在家上实验课需要几步？清华大学任艳频老师的答案请查收

2020年4月，疫情笼罩下同学们“蹲家”开学已一个多月。大家似乎慢慢适应了居家上课、线上学习的节奏，但《电子技术实验》课程的180余名大二同学仍在担忧：一个月课程中学到不少知识，但家里根本没有条件做实验，理论无法实践，少了动手操作的实验课太过遗憾。

不过他们没有担忧太久。负责这门课教学的是自动化系实验中心主任任艳频老师，意识到同学们的困难后，她和同事们火速决定为大家邮寄自主研发的“口袋仪器”及配套实验盒。从180余名同学的宿舍取出实验盒、运送到电子技术实验室添加备用元器件和“口袋仪器”、打包贴条封箱、逐一寄出，高效有序一气呵成 。“这回我总算彻底搞清楚了紫荆学生宿舍楼群的分布，”任艳频在回忆时笑得开心，“第一天邮寄中用完了顺丰的所有纸箱，快递小哥说我们在抢他的工作。”

4月9日，最后一位同学收到实验套件。“一个都不能少”，所有学生硬件实验顺利开展。但这只是在家上实验课的一个步骤。

在家上实验课需要几步？任艳频用五个月的探索、数十年的积淀和满腔的热情与爱交上一份答卷。

▲  任艳频及团队逐一改造实验箱并寄出

实验课不延后：

“学生只有四年，我要铁了心”

2月3日，清华大学5万7千余名师生在“云端”同上一堂课，邱勇校长郑重承诺疫情防控期间“延期开学、如期开课”，从那时起任艳频的寒假就结束了。2月4日电子学教学组立即召集讨论，如何建立高质量的线上课堂？教学方案如何修改制定？实验操作课怎么办？突如其来的挑战让人措手不及，却也令人热血沸腾。

“我当时一直在想如果实验课延后，要延到哪里？学生只有四年，每个阶段都有对应的学习进度。不能延后，我要铁了心。”任艳频明确表态后开始连夜思考怎么做，预设各种场景。2月6日凌晨六点起床铺开两页纸，思路清晰地迅速写下了教学方案。这份奋笔疾书、勾勾画画的手稿成为日后“资源为纲、互动为本”线上分布式实验教学思路的雏形。

▲ 写于凌晨的教学方案手稿

3月10日，第一节《电子技术实验》如期开课。任艳频带着为配合线上教学全部更新的课件和充分的准备与同学们第一次“云端”相聚。前几周课程以仿真为主，任艳频特意为自己搭建了演示实验环境，面对镜头转行做了“主播”。

调动听众的积极性与互动感是每位主播的必修课。为了实现更好的教学互动效果，任艳频探索出不少好用精巧的小妙招，课堂留白是其中一个。“线上上课无法直接看到学生、有眼神交流，我需要确认大家都跟着节奏，把走神的同学拉回来。”任艳频和同学们约定雨课堂的弹幕功能随时打开，一旦老师在某个环节抛出问题、停止讲课，同学们就发弹幕作为回应，无声的互动让教与学融为一体、互为支撑。在为学生做远程现场演示时，任艳频也会故意设计一些bug，和同学们一起debug。“我做学生的时候，看老师现场推公式被某个环节卡住时，就会很积极地思考这是怎么回事。如今我也会故意制造一些问题，让同学们发挥优势参与其中，激发乐趣。”

教学从不是独角戏，密集的师生互动令实验教学的魅力熠熠生辉。

▲  雨课堂中有趣的弹幕互动

▲ 任艳频演示实验中故意制造的电路bug

随时随地做实验：

“不关注学生需求，那关注什么呢？”

关于远程做实验的讨论并不是这次被动线上教学才首次出现。

“学校实验室开门时间有限，如果能有一个小盒子让我们可以拿回宿舍做实验的话就好了。”这是2009年一位同学结束实验课时的反馈。电路设计实验琐碎复杂，同学们需要足够的时间琢磨，因此经常反复询问实验室周末开不开、晚上开到几点……随时随地做实验一直是所有同学的梦想。

能不能把笨重的实验仪器缩小到可以放在口袋里随身携带？这个十一年前看似天马行空的想象，如今已然成真。

从那时起，任艳频就踏上了研发“口袋仪器”的征程。信号发生器、示波器、电源是必备的仪器，它们又重又贵，怎么变小？如何保证变小后还不影响使用体验、符合学生使用习惯？困难重重，但任艳频说：“有一百个理由不做，但一个理由就足以支撑我去行动。那就是学生需要它。”2009年夏天埋下的种子在2013年第一次开花结果。第一版仪器被试用于交叉信息研究院的数字电路课，2016年升级后试用于软件学院。但那时的“口袋仪器”还很大，大大的有机玻璃板下密密麻麻的元器件，像一个双层蛋糕。2017年再次更新芯片彻底改版后，真正能放入口袋的仪器才正式问世。和市面上的类似产品相比，任艳频自主研发的“口袋仪器”更懂学生，比如接上电源信号源就可以自动输出上一次实验的波形，是一款源自教学前线的实战利器。更重要的是，任艳频身体力行地向学生们传递了一种信念：无所谓技术壁垒，没有什么不可能，需求即是机遇，创造让改变发生。在“口袋仪器”的研发过程中，也有很多学生通过SRT（Students Research Training）项目等形式参与其中，师生协力、教学相长。

▲ “口袋仪器”外形比较

▲ “口袋仪器”接口使用说明

十年磨一剑，经过多次改版的仅有手机般大小的“口袋仪器”终于要在2020年春季学期应用到《电子技术实验》课程的教学中。为每位选课同学精心准备的“口袋仪器”在任艳频案头堆成了小山，却不曾想同学们都因为疫情缘故无法返校，因此才有了本文开头去宿舍取出配套实验盒（为了便于同学们学习，已于前一学期发放至每位同学手中）并寄送“口袋仪器”实验套件的一幕。“我非常庆幸。前十年口袋仪器的需求看起来没有那么紧急，但我庆幸坚持做了出来。否则这学期就抓瞎了！”收到“口袋仪器”的180余位同学从中真正获益，张腾宇同学感慨：“收到实验箱的一刻切身感受到来自一千公里以外的温暖”；向启步同学说：“‘口袋仪器’的到来让我的实验课学习得以保质保量完成，甚至还帮助了我们计原课的大作业摆脱了远程操作。”

教学从不是被动等待，更是凭借对改革的敏锐触角未雨绸缪、跑赢危机。

▲ 学生收到了“口袋仪器”并迫不及待开展实验

答疑解惑：

“这学期与学生的距离反而更近”

“老师，我的波形总是不对……”“老师，能不能帮我看一下电路哪里有问题？”老师应声走到同学身边，仔细观察繁杂的电路线路，触碰探头排查故障。这是过往实验课答疑的常见场景，如今却成为屏幕两端师生的奢求。

同学们收到“口袋仪器”时已经堆积了三个实验，全班540余人次的实验结果需要集中一一验收；远程答疑只能拍照、语言描述，照片中很难看清每一根线路，效率极低。一次直播软件课程答疑中，任艳频专注地和一位同学查了半个小时电路还没能解决问题，可后面已经排了十几位同学。这不是长久之计，任艳频又到了不得不直面挑战的时候。

好在任艳频向来善于用创造力服务需求，口袋仪器程序升级版与新开发的“云实验室平台”网站在校庆日与同学们见面。平台自动抓取学生实验窗口数据、教师端实时观测所有同学波形，高效的并行答疑、自动的批量验收、学生自主的问题排查、精准到人的数据追踪，“技术改变教学”，边尝试边迭代，面对共同的未知，老师和学生紧紧地站在一起。

在“云实验室平台”的协助下，任艳频高效践行了“随时找我答疑”的承诺。陈浩然同学在第十五周综合实验验收前遇到困境，任艳频和他在周日晚6点到8点的黄金时段持续找寻电路问题并悉心解释；杜奇修同学甚至在考完试后写课程论文时还在和任艳频请教高阶巴特沃斯滤波器特性，并开始挑战十一阶滤波器。任艳频说：“基本所有学生都加了我的微信。虽然没能面对面交流，但这学期觉得和学生们的距离反而更近了。手机里全是和同学们的聊天记录，一条都没舍得删。”持久有耐心，老师的真情付出唤起同学们的用心反馈。正如向启步同学所说：“老师对我的事情比我自己还上心，我还有什么理由不好好学呢？”

教学从不囿于物理空间，是一颗心与另一颗心的陪伴与呼唤。

▲ “云实验室平台”操作界面与实时波形

再出发：

“面对线上线下结合的教学常态”

任艳频老师的坚守获得各项肯定。7月10日任艳频获评“疫情防控期间在线教学优秀教师特别奖”，同学们发自肺腑的反馈更令人欣慰：“线上实验时间地点灵活方便”、“发现错误可以随时补测”、“提问方便很多，我个人提问率和收获明显上升”、“实验变得更有趣了！”“建议以后课程也用‘口袋仪器’完成”“只是没见到老师好遗憾”……任艳频说：“这份荣誉属于我的教学团队，离开同事和助教的帮忙，我寸步难行。这份荣誉，更属于自动化系2018级的全体同学。”

课程已结束，但任艳频新的探索才刚刚开始。“我们已经到达线上教学的暂稳态，可能再也回不到原来完完全全线下教学的稳态了。线上线下结合将会是日后的教学常态。”任艳频深刻意识到教学改革的时代浪潮，并敏锐地捕捉到其中的优势与机遇。从被动创新应对疫情转变为挖掘“抗疫红利”，任艳频再上征程。

推进教学资源与经验共享，让更多学生因此受益。经过一学期的成功试验，任艳频的教学模式和技术正逐渐被更多清华老师青睐，推广到其他课程和院系。不仅仅面向清华，线上教育使得教学资源有机会开放给更多学子，近日任艳频正在全国大学生电子设计大赛的平台开通在线课程，录制数字化新形态教材《基于口袋仪器的电子电路实验》视频，甚至考虑推出中英版本，为中外学生提供有普适性、高质量、“理论+实践”相结合的在线电子技术基础教学资源。一分钟的视频展现往往对应一小时的幕后准备，但任艳频有信心在九月开学前力争让各高校学生享受到这套资源：“这是清华老师面向社会该承担的义务。”异时、异地、异步教学资源的共享与整合，构建线上线下结合的常态化教学机制，是每一位教育者、院校和教育主管机构在探索的最新尝试。

教学从不是一成不变的经验依赖，于危机中开先机，多米诺骨牌一旦触发，我们要昂首面对的是一片崭新的教学蓝海。

在家上实验课需要几步？如期开课，直播演示，线上互动，线下邮寄，随时在线，验收答疑。五个月来，每一步任艳频都走得用心用力。

在家上好实验课需要几步？其实就只是走进学生心里的一步而已。这一步，任艳频走了数十年。

从学生到老师，任艳频和清华同行24年。她说“在清华越久想做的事越多，越感觉忙不过来，越不想离开。”这是清华精神带给人的深深烙印，是一所大学与师生的灵魂共振。邱勇校长在7月3日的“云上学堂”交流会中说：“大学是人类文明的灯塔，她用智慧之光驱散黑暗，以独特的韧性和力量，为人类未来撑起一片蓝天。”正是太多如任艳频般的掌灯人，用热情和心血点亮了指引航路的明灯。

未来总是充满未知，疫情下的百年未有之变局更是扑朔迷离。但仍有太多信仰永远不变，让我们在传承创新中无所畏惧，心有所依。更开放的大学、更自主的学习、更智慧的教学、更普惠的教育，相信这些共同憧憬的美好愿景终将在我们的追问与解答中如期而至。

任艳频，清华大学自动化系研究员，自动化系实验中心主任；曾获全国高等学校青年教师电子技术基础、电子线路课程授课竞赛一等奖，清华大学教学成果一等奖，清华大学实验技术成果一等奖，清华大学优秀班主任一等奖等。

鸣谢任艳频老师及所有接受采访的同学！

策划 | 乐学采编组

采访 | 魏海龙 张宇婷 吕淑敏 鲁方裕 王若琪

文案 | 张宇婷

编辑 | 杨文旭 张宇婷

审核 | 魏海龙