基于4C/ID的智能電器課程教學設計*

王永華　　萬頻　　邢延（廣東工業大學 自動化學院，廣東 廣州 510006）

基于4C/ID的智能電器課程教學設計*

王永華萬頻邢延
（廣東工業大學 自動化學院，廣東 廣州 510006）

由于《智能電器》課程是一門多學科知識交叉融合、理論和實踐結合的課程，傳統的教學方式難以使得學生將分散的知識點進行有效的整合并加以應用，因此文章嘗試將面向復雜學習的4C/ID教學模式引入到《智能電器》教學中。對《智能電器》課程內容進行了任務分解，并分析了每個任務所需的程序性信息、支持性信息以及對應的任務練習?；?C/ID的《智能電器》教學模式有利于提高學生的實踐能力、知識遷移能力以及運用整體性思維處理復雜問題的能力。

4C/ID；智能電器；教學設計

一、概述

電器智能化是傳統電器學科、現代傳感器技術、微機控制技術、現代電子技術、電力電子技術、數字通信及其網絡技術等多門類學科交叉和融合的結果?！吨悄茈娖鳌氛n程主要講解智能電器和電器智能化的基本概念、智能電器的基本結構、軟硬件設計原理、電磁兼容設計與電器智能化網絡的結構和開發等內容［1］。該課程是一門涉及多學科、理論和實際結合的課程，其課時較少但課程知識多。

在智能電器課程教學中，由于其跨領域多學科交叉，知識體系零散復雜，如果采用傳統的單獨依靠老師填鴨式講解的單一教學模式，只是簡單的將各個章節的內容通過講解傳授給學生，學生處于被動接納狀態，會使得學生感覺單調枯燥，并且學生往往只是撐握了講授的各部分單獨的內容，難以深入理解課程知識和體系，難以消化吸收和創新，更難以將所學習的知識、技能有效地遷移到復雜現實生活中。因此需要轉變傳統的教學觀念，將復雜學習和整體性教學設計思想融入智能電器課程教學中，基于4C/ID教學模式進行教學的改革，需要針對智能電器課程教的復雜學習任務設計合適的教學策略，遵循從簡單到復雜、從局部到總體系統的規律，盡量避免脫離情境的知識的學習，讓學生認識到知識的復雜性，并且要有運用整體性思維處理復雜實際問題的能力。

二、4C/ID簡介

4C/ID模式（Four Component Instructional Design Model）即四要素教學設計模式［2］，是由荷蘭的Jeroen J.G.van Merri?nboer教授提出的，目前最具代表性的、最具競爭力的復雜學習教學設計模式。復雜學習是學習者將知識、技能、態度等融合成一個有意義的整體，并協調運用各種復雜認知技能，針對面向工作實際的學習任務所進行的一種學習方式［3］。其優勢在于能促使學生有能力將所學的知識應用到實際工作中，提高解決實際問題的能力。4C/ID模型利用四個相互關聯的總體性組成部分（學習任務、支持性信息、程序性信息、部分任務練習）來設計復雜的學習環境，專門用于培養復雜認知技能［4-6］。

其中學習任務以整體任務的形式依照整體性、復雜性、真實性的要求從易到難的任務層級呈現給學生，分為非重復性任務和重復性任務［6-8］。重復性技能是不隨整體任務難易情況而變化的技能，指在學習任務和遷移任務之間相同的技能。非重復性技能是隨整體任務難易情形而變化的技能，指在學習任務和遷移任務之間不同的技能［6，7］，是“整體大于部分之和”的那部分能力，是4C/ID模型區別與傳統教學模式的地方。程序性信息是為了支持重復性技能而提供的一些操作規則和方式，一般不需要理解、只需要記憶［8］。支持性信息是為了使學生學習和完成非重復性技能而提供幫助的信息，可看作是為學生已有知識和將學知識搭起的一座橋梁［9］。部分任務練習是為了使那些重復性技能的學習任務能夠達到自動化的程度而設計的附加練習［9］。4C/ID模式目的是訓練學生掌握必要的預備知識和技能，以完成實際的完整任務，以此來提高和改進學生在專業領域的業績表現。

*基金項目：廣東省高等教育教學改革項目（編號：GDJG20142179）；廣東省本科高校教學質量與教學改革工程立項建設項目；廣東工業大學教學改革項目。

作者簡介：王永華（1979-），博士，講師，主要從事自動化、物聯網的教學科研工作。

圖1學習任務

三、基于4C/ID的《智能電器》課程教學設計

由于篇幅限制，在文章中依據4C/ID教學模式，進行了《智能電器》課程中《被測模擬量的信號分析與處理》一章的教學設計。在該課程教學中，堅持基于4C/ID的教學模式，對每個任務都進行四要素的教學設計，充分發揮其作用。

（一）設計學習任務

《被測模擬量的信號分析與處理》一章任務組由5項任務構成，又細分成10項子任務，如圖1所示。這些內容為本章內容中學生應該掌握的知識技能。按照復雜學習任務的劃分，這些任務中，任務1.1、2.1、3.1、4.1和5.1屬于重復性技能，即應該知道和掌握的理論，1.2、2.2、3.2、4.2和5.2屬于非重復性技能，屬于依據整體任務難易情況變化而變化的技能，也是讓學生建立起整體的思維能力，訓練解決復雜問題能力，提高其知識遷移能力、知識綜合能力、創造思維能力、綜合實踐應用能力、工程思維模式［8］。

（二）設計程序性信息（程序性知識是針對重復性技能的學習而設計）

任務1.1程序性信息：從信號角度對被測模擬量進行分類。

任務2.1程序性信息：數字濾波的原因和基本原理。

任務3.1程序性信息：非線性測量結果數字化處理的原因、存在的問題及主要解決方法。

任務4.1程序性信息：電壓和電流的采樣方法，電壓、電流有效值、有功和無功功率及功率因數等的計算。

任務5.1程序性信息：了解硬件誤差的原因，了解軟件誤差的4個方面：方法誤差、采樣不同步誤差、數據誤差和舍入誤差。

（三）設計支持性信息

任務1.2支持性信息：采樣速率對測量結果的影響分析；采樣頻率的選擇；實例分析。

任務2.2支持性信息：常用數字濾波算法：一階滯后濾波法、程序判斷濾波法、平均濾波算法、中值濾波法；提供實例分析。

任務3.2支持性信息：掌握非線性測量結果的常見軟件處理方法：直接計算法、查表法、插值法等；提供實例分析。

任務4.2支持性信息：熟悉短路保護、過載保護、瞬動保護和差動保護等基本保護算法；提供實例分析。

任務5.2支持性信息：熟悉常見提高計算結果精度的措施：減少截斷誤差的措施、減少采樣不同步誤差、減少短路電流非周期分量引起的保護誤差。

（四）設計部分任務練習

在教師講授完基礎的知識之后，采取布置練習作業的方式，讓學生進行相關知識的實踐，以達到學習目標。

1.給出情景和參數，求解采樣頻率。

2.給出不同的模擬量信號，選用合適的數字濾波方法，畫出算法流程圖，上機實驗。

3.設計具體案例，練習非線性測量結果的數字化處理方法。

4.設計具體案例，練習保護算法的實現。

四、結束語

《智能電器》課程旨在引導學生接近現代電氣工程硬件的前沿，熟悉已有的智能電器產品，掌握電器智能化的基本理論和技術，涉及到電器學基本知識、信號處理技術、檢測技術、控制系統、網絡與通信、可靠性與電磁兼容等知識，是一門跨學科、理論結合實際的課程。在該課程教學過程中采用了4C/ID教學模式，增強了學生的學習興趣，培養了學生自主學習的能力，有助于學生以整體的思維模式把獨立的知識整合起來，提高了知識的綜合運用能力和知識遷移能力，并能將理論知識用于實踐，能夠解決智能電器相關的實際復雜工程問題。

［1］宋政湘，張國鋼.電器智能化原理及應用［M］.北京：電子工業出版社，2013，5.

［2］Jeroen J.G.van Merri?nboer，Richard E.Clark，Marcel B. M.de Croock.Blueprints for complex learning：The 4C/ID-mode l［C］//Educational Technology，Research and Development，2002：39-61.

［3］吳向文.面向復雜學習的整體性教學設計模式探析［D］.湖南大學，2010.

［4］禹柳飛.CDIO模式下的《自動控制原理》教學改革實踐［J］.教育教學論壇，2014（9）：37-38.

［5］陸冰.基于4C/ID模型的《數字電子技術》課程教學設計研究［J］.課程教育研究，2013（4）：243-245.

［6］李新房，李靜，邱婧玲.4C/ID模式在教育技術學專業課程教學中的應用研究——以《Photoshop CS4》課程為例［J］.福建電腦，2015（1）：46-47.

［7］鐘志榮.關于專業課程復雜學習的整體性教學設計與實施——以《現代教學媒體》課程為例［J］.廣東技術師范學院學報：社會科學版，2011，32（5）：129-132.

［8］曲延華，程立英，張玉梅.基于4C/ID模式的《模擬電子技術》課程教學設計研究［J］.沈陽師范大學學報：自然科學版，2014，32 （2）：296-299.

［9］任愛珍.面向復雜學習的整體性教學設計研究［D］.西北大學，2014.

The course of"Intelligent Electrical Apparatus"has the characteristics of the combination of multi subject knowledge，theory and practice.It is difficult for the students to integrate and apply the scattered knowledge effectively by using the traditional learning methods.Therefore，this paper attempts to introduce the 4C/ID teaching model for complex learning into the teaching of"Intelligent Electrical Apparatus."The learning tasks of" Intelligent Electrical Apparatus"was decomposed，and the procedural information，support information and corresponding task practices were analyzed.The teaching mode of"Intelligent Electrical Apparatus"based on 4C/ID is conducive to the improvement of students'practical ability，knowledge transfer ability and the ability to deal with complex problems by using holistic thinking.

4C/ID；intelligent electrical apparatus；instructional design

2096-000X（2016）16-0107-02

G642

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