【在線教學進行時】真材實料做起“云”實驗

記者 李婧

“請打開攝像頭，將你的實驗給大家展示講解一下。”

在本學期第二堂電路原理課上，電機系教授朱桂萍和選課的24名同學一起，實時觀看屏幕那頭的電機系大一學生李蔚然手持電路板，講解自己的實驗步驟和思路。

李蔚然在課上展示實驗成果

做實驗，對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，是面向電機系、能動系等相關專業(yè)本科生開設的必修課程。其完全翻轉課堂的主要特色之一，就是同學們可以基于便攜式實驗設備完成大量與理論課融合的實驗。真材實料的實驗課程得以在云端實現(xiàn)，得益于開課前朱桂萍為每一位在國內的同學郵寄到家的一套“口袋儀器”。而其身后的整套“云”實驗平臺，其實早已建成待命。

朱桂萍為課程做準備

雖然可用于電路原理課程的便攜式實驗設備有很多選擇，但都不能及時反饋學生在課外實驗的完成情況。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)“雷實驗”智慧實驗平臺。“雷”取自漢語拼音LEI，也是電子智能實驗室（lab of Electronic Intelligence）的縮寫。基于此平臺，教師可以在手機端通過微信布置實驗、跟蹤學生實驗狀態(tài)、接收學生提交的實驗報告，學生也可以按照教師設定的實驗流程完成實驗，并對實驗中每個步驟進行截屏或拍照，最后自動生成實驗報告，提交實驗數據。“遵循以學生為中心的教學理念，我們通過適當的軟件開發(fā)和硬件配備，在保證實驗便捷性和真實性的同時，及時了解學生課外的實驗情況。“朱老師介紹說。

“雷實驗”平臺成為在當前特殊場景下朱老師實現(xiàn)課程教學“同質等效”的得力助手，學生在家學習擁有了和校園教學完全一樣的實驗條件。一塊面包板，若干電線、電阻、二極管，甚至還有進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驗設備和配套的元器件，同學們驚喜而躍躍欲試。

雷實驗平臺

從教20余年，第一次隔空帶領同學們做實驗，朱老師起初還有些擔心。“作為一門工科基礎課，我們的授課對象大多為大一下學期的同學，動手能力還不是太強。”朱桂萍介紹，以往線下授課，我們通常將同學們分成兩人一組，這樣在遇到問題時也能有商有量。為了滿足線上教學需要，開學前朱老師緊急加購了12套實驗設備，但人手一套設備對同學們的自主學習能力和動手能力都有了更高的要求。

不過，效果是喜人的。

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

實驗設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生的屏幕上，有一種“老師站在每一個同學面前”講課的感覺，反而沒了坐在后排看不清步驟的擔憂。

朱桂萍在課堂上通過視頻給大家講解了設備的基本操作

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

“紅色的是+15V，藍色的是-15V……”

“在面包板上搭的電路其中有一個點一定要跟電源的‘地’共地……”

聽著老師一步一步的細致講解，在河北家中跟隨在線學習的電機系大一學生蔡雅茹反饋道：“老師的操作就在眼前，很清楚。這樣的課堂體驗非常好。”

前兩次課，朱桂萍在課后分別布置了實驗，內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份已經完成的實驗報告，而且做得很好。周四上完課后，已經有21名同學完成實驗并提交報告。”她說。

學生在家做實驗

教師手機端看到的當前全班實驗進展以及部分同學提交的實驗報告內容

“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實驗報告中的心得體會，一邊對我們夸獎道：“其實做得不錯，實驗曲線也很漂亮。”

同學們的實驗探索，難并快樂著。朱老師笑稱，似乎同學們被逼到一定份兒上之后，反而激發(fā)出了自主學習的潛力。

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

在甘肅蘭州家中做實驗的電機系大一學生王石覺得自己不但實現(xiàn)了按照在校標準進行實驗的期望，甚至效果比在學校還好一些，“老師對每一位同學的實驗進程和問題有更加精確的把控，更好解決我們遇到的問題。”

實驗的順利進行，也要歸功于小班完全翻轉課堂的大量討論互動。

全程開放彈幕互動的第二次課程，朱桂萍的開場白是：“我們在課前布置了慕課自主學習內容，現(xiàn)在請針對遇到的問題自由討論。”在師生超過半小時的問答交流后，朱老師切入了當天的內容講授。

“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，我們在線上討論會更熱烈一些，更放開一些。”蔡雅茹發(fā)現(xiàn)，自己通過課前預習發(fā)現(xiàn)不理解的知識點并進行標注，聽講有了更強的針對性，加深了自己的認識或者發(fā)現(xiàn)了共同的誤區(qū)。視頻討論中聽到大家的聲音、看到對方的臉，同學和老師們的陪伴也讓她感到非常溫暖。

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

這樣的場景，也出現(xiàn)在電機系其他課堂上。

電機系于慶廣老師講授的“可編程控制器及變頻器系統(tǒng)”課程，授課和實驗各占一半。為了讓同學們在千里之外也能進行實驗，于老師和負責實驗的賈玉榮老師對實驗室服務器和路由器的配置進行了改造，把局域網的Premium可編程控制器和ATV71變頻器的以太網端口映射到公網，實現(xiàn)遠程實時實驗的同時，還在實驗室加裝了一臺網絡攝像機，同學們在手機上就可以實時對自己遠程控制的電動機等設備實現(xiàn)“云監(jiān)工”。

光儲微電網仿真系統(tǒng)圖

電機系還創(chuàng)立的云仿真平臺（www.cloudpss.net），面向電氣工程及相關專業(yè)本科大三及以上學生，開設虛擬實驗課程，支持同學們對重要步驟和關鍵參數的自由構建和自主設計。

云端教學，我們準備好了，一樣真材實料做實驗！

（清華新聞網2月26日電）

編輯：李晨暉

審核：戚天雷