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武大团队为学子打造600多个家庭“电子实验室”

发布时间:2020-06-29   作者:   来源:武大新闻网   访问次数:


记者:付晓歌  通讯员:梁偲偲、周立青

分包百万个元器件,投递了600多个实验包裹……疫情期间,武汉大学电子信息学院将实验仪器和实验器材投递到学生家中,为学子们构建了600多个家庭的“个人电子实验室”。

19日到621日,电子信息学院电子技术实验教学团队不少一节课,不缺一个学生,不减一步动手环节。团队依靠多年来在“随时随地开展实验教学”教学技术研究中的探索和积累,以自主研发的集成仪器技术为核心,构建“个人电子实验室”,开展了一场全员参与的实验教学博“疫”战。

 

小平台,大作为

19日,师生们完成了一年的学习,准备迎接寒假。电子信息学院教学实验中心大楼却人声鼎沸,在逐渐清静的校园里显得格外热闹。武汉大学电子竞赛培训的传统项目寒假集训在这里正式启动。

课程团队负责人周立青老师正式向同学们推出了筹备已久的寒假集训方案。来自电子信息学院和物理科学与技术学院7个专业共246名同学,被分成6个培训班,8名指导教师和21名师兄助教全面上阵,和同学们一起开展一周的微处理器技术和系统开发的集中训练。

115日,集训结束,同学们兴奋地带着寒假设计任务返回家乡,按计划217日返校要进行寒假项目验收,但谁也没想到,返校却遥遥无期。

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123日武汉封城。武汉大学立刻启动了教学预案,开始线上教学的准备。在此期间,电子设计竞赛的培训一天也没有停止。同学们回家时都带着团队统一配发的微处理器开发平台,这本是为寒假设计项目准备的便携式开发平台,却无意中让同学们在疫情封锁下能够坚守实验桌,开展独特的实验学习模式。

作为团队配置的常规实验装备,小小的微处理器开发平台成为疫情遭遇战中同学们手里唯一的硬件武器,但小平台有大作为,基于微处理器开发平台,同学们顺利完成了微处理器相关的数据储存、通信、数字钟等系列实验。

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2月完成的数字钟系统

武汉疫情防控进入关键阶段,严重依赖于实践环节的电子信息类专业教学如何开展实验教学,一直是电子信息学院所有老师思考的问题。

学院党委书记李德识和副院长贺赛先一边忙于疫情防控,一边组织研究实验教学推进措施,明确提出在“保证质量”的前提下,软件类、仿真类实验“应开尽开”,不得推迟教学计划,硬件类实验要尽最大努力创造实验条件,力争“能开尽开”。

 

全员上阵,升级装备

实验课就是“实验”课,只有学生实际动手、发现问题、解决问题,才是实践能力培养的核心理念。

作为电子信息类专业的核心基础实验课程,电子技术课程设计、集成电路等专业基础实验课程在没有专业仪器和平台的支持下是完全无法实施的,当很多高校纷纷采用仿真实验或远程实验形式代替学生的动手实验时,电子技术实验团队却坚持要求学生自己动手实验。

在家开展实验,首先要解决的就是仪器设备问题。团队敢于提出让学生在家里开展硬件实验,底气在于团队在“个人电子实验室”方面的研究基础——集成仪器技术。该技术集成了示波器、信号源、电源、频谱仪等12种电子仪器功能。“基于这台约A4大小的仪器,在任何地方,只要连接一台电脑,就可以搭建成一个移动的个人电子实验室。”团队负责人周立青介绍。

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打包邮寄

为确保学生能够在家顺利开展实验,团队决定给学生们寄实验器材,打造一个个家庭实验室。600多个学生,这不是一个小数目,老师们需要分包100多万个元器件,投递600多个实验包裹,才能将实验仪器和实验器材投递到学生家中。

看似简单的分包,实际上隐藏巨大的挑战。寄哪些元器件才能够既满足学生的需求,又节约时间和人力物力,这是对老师们教学积累和教学研究的考验。因为少一个器件可能直接导致实验无法开展。

在实验元器件的配置上,既要限制器件规模,又要兼容方案的多样性,每一个芯片、电阻、电容都需要论证。2月底,团队专门安排了两位老师,对所有的电路重新设计,做出示例实物,列出核心器件清单。最终经过6位老师反复审核才最终定稿。“所有元器件按照所需数量的2倍以上进行配置,保证同学们即使在家做实验,也有器件保证,可以灵活选择方案。”团队老师介绍。

4月的武汉逐步复产复工。团队工作群里一声动员,全体在汉老师集体到岗。由于很多器件不能直接分装,需要进行额外的加工才能够用在实验中,团队老师纷纷上阵,一个个进行焊接,手动为学生们扫除障碍。

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老师们加工器件

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在分装的100多万个器件中,有的器件细如针丝,有的器件丝印要用放大镜才能看清。电阻电容小规模的元件库,一个库就有好几百个元件,要一个一个的数出来写上标签方便学生识别。

实验室长长的走廊里,排起40多米的实验长桌,上面放满了分门别类的器件。在打包前,老师们对所有器件一一检测,确保所有功能正常。所有器件按类分拣、整齐排列、统一装袋。“一个元件的错误,对我们来说可能就是万分之一的错误,但对拿到这个错误器件的同学,可能就是一门课程的失败。”周立青说,“所有老师都打起十二万分精神,认真开展这项工作。”

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邮寄包裹打包更是力气活。快递公司人员有限,老师们决定自己上阵动手打包,充当起快递小哥。老师们说,“辛苦准备的器件和仪器,自己把它们严严实实的包装起来心里更放心。”

同学们收到包裹后纷纷表示,“这是我收到的包裹最严实的物品,真切体会到老师们的用心。”

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学生收到的个人实验室器材

 

硬核课程,在线教学

打造家庭电子实验室的硬件条件已经具备,保证在线实验课程取得良好教学效果才是团队的最终目的。为此,团队在师资配备与课堂保障、课堂模式与实验演示等方面做了充分的准备和预案。

据了解,课程团队自建设以来,所有实验课程实行的是双师制结构,即主讲教师和实验教师配合一个班级的教学,确保师生比在115以下。在常规师资的基础上,考虑到学生在家庭开展实验的实际困难,团队还专门设置保障组,负责设备和器材故障问题处理,为实验课保驾护航。

在课堂模式与实验演示环节,根据实验的6个模块,团队安排6名优质师资对指定的实验模块进行准备,为所有学生在线授课,实行“统一授课,分班指导”,借助在线教学的优势,将优质师资共享给所有学生。

为了保障教学效果,团队对实验演示直播进行了多次尝试和预演。哪怕是选择什么摄像头这种在旁人看来微不足道的小事,都是老师们十分关注的问题。周立青告诉记者:“常规的笔记本摄像头没办法拍摄桌面操作,普通的摄像头在实物演示的时候聚焦较慢且常常聚焦不到制定区域,专业摄像机效果好但是所有实验都用需求量较大。通过反复尝试,我们最终选择了专业摄像机和桌面摄像头结合的方式,集中授课使用专业摄像机,视频指导使用小型的桌面摄像头,方便灵活调整。”

虽然条件艰苦,但是团队对课程质量要求更高,课程考核也绝不放水。为了让同学们有回“珈”的感觉,所有任课老师都全程在实验室上课,让同学们可以看到熟悉的实验室背景;老师和学生使用同一设备,便于同步指导。此外,所有学生都可以通过视频随时观摩老师对其他学生的指导。

除了课堂教学以外,课程指导大群中始终保持有十几位老师全天在线答疑,这些实验老师分为仪器组、材料组、实验方案组,随时解答学生在实验中遇到的困难,并及时视频连线指导,直到学生解决问题为止。虽然实验条件倍受限制,但同学们做实验的热情有增无减,求知若渴,课程组老师们常常答疑到深夜。

 

“打怪”升级,收获满满

做实验仿佛是一个“打怪”升级的过程。从传说中的“难”到“发现问题”,从“解决一个问题”到 “发现下一个问题”,直到整个系统联调成功,这已经成为课程群系列实验课程的基本节奏。

陈薇说,“在没正式上课之前,听上学期做实验的同学说会很难。因此,第一天上课时,我非常认真地听课,结果发现课程内容可以听得懂。结合之前的数电知识,我就很容易理解了电路的原理以及各种参数如核调整。”

——难而不让人退却,是设计课程时的期待路线。

陈薇第一天做某项实验的时候,计算了各个参数,却发现发射波形很不稳定。她根据电路连接原理,仔细检查了好几遍,调整滑变,结果不仅没有好转,连波形也没了,这让她非常着急。

慢慢地,她静下心来思考,一定是自己忽略了什么地方。于是,她开始用万用表一个一个测量。终于在快23:00点的时候找到了原因。陈薇说,“通过这个事情,我明白了不能一昧追求连接速度,要学会思考问题。理论是完美的、实践是残缺的,这就是实践教学的意义。”

——忙而不慌,这是团队开设课程锻炼出来的实验素养。

周立青说,“团队设计的三门系列课程,最终不仅仅是要他们学会课堂上的知识和技能,更重要的是让他们学会冷静思考,发现并解决问题。当同学们都能自己总结出团队设计教学的初衷时,教育的魅力也就得以充分体现。”

不少同学表示,这段时间在家做实验,是一个难忘的回忆。自己每天除了吃饭,其余时间都在房间做实验,常常研究到深夜。

 “通过反反复复的测试,终于得到结果,成就感与如释重负的感觉是不言而喻的。在这个过程中,老师们都很有耐心地帮我寻找问题,甚至视频一对一辅导我进行调试,让我很感动。” 李泽胤告诉记者。

 “虽然很辛苦,但也很值得,看着这些学生认认真真做出很多有价值的东西,值得。”代永红老师在第一轮实验结束时如是说。“值得”是团队所有老师面对这场没有硝烟的博“疫”战最骄傲的回复。

6211730,随着三个实验班级的师生完成课程总结下课,电子技术实验教学团队全面完成本学期所有实验教学任务,为过去165天的教学画上一个暂时的句号。

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学生的“个人实验室”设计作品

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和家人一起享受实验课的乐趣

(编辑:陈丽霞)

 

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