基于“趨同進(jìn)化”理論的微課教學(xué)設(shè)計(jì)研究——以”電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)為例

曹春雷

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基于“趨同進(jìn)化”理論的微課教學(xué)設(shè)計(jì)研究——以”電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)為例

曹春雷

摘要：針對(duì)中職生的特點(diǎn)，借鑒Multisim的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，引進(jìn)生物學(xué)領(lǐng)域的“趨同進(jìn)化”理論，以中職”電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)為例，從理論上提出微課“趨同進(jìn)化”教學(xué)設(shè)計(jì)策略，并以“用仿真實(shí)驗(yàn)處理三相負(fù)載的星型聯(lián)結(jié)問(wèn)題”為教學(xué)案例進(jìn)行詳細(xì)闡述。通過(guò)微課的有效應(yīng)用,達(dá)到提高學(xué)生問(wèn)題解決能力和使知識(shí)內(nèi)化得到優(yōu)化的目的。

關(guān)鍵詞：中職；微課；教學(xué)設(shè)計(jì)；趨同進(jìn)化

一、相關(guān)概念

（一）Multisim

Multisim是全球獨(dú)一無(wú)二的交互式電路仿真軟件，Multisim整個(gè)操作界面如同一個(gè)實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，有虛擬電子元器件庫(kù)、虛擬儀器儀表庫(kù)和進(jìn)行仿真分析的各種操作命令，在“電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，師生可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并方便的使用虛擬儀器對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。如同置身于實(shí)驗(yàn)室使用真實(shí)儀器調(diào)試電路一樣，非常真實(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏的中職學(xué)校，使用Multisim可以起到優(yōu)化教學(xué)過(guò)程的作用。

（二）微課

“微課”是指為更好的幫助學(xué)生解決某一個(gè)問(wèn)題或者知識(shí)點(diǎn)或者教學(xué)環(huán)節(jié)而開(kāi)展的教與學(xué)的活動(dòng)，并將活動(dòng)過(guò)程以視頻的形式記錄呈現(xiàn)。微課的出現(xiàn)能使知識(shí)傳授得到提前和知識(shí)得到內(nèi)化優(yōu)化。其前提是微課的教學(xué)設(shè)計(jì)足以吸引學(xué)生的興趣并能維持其學(xué)習(xí)毅力，因此，微課的教學(xué)設(shè)計(jì)理念尤為重要。

二、學(xué)習(xí)者分析和課程分析

目前的中職學(xué)校普遍存在“課難上，生難管”的現(xiàn)象，特別是理工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)存在不同程度的學(xué)生上課睡覺(jué)、玩手機(jī)現(xiàn)象。分析中職學(xué)生的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)：一是他們具有潛意識(shí)的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，但缺乏促使其外顯的動(dòng)力和維持其學(xué)習(xí)毅力的學(xué)習(xí)環(huán)境；二是中職學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)（特別是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）薄弱，且基礎(chǔ)和素質(zhì)參差不齊，但普遍喜歡在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)。因此，需要結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)策略。

在電學(xué)知識(shí)需要實(shí)驗(yàn)設(shè)備輔助教學(xué)但又缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下，“電工基礎(chǔ)“課程可以利用電路仿真軟件Multisim有效彌補(bǔ)這一缺陷，同時(shí)恰好切合學(xué)生喜歡計(jì)算機(jī)操作的特點(diǎn)。

三、趨同進(jìn)化理論及教學(xué)設(shè)計(jì)策略

趨同進(jìn)化理論指的是不同的生物，甚至在進(jìn)化上相距甚遠(yuǎn)的生物，如果生活在條件相同的環(huán)境中，在相同選擇壓的作用下，有可能產(chǎn)生功能相同或十分相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)相同的條件。將生物學(xué)領(lǐng)域的趨同進(jìn)化理論遷移到教育領(lǐng)域，同樣會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。[1]借鑒趨同進(jìn)化理論，合理設(shè)計(jì)微課，并借助信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生掌握學(xué)習(xí)提供視頻材料，學(xué)生可以通過(guò)反復(fù)學(xué)習(xí)，達(dá)到掌握學(xué)習(xí)的目標(biāo)。本文在對(duì)中職生特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程特點(diǎn)，基于趨同進(jìn)化教學(xué)理論開(kāi)展相關(guān)教學(xué)設(shè)計(jì)策略的研究，以期通過(guò)合理的微課教學(xué)設(shè)計(jì)策略，使微課得到有效應(yīng)用，并達(dá)到提高學(xué)生問(wèn)題解決能力的目的。

（一）選擇壓設(shè)計(jì)策略

“選擇壓”的產(chǎn)生可以是學(xué)習(xí)支架，也可是任務(wù)目標(biāo)，還可以是思維框架等能為學(xué)生設(shè)計(jì)產(chǎn)生能驅(qū)動(dòng)、引導(dǎo)學(xué)生思考并行動(dòng)的一切支架，均能稱(chēng)之為選擇壓。[2]當(dāng)前中職生經(jīng)常處于無(wú)問(wèn)題狀態(tài)，從而導(dǎo)致學(xué)生因無(wú)所事事而上課睡覺(jué)、玩手機(jī)。因?yàn)閱?wèn)題使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，所以可以采用問(wèn)題支架作為選擇壓。根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和素質(zhì)參差不齊的特點(diǎn)，要吸引學(xué)生的興趣并能維持其學(xué)習(xí)毅力，教學(xué)中需要為學(xué)生提供多樣化、分梯度的問(wèn)題支架，制造選擇壓從而保證每個(gè)學(xué)生均能上架，只是快慢不同，但最終都能上升到同樣的高度。[3]所以在教學(xué)中采用鼓勵(lì)跟進(jìn)式的問(wèn)題設(shè)計(jì)策略，在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)將問(wèn)題分解成初始問(wèn)題、跟進(jìn)性問(wèn)題、拓展性問(wèn)題，按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律使學(xué)生問(wèn)題解決能力的提升就像解決問(wèn)題的過(guò)程一樣，有一個(gè)循序漸進(jìn)、逐層提高的過(guò)程。

（二）問(wèn)題解決支架設(shè)計(jì)策略

微課在課程教學(xué)中起到支撐學(xué)習(xí)的作用，而微課本身也需要支撐學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)生支架的有效設(shè)計(jì)。學(xué)生在選擇壓作用下，嘗試解決問(wèn)題，但是學(xué)生往往缺乏的是學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)和解決問(wèn)題方法的支撐。因此，支撐學(xué)生問(wèn)題解決的支架設(shè)計(jì)尤為重要。借鑒網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)Moodle的優(yōu)勢(shì)，教師可以提供以下幾種支架（見(jiàn)表1）。

根據(jù)對(duì)中職生的特點(diǎn)以及課程特點(diǎn)分析，本文更多的是利用Multisim直觀形象、操作方便的優(yōu)勢(shì)，利用仿真實(shí)驗(yàn)操作示范來(lái)支撐學(xué)生的問(wèn)題解決。對(duì)于不同層次的問(wèn)題設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)層次的仿真實(shí)驗(yàn)。

表1　支撐學(xué)生問(wèn)題解決的支架設(shè)計(jì)

（三）問(wèn)題解決效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)策略

為檢驗(yàn)學(xué)生問(wèn)題解決和知識(shí)內(nèi)化的程度，要設(shè)計(jì)學(xué)生預(yù)備知識(shí)測(cè)評(píng)，對(duì)應(yīng)不同層次的問(wèn)題選擇壓和仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)層次的學(xué)生課前個(gè)人知識(shí)測(cè)驗(yàn)，問(wèn)題、仿真實(shí)驗(yàn)、測(cè)驗(yàn)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。[4]同時(shí)為了進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化，設(shè)計(jì)了反思問(wèn)題環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生通過(guò)小組討論、展示自我等環(huán)節(jié)，加深知識(shí)內(nèi)化。

（四）“教學(xué)做評(píng)合一”教學(xué)方法

將以上的趨同化教學(xué)設(shè)計(jì)理念通過(guò)“教學(xué)做評(píng)合一”的教學(xué)方法體現(xiàn)。圍繞教學(xué)目標(biāo)對(duì)應(yīng)“教學(xué)做評(píng)”4個(gè)環(huán)節(jié)，將趨同化教學(xué)設(shè)計(jì)理念具體化為學(xué)生的4個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：想一想；學(xué)一學(xué)；做一做；說(shuō)一說(shuō)。

四、微課教學(xué)設(shè)計(jì)案例分析——“用仿真實(shí)驗(yàn)處理三相負(fù)載的星型聯(lián)結(jié)問(wèn)題”

（一）教學(xué)背景

1.學(xué)習(xí)者分析。本次微課的學(xué)習(xí)對(duì)象是電工電子專(zhuān)業(yè)高一年級(jí)的學(xué)生，他們的主要特征是：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，特別對(duì)于三角函數(shù)的學(xué)習(xí)和利用平行四邊形法則分析相量圖存在困難，但是喜歡計(jì)算機(jī)操作（學(xué)校中午2個(gè)小時(shí)和下午3個(gè)小時(shí)機(jī)房對(duì)學(xué)生開(kāi)放），喜歡電工電子專(zhuān)業(yè)，但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，經(jīng)培訓(xùn)具有一定的Multisim軟件操作能力，但需不斷的強(qiáng)化。已學(xué)習(xí)了三相電源的聯(lián)結(jié)等相關(guān)知識(shí)，具備了學(xué)習(xí)三相負(fù)載的星型聯(lián)結(jié)的知識(shí)起點(diǎn)。

2.教材分析。三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)是“電工基礎(chǔ)”的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，而三相負(fù)載的星型聯(lián)結(jié)是三相負(fù)載的一種常用聯(lián)結(jié)方式。其中三相負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)中性線(xiàn)電流大小和作用是本節(jié)課的難點(diǎn)，而突破中性線(xiàn)電流大小這個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，成為突破中性線(xiàn)的作用這個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題的關(guān)鍵。

在教材中求中性線(xiàn)電流大小一般采用畫(huà)相量圖求三相電流的相量和或者利用三角函數(shù)知識(shí)直接求三相電流瞬時(shí)值的和來(lái)求中性線(xiàn)電流大小，或者做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)前面對(duì)學(xué)習(xí)者的分析，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏、真實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成的情況下，采用電路仿真軟件Multisim操作簡(jiǎn)單、方便、直觀，剛好切合了學(xué)生喜歡動(dòng)手實(shí)踐更喜歡計(jì)算機(jī)操作的特點(diǎn)，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣。

（二）教學(xué)目標(biāo)

認(rèn)知目標(biāo)：掌握三相負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)中性線(xiàn)電流的大小。

情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析和解決問(wèn)題、交流合作的能力以及求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

技能目標(biāo)：學(xué)會(huì)運(yùn)用仿真軟件Multisim9繪制常用電路，并分析仿真結(jié)果。

（三）教學(xué)方法

教學(xué)做評(píng)合一教學(xué)法，講授法，示范教學(xué)法，任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，仿真實(shí)驗(yàn)法，小組討論法。

（四）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)流程

根據(jù)趨同教學(xué)理論，教師設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)目標(biāo)任務(wù)的3個(gè)梯度的問(wèn)題支架，同時(shí)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)3個(gè)問(wèn)題的3個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生帶著問(wèn)題看微視頻，可以邊看邊學(xué)邊做，布置學(xué)生自己動(dòng)手畫(huà)電路圖并仿真的任務(wù)，完成對(duì)應(yīng)目標(biāo)任務(wù)的測(cè)驗(yàn)，主要考察學(xué)生掌握知識(shí)的程度以及發(fā)展水平，測(cè)評(píng)結(jié)果可為教師設(shè)計(jì)下一個(gè)微課問(wèn)題支架提供依據(jù)。同時(shí)通過(guò)開(kāi)展小組討論，給學(xué)生留出展示和評(píng)價(jià)的時(shí)間，合理設(shè)計(jì)討論的主題，達(dá)到既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作，促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間互相學(xué)習(xí)、互相影響、最終趨同發(fā)展的效果，又能為銜接下一次課的內(nèi)容做準(zhǔn)備。

根據(jù)以上理論，本微課設(shè)計(jì)了4個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：想一想；學(xué)一學(xué)；做一做；說(shuō)一說(shuō)。

1.想一想環(huán)節(jié)。首先開(kāi)門(mén)見(jiàn)山提出學(xué)習(xí)目標(biāo)，介紹“三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)”和“三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載”兩個(gè)概念，并圖示中性線(xiàn)電流大小。接著給出3個(gè)梯度的問(wèn)題支架：

（1）三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載做星型聯(lián)結(jié)時(shí)的中性線(xiàn)電流iN=？（初始問(wèn)題對(duì)應(yīng)本節(jié)課的認(rèn)知目標(biāo)）

（2）三相四線(xiàn)制變成三相三線(xiàn)制的條件是什么？（跟進(jìn)性問(wèn)題）

（3）三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)載做星型聯(lián)結(jié)時(shí)的中性線(xiàn)電流iN=？（拓展性問(wèn)題）

2.學(xué)一學(xué)環(huán)節(jié)。對(duì)應(yīng)3個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)3個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，教師示范操作。

仿真實(shí)驗(yàn)一：三相四線(xiàn)制三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)中型線(xiàn)電流大小（見(jiàn)圖1）。

仿真實(shí)驗(yàn)二：去掉中性線(xiàn)變成三相三線(xiàn)制觀察三個(gè)線(xiàn)電流的變化（見(jiàn)圖2）。

總結(jié)實(shí)驗(yàn)一、二：從這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以看出，三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)，中性線(xiàn)電流為0，中性線(xiàn)上沒(méi)有電流流過(guò)，所以可以省去中性線(xiàn)，此時(shí)并不影響三相電路的工作。各相負(fù)載的相電壓仍為對(duì)稱(chēng)的電源相電壓，線(xiàn)電流不改變。這樣三相四線(xiàn)制就變成了三相三線(xiàn)制。顯然在這種情況下，達(dá)到了既節(jié)約線(xiàn)路成本又不會(huì)影響線(xiàn)路正常工作的目的。

仿真實(shí)驗(yàn)三：三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)中性線(xiàn)電流大小（見(jiàn)圖3）。

圖1　仿真實(shí)驗(yàn)一　

圖2　仿真實(shí)驗(yàn)二

圖3　仿真實(shí)驗(yàn)三

總結(jié)3個(gè)實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，與前面3個(gè)問(wèn)題呼應(yīng)。結(jié)論為三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)中性線(xiàn)電流等于0，三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)載作星型聯(lián)結(jié)時(shí)中性線(xiàn)電流不等于0，只有在負(fù)載為三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載的時(shí)候，三相四線(xiàn)制才可以變成三相三線(xiàn)制。

3.做一做環(huán)節(jié)。對(duì)應(yīng)學(xué)一學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生邊看邊學(xué)邊做，讓學(xué)生動(dòng)手畫(huà)電路圖仿真，完成測(cè)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。對(duì)應(yīng)問(wèn)題的深度設(shè)計(jì)相應(yīng)深度的測(cè)驗(yàn)。

（1）通過(guò)第一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，測(cè)得中性線(xiàn)電流=（），它的實(shí)現(xiàn)條件是什么?

（2）當(dāng)中性線(xiàn)電流=（），三相四線(xiàn)制就變成了三相三線(xiàn)制。

（3）當(dāng)U相負(fù)載電阻為6Ω，感抗為8Ω，V相和W相負(fù)載電阻也為6Ω，但容抗為8Ω，請(qǐng)問(wèn)中性線(xiàn)電流還等于0嗎？

4.說(shuō)一說(shuō)環(huán)節(jié)。讓學(xué)生分小組開(kāi)展討論和評(píng)價(jià)，為學(xué)生設(shè)計(jì)了自我報(bào)告任務(wù)，通過(guò)討論展示自我，培養(yǎng)交流合作能力，為下一節(jié)學(xué)習(xí)中性線(xiàn)的作用做準(zhǔn)備。

（1）三相四線(xiàn)制供電系統(tǒng)中，中性線(xiàn)起什么作用？

（2）為什么不允許在中性線(xiàn)上安裝熔斷器或者開(kāi)關(guān)？

五、教學(xué)反思

在“趨同化”理論指導(dǎo)下進(jìn)行微課教學(xué)，在新課程“以學(xué)生為中心”的理念支撐下，對(duì)促進(jìn)教師和學(xué)生的共同發(fā)展有其積極的意義，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，而且有利于改善學(xué)生思維方法，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭紹青.高校微課“趨同進(jìn)化”教學(xué)設(shè)計(jì)促進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)策略研究[J]，中國(guó)電化教育，2014（4）：77-79.

[2]董玉冰.Multisim9在電子電工技術(shù)中的應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.

[3]人力資源和社會(huì)保障部教材辦公室.電工基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2010.

[4]趙興龍.翻轉(zhuǎn)課堂中知識(shí)內(nèi)化過(guò)程及教學(xué)模式設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2014（2）:55-57.

[責(zé)任編輯陳國(guó)平]

中圖分類(lèi)號(hào)：G712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-7747（2016）03-0004-04

作者簡(jiǎn)介：曹春雷，女，浙江商貿(mào)學(xué)校講師，主要研究方向?yàn)殡娐贩抡妗?/p>