電工學在線開放課程的研究與實踐

劉曼玲 劉麗敏 劉子建

（中南大學信息科學與工程學院，湖南 長沙 410075）

電工學在線開放課程的研究與實踐

劉曼玲 劉麗敏 劉子建

（中南大學信息科學與工程學院，湖南 長沙 410075）

在線開放課程是對傳統課堂教學模式的改革，為知識傳播提供了更加靈活與自由的方法與途徑，必將帶來教學方式與教育技術的革命。為了探索出一條適合本國的在線教學模式，對國外成功的大型開放式網絡平臺進行了分析與研究，從我國高等教育的實際情況出發，并結合公共基礎課—電工學，在資源共享、教學方法、師生交互、協助學習、在線實驗等方面提出了一些具體的改革實施方法，由此可以輻射到其他基礎與專業課程的學習。

高等教育；電工學；在線開放課程；互動

1 引言

大型開放式網絡課程（massive open online courses，MOOC）是由美國猶他州州立大學大衛懷利于2007年8月開始實行的[1，2]，從剛開始的5個研究生選修課，發展成開放式的、來自8個國家的50個學生學習[3]。2011年秋天，由美國Udacity（知識實驗室）所開設的大型開放式網絡課程“人工智能”，吸引了160 000多人參加。2012年3月，Coursera網絡學習平臺由美國斯坦福大學教授Daphne Koller和Andrew Ng創立，至今已有包括多所美國常青藤大學的三十多所高校加盟，覆蓋20個科目和200多門課程[4，5]。edX則是由美國哈佛大學和麻省理工學院創辦的免費MOOC教育平臺，成千上萬的中國學生參與其中并從中受益。清華大學與美國在線教育平臺edX聯合，成為edX的首批亞洲高校成員之一?？傊?，美國Udacity、Coursera與edX三大網絡教育品牌的誕生，給教育理論和人才培養注入了新的活力，為全球優秀資源共享提供了更為廣闊的平臺，也為先進知識的傳播提供了更加方便與自由的途徑。

隨著我國科學技術的發展和高考入學率的提高，人們終生學習的需求日益加大，學生多、教師少的矛盾也逐漸凸顯，很多高校的師生比例已低于國家規定的1：14的標準。因此，延伸高等教學課堂的時間和空間變得十分重要，而大型開放式網絡課程的設計與實施將會給我國的高等教育帶來更大的活力：課程沒有時間和人數的限制，人們能自由獲取資源，不需要學校的學籍等。大型開放式網絡課程為有志者提供了一種免費接受高等教育的方式，提供了一條汲取新知識更為便捷的通道。將學習作為一種終身習慣和精神養分，是人類社會的理想境界。

2 研究目標

Udacity、Coursera與edX三大網絡平臺已成功應用在美國的大型開放式網絡課程中，其經驗值得學習[6-8]。中國在大型開放式網絡課程方面還剛剛起步，沒有創建自己的品牌。由于我國是一個人口大國，受教育者眾多，因此，在高校建立大型開放式網絡課程會使更多渴望學習的人受益，高?？梢猿浞掷矛F有的優秀教師團隊與網絡通信設備，架起師生之間的交流平臺，實現教學資源的共享，將常規的有限課堂延伸到無限的網絡空間。

電工學是一門許多高校非電專業開設的電類技術基礎課。它集電工電子和其它學科理論技術于一體，覆蓋面廣、實踐性強。通過本課程的學習，可使大學生獲得電工、電子技術必要的基本理論、基本知識和基本技能，了解電工、電子技術的應用和發展概況，為拓寬知識面以及從事與本專業有關的工程技術打下一定的基礎。由于電工學涉及到電路、電機控制、模擬電子技術和數字電子技術等諸多內容，概念多、跨度大使這門課的教學難度系數也相對較高，學生感到課程難學，實驗難做，而在線開放課程的開發可以打破時間與有限課堂的限制，讓學生有更多學習的自由與空間。

針對目前單一的多媒體課件教學和實驗教學中出現的各種問題，我們通過理論和實踐的緊密結合，研究電工學在線開放課程的設計與應用。通過深入探討現代網絡和通信理論，結合本課程教學的實際需要，設計一個開放式網絡課程的教學平臺與網站，采用網絡、移動和無線數字媒體技術，實現一個支持學生學習、師生交互、協同學習、信息共享和易用性高的網上學習系統。

3 研究內容

電工學是一門在高校授課率高、學生受益面廣的課程，在其內容多、學時少和實踐性強的背景下，進一步拓寬教與學的空間，改進教學模式與手段，提高學生的綜合學習水平和實驗動手能力，為建立開放式電工學開放課程所要解決的問題。研究的主要內容有：建立電工學教學網站，開放交流平臺，拓展課堂空間，優化教學方法，出版特色教材，改進實驗模式。

3.1 建設教學平臺

建設和共享大規模在線高等學校電工學開放課程的重點首先是開放，根據聯結主義式的MOOC的原理，可以將學生需要的各種資料通過網絡平臺、網站鏈接、網頁、通信等，實現信息的快速傳播。

在網站上完善電工學的教學大綱、教學標準、電子教案、電子課件、試卷庫、實驗錄像與PPT；連接課程內的教材或其他內容；建立在線交流系統（文字+語音+視頻），利用QQ、微信、公共郵箱等各種形式，實現資源共享和師生間、學生間的無障礙交流。

3.2 優化教學方法

3.2.1 教學內容模塊化

為了使教學內容與學生所學專業結合更加緊密，以增加學生的學習興趣和對知識的應用能力，將教學內容模塊化。模塊分基本模塊和拓展模塊，基本模塊為基本理論和基本分析方法，為各專業必修部分；拓展模塊為不同專業根據需求，選修的不同模塊。

根據內容-模塊-單元-知識-練習的關系鏈條，形成完整的學習體系，將每個單元的多個知識點與對應的練習作為基礎，再擴展到多個單元直至整個模塊與內容的掌握。每個知識點有詳細的課堂筆記、習題與答案，學生可以隨時瀏覽和打印。

3.2.2 教學內容多樣化

改變純粹的理論課堂教學，在網絡課堂上利用電子仿真軟件如Multisim、Proteus或視頻錄像等增加一些實物、實例和實驗的演示，提高學生的學習興趣。

在一些知識的介紹時，采用項目驅動式教學法，取代傳統的先講知識點，后講例子對知識點進行驗證的教學模式。項目驅動式教學法采用啟發—交流—創新的模式，即先從實際應用提出一個問題，讓學生思考如何用現有知識解決，通過探討后如何應用新的知識解決。項目驅動式教學法的優點在于：一是調動學生的學習熱情；二是學以致用；三是啟發科學思維。

3.2.3 充分利用網絡和通信技術，將基本概念和容易混淆的問題用軟件編制成隨機抽取自測題，學生可以上網反復測試并取最高分，還可以采用協助學習的形式，學生之間互評網上作業并打分。

3.3 出版特色教材

由于電工學內容多，學時少，所使用的教材也使學生覺得知識抽象、計算量大，有些望而生畏。因此，電工學課程的教學重點需放在重基礎、重應用、重技能等方面，使學生對與生產過程緊密聯系在一起的電氣、電子工程技術有清晰的概念和明確的了解，激發起他們的學習熱情。為了解決電工學內容多與學時少的矛盾，根據電子技術發展快和不同專業對電學的要求，出版與之配套的有特色的、模塊化的教學與輔導教材，將最新的科技成果引入到教學內容中，并將相應的電子教學課件和學生學習課件上傳到網上，學生可以根據需要而選擇性地學習。

3.4 改進實驗模式

根據電工學實踐性強的特點，在教學網站上開設基礎實驗、設計實驗和拓展實驗的設計與仿真（Multisim、Proteus），使學生能理論聯系實際，更好地理解和運用基本知識。在設計性實驗中，增加一些與實際聯系緊密的內容和學生可能感興趣的電子小器件（如電子門鈴），培養學生的創新意識和創新能力。在拓展實驗中，介紹常用的電路設計軟件Protel DXP 2004，讓學生熟悉以PCB為核心的整個物理設計，包含SCH（原理圖）設計、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設計、Auto Router（自動布線器）和FPGA、VHDL設計等。通過拓展實驗和實例介紹使學生能全面熟悉設計、仿真與制作電子產品的全過程。將基本實驗、實驗儀表拍成視頻和做成PPT上傳到網上，讓學生對常用的儀器儀表的使用有感性的認識，提高學生分析實際電路和排除故障的能力，便于學生預習或沒有條件進實驗室的學習者自學。

4 創新

Udacity、Coursera和edX品牌的大體形式已基本確定，目前很多網站也在提供MOOC了，MOOC的三大關鍵為教學、學習和評估。研究在線學習的美國專家曾把教學內容的質量、教師在教學中的投入以及師生之間的互動作為在線學習的三要素。由于Udacity、Coursera和edX均是由美國頂級大學創辦和實施的，前兩個要素一般都能得到保證，但要在一個有成千上萬人的班級里，學生能夠與老師及時的進行交流與互動就成了難題，這也是目前MOOC課程中存在的棘手問題。國外現在常用的互動模式是在線論壇、學習小組和線下見面會。如哈佛大學目前的互動模式還相當簡陋，公共衛生院教的一門關于定量方法的課程，會有區域性聚會。針對互動模式比較薄弱這個問題，在采納國外的在線論壇、學習小組的基礎上，根據我國的國情，采取一些創新性的方法。

4.1 設定站內信箱。信箱具有收件、發件和寫信功能，學生發給其他人的信息都顯示在發件箱，老師和學生都可以看到并回復學生的信件。

4.2 建立問題中心。問題中心設搜索問題、我要提問、我要回答。搜索待解決問題、已解決問題和常見問題；我要提問：提出在學習中遇到的問題，由其他學生回答協同學習，老師把關和點贊。

4.3 知識庫。知識庫分搜索資料、上傳資料和下載資料，搜索資料可查找有用的學習資源，老師與學生之間、學生與學生之間可以上傳資料、下載或收藏資料。

4.4 建立多維的在線交流系統（文字+語音+視頻），利用QQ、微信，實現師生之間的互動。

4.5 反饋。與其他學習者分享依不同學習目標編排的教學內容和想法。重新制定目標和編排教學內容，以配合不同學習者的需求。

綜上所述，在線開放課程提供了一種靈活的教學模式與自由的學習方式，適合于我國人口大國和受教育者眾多的國情。為了更好地與國際教育接軌，在高校推廣MOOC的課程是十分必要的，它可以促進先進網絡技術與教育的融合，拓展課堂教學空間。通過進一步的研究教與學的規律，提升學生的學習質量和學習效率，為培養我國的現代科學技術人才服務。

[1]李青，王濤.MOOC：一種基于連通主義的巨型開放課程模式[J].中國遠程教育，2012（3）：30-36.

[2]李曼麗.MOOCs的特征及其教學設計原理探析[J].清華大學教育研究，2013（4）：13-21.

[3]黃海瑛.MOOC課程的興起及其在英美文學教育中的應用[J].文學教育，2014（5）：85-86.

[4]王萍.大規模在線開放課程的新發展與應用：從cMOOC到xMOOC[J].現代遠程教育研究，2013（3）：13-19.

[5]樊文強.基于關聯主義的大規模網絡開放課程（MOOC）及其學習支持[J].遠程教育雜志，2012（3）：31-36.

[6]Peco P P，Mora S L.Architecture of a MOOC based on CourseBuilder[C].Information Technology Based Higher Education and Training（ITHET2013）.Piscataway NJ：IEEE，2013：1-8.

[7]Balaji B S，Sekhar A C.The various facets of MOOC[C]. 2013 IEEE International Conference in MOOC.Piscataway NJ：IEEE，2013：139-142.

[8]Kay J，Reimann P，Diebold E，et al.MOOCs：So Many Learners，So Much Potential[J].Intelligent Systems，IEEE.2013，28（3）：70-77.

TM1-4

A

1671-0037（2014）11-118-2

劉曼玲（1960-），女，副教授，研究方向：電工電子技術。

通迅作者簡介：劉麗敏（1976-），女，講師，博士，研究方向：計算機應用。