廖磊，男，四川师范大学物理与电子工程学院教授，硕士研究生导师，电子信息与通信工程系主任。主要从事嵌入式系统、FPGA、网络化仪器仪表、动力监控等方面的教学与研究。国家级精品资源共享课《通用技术课程标准与教材研究》主讲人之一，四川省精品资源共享课《电子设计自动化》课程的负责人，四川省一流课程《数字电子技术》课程负责人。四川师范大学第二届师大“现代园丁奖”获得者，2019年度教育基金优秀本科教学奖获得者。获得四川省高等教育教学成果奖一、二等奖各1项。

2020年新年伊始，突如其来的新冠疫情，彻底打破了大家的生活、学习和工作节奏。廖磊老师这学期承担了《HDL语言与数字系统设计》课程的理论教学和实践教学。经过思考与探索，从教学理念、实验教学方法到实验实践内容等方面开展了系统化的改革探索与实践。开启了在线课程+网络直播+虚拟仿真+QQ群答疑的多维度混合式的“宅家实验”模式。

1．未雨绸缪

1.1 远程实验的先行者

廖磊老师专注于教学工作，由于所在专业为工科专业，因此特别关注课程的实验与实践。针对实验实践中的各种问题开发设计了大量的自制实验教学设备。随着网络化教育的发展，早在2013年廖磊老师就敏锐的意识到远程实验教学的重要性，开始了对远程实验的研究与探索，并且鉴于虚拟仿真实验的缺陷，以《电子设计自动化》课程的实验为对象，研发了远程实验装置“交互式远程EDA实验系统”和“面向MOOC的远程热电传感器实验系统”。

图1 交互式远程EDA实验系统

1.2 在线实验指导探索

近年来，随着“金课”和一流课程建设的发展和引导，专业课程实验实践的设计性、综合性和挑战度都急剧增加，实验预习和指导变得越来越重要。为了提升实验质量，廖磊老师编著了《单片机与FPGA实训教程》，并在科学出版社出版发行。2018年初，利用春节假期，廖磊老师自助录制了该实验教程的配套视频指导，如图2所示。此后建设了实验在线指导课程，引导学生课前预习，课中实践与拓展，课后挑战，初步实现了差异化和个性化的实验教学模式。这些实验指导视频成为本次应对新冠疫情，开展“宅家实验”的重要支撑。

图2 在线实验指导视频样例

2. 借“疫”改革，抗疫“新冠”

2.1 转变理念，改变方法

新冠疫情的突然爆发，给传统实验教学带来了史无前例的挑战。廖磊老师充分考虑了师生在时间、空间上的隔离、教师权威的丧失、学习环境的不稳定性等因素，坚持以学生为中心，以学生学习成效为出发点，全面调整了实验教学的组织形式、教学内容和检测评价方式等，以确保在线实验与线下课堂实验教学质量实质等效。

由于单一资源和平台难以满足实验教学实质等效的需求，因此廖磊老师打起来“组合拳”，综合利用了各种资源和工具，按照全新的系列化流程实施了实验教学。

一、首先在超星慕课平台上重新建设了课程教学网站，设置了专门两章来指导实验实践的开设，图3 超星平台上建设的实验课程截图。

二、由于雨课堂具有非常优秀的学生个人学习情况跟踪与分析能力，因此，利用雨课堂发布实验预习任务。

三、学生根据预习任务的指导，在超星慕课上获取实验指导视频、实验指导文档、实验报告模板等实验预习材料，学习掌握实验基本原理和方法。并利用Quartus开发工具开展实验预习实践，对实验预习案例进行设计、综合、仿真和分析，并书写实验预习报告。

四、教师通过雨课堂发布实验预习测试，检测大家实验预习的基本情况，给出实验任务和实验拓展任务，指导学生自主开展实验设计，尤其是实验拓展设计。

五、由于缺少实验硬件设备，因此实验效果的验证就必须要充分利用实验仿真和对实验仿真的分析来检验实验效果。这实时上对学生的理论掌握、实验操作和提出了更高的要求。

六、线上实验的集中时间则利用QQ群视频的方式集中交流互动。解决实验问题，逐个检查实验结果，尤其是实验仿真结果的分析，实验拓展完成的情况。根据每一个不同的实验项目设置了不同的检查与评价指标，在根据逐个检查情况时，逐个打分评价，图4给出了实验4在线视频检查和评价的指标要求。

七、回收实验报告，对实验报告进行评价。

图3 超星平台上建设的实验课程

图4 QQ群中发布的实验4的评价指标

经过以上全新的实验教学安排，使得学生真正成为自主学习的主体，而教师则成为教学的引导者。同时由于实验检查与探讨时间的增加，也能更深入的了解和评价每一个参与实验的学生个体真实情况，并针对性进行调整，指导个性化实验实践。

2.2 重构内容，强化仿真分析，设置挑战性课题

根据在线实验的特点，重构了实验内容，开启了“碎”、“动”、“减”、“增”四部曲。

第一是“碎”。将实验内容进行了拆分和“碎”化，以适应远程教学环境的不确定性，通过合理的实验环节设置，让学生能在较短时间内完成对应碎片化任务，并及时获得结果反馈，形成良性激励，确保学生的学习热情。

第二是“动”，设置了更为丰富的交互式手段，吸引学生注意力，并利用雨课堂实时采集学习成效反馈，在实验课堂中，强调学生利用仿真分析工具分析实验结果，并利用逐一进行的实验检查与答辩，迫使学生真正动起来。

第三是“减”，由于网络化的碎片学习的设计使得实验任务难以在原计划的时间内完成，因此，实验内容需要重新调整，将基础性和实验指导视频就看可以解决的环节放在了实验预习之中，从而减轻在实验课堂时间内压力，将实验课堂时间变为探索讨论时间，从而提升了实验的效能。

第四是“增”，根据一流课程建设的需要，保证课程的高阶性、创新性和挑战度，课程实验进行了“增”操作。首先将原来课程的6个实验进行了调整，根据前面“减”操作，将部分实验内容变为实验预习内容，课内实验内容适当减少，但对实验的拓展则进行了大量的“增”操作。这些增加的拓展实验都具有较好的不同层度的高阶性和挑战度，鼓励学生差异化实践，对中上层次同学具有非常好的激励提升作用。其次在原来6给实验的基础上首次增加了1给自选挑战性实验，由学生自主选题，组队完成，引导学生充分发挥。最后，“增”加了实验考试和远程网络答辩环节，对基础实验随机出题考试，对挑战性实验进行远程网络答辩，由学生互评打分，课程实验安排如表1所示。

                  表1 课程实验安排

     廖磊老师坚持学生中心地位，一切教学活动以学生学习成效为出发点实施在线实验教学。开创了在线课程+网络直播+虚拟仿真+QQ群答疑的多维度混合式的“宅家实验”模式。进行了从教学理念到教学方法以及教学内容的系列化改革，尤其是加强了拓展实验、设置了挑战性自选实验和过程性考核，使得线上实验与传统线下实验实现了实质等效，取得非常好的反响和效果。