(xué)，動(dòng)手能力還不是太強(qiáng)。”朱桂萍介紹，以往線下授課，我們通常將同學(xué)們分成兩人一組，這樣在遇到問題時(shí)也能有商有量。為了滿足線上教學(xué)需要，開學(xué)前朱老師緊急加購了12套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但人手一套設(shè)備對(duì)同學(xué)們的自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力都有了更高的要求。

不過，效果是喜人的。

經(jīng)過試講和與同學(xué)們的充分溝通，朱老師決定采用“雨課堂+騰訊視頻” 嵌套的方式進(jìn)行教學(xué)——將雨課堂用于彈幕、做題等互動(dòng)，騰訊視頻則實(shí)現(xiàn)共享屏幕、音頻視頻互動(dòng)——以保證課堂的交互質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用講解和仿真軟件操作演示的全過程，通過攝像頭被推到學(xué)生的屏幕上，有一種“老師站在每一個(gè)同學(xué)面前”講課的感覺，反而沒了坐在后排看不清步驟的擔(dān)憂。

朱桂萍在課堂上通過視頻給大家講解了設(shè)備的基本操作

 “操作設(shè)備之前先與將設(shè)備與電腦USB口鏈接，了解電源接頭和BNC接頭的操作方法……”

“紅色的是+15V，藍(lán)色的是-15V……”

“在面包板上搭的電路其中有一個(gè)點(diǎn)一定要跟電源的‘地’共地……”

聽著老師一步一步的細(xì)致講解，在河北家中跟隨在線學(xué)習(xí)的電機(jī)系大一學(xué)生蔡雅茹反饋道：“老師的操作就在眼前，很清楚。這樣的課堂體驗(yàn)非常好。”

前兩次課，朱桂萍在課后分別布置了實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容從簡單的電阻端口特性測試練手，到稍微加大難度的二極管端口特性測試。“我很意外，周二第一堂課講解之后，第二天就收到了3份已經(jīng)完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而且做得很好。周四上完課后，已經(jīng)有21名同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)并提交報(bào)告。”她說。

學(xué)生在家做實(shí)驗(yàn)

教師手機(jī)端看到的當(dāng)前全班實(shí)驗(yàn)進(jìn)展以及部分同學(xué)提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

“第一回做，十分忐忑，覺得做起來極其不順。”朱桂萍一邊翻閱著一名同學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的心得體會(huì)，一邊對(duì)我們夸獎(jiǎng)道：“其實(shí)做得不錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)曲線也很漂亮。”

同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)探索，難并快樂著。朱老師笑稱，似乎同學(xué)們被逼到一定份兒上之后，反而激發(fā)出了自主學(xué)習(xí)的潛力。

“雖然還沒返校，但我在收到實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)感受到老師的關(guān)心，老師在乎我們到底學(xué)到了多少，很注重培養(yǎng)我們的動(dòng)手能力。”收到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的興奮之外，蔡雅茹坦言還是遇到不少困難。但不論是完成課題過程中，兩人小組的遠(yuǎn)程合作和相互幫助，組內(nèi)的視頻會(huì)議，還是大家在微信群熱烈討論，都解決了很多難題，產(chǎn)生了一些新奇的想法。

在甘肅蘭州家中做實(shí)驗(yàn)的電機(jī)系大一學(xué)生王石覺得自己不但實(shí)現(xiàn)了按照在校標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的期望，甚至效果比在學(xué)校還好一些，“老師對(duì)每一位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和問題有更加精確的把控，更好解決我們遇到的問題。”

實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，也要?dú)w功于小班完全翻轉(zhuǎn)課堂的大量討論互動(dòng)。

全程開放彈幕互動(dòng)的第二次課程，朱桂萍的開場白是：“我們在課前布置了慕課自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，現(xiàn)在請(qǐng)針對(duì)遇到的問題自由討論。”在師生超過半小時(shí)的問答交流后，朱老師切入了當(dāng)天的內(nèi)容講授。

“朱老師的課堂有很多討論環(huán)節(jié)。而相比起線下在課堂中的一些拘謹(jǐn)，我們在線上討論會(huì)更熱烈一些，更放開一些。”蔡雅茹發(fā)現(xiàn)，自己通過課前預(yù)習(xí)發(fā)現(xiàn)不理解的知識(shí)點(diǎn)并進(jìn)行標(biāo)注，聽講有了更強(qiáng)的針對(duì)性，加深了自己的認(rèn)識(shí)或者發(fā)現(xiàn)了共同的誤區(qū)。視頻討論中聽到大家的聲音、看到對(duì)方的臉，同學(xué)和老師們的陪伴也讓她感到非常溫暖。

下課時(shí)間已經(jīng)到來，同學(xué)們的線上答疑還在繼續(xù)。一切，跟大家課后圍攏到講臺(tái)前答疑似乎沒有多少差別。

這樣的場景，也出現(xiàn)在電機(jī)系其他課堂上。

電機(jī)系于慶廣老師講授的“可編程控制器及變頻器系統(tǒng)”課程，授課和實(shí)驗(yàn)各占一半。為了讓同學(xué)們在千里之外也能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，于老師和負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的賈玉榮老師對(duì)實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器和路由器的配置進(jìn)行了改造，把局域網(wǎng)的Premium可編程控制器和ATV71變頻器的以太網(wǎng)端口映射到公網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，還在實(shí)驗(yàn)室加裝了一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，同學(xué)們在手機(jī)上就可以實(shí)時(shí)對(duì)自己遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)“云監(jiān)工”。

光儲(chǔ)微電網(wǎng)仿真系統(tǒng)圖

電機(jī)系還創(chuàng)立的云仿真平臺(tái)（www.cloudpss.net），面向電氣工程及相關(guān)專業(yè)本科大三及以上學(xué)生，開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)課程，支持同學(xué)們對(duì)重要步驟和關(guān)鍵參數(shù)的自由構(gòu)建和自主設(shè)計(jì)。

云端教學(xué)，我們準(zhǔn)備好了，一樣真材實(shí)料做實(shí)驗(yàn)！

（清華新聞網(wǎng)2月26日電）

編輯：李晨暉

審核：戚天雷