基于移動互聯學習的“電路實驗”翻轉課堂實踐

楊 健， 夏益民， 谷愛昱， 蔡述庭， 王永華

(廣東工業大學 自動化學院，廣東 廣州510006)

0 引言

在我國加入華盛頓協議的大形勢下，基于產出教育OBE(Outcome-Based Education)的教學理念已經成為國內教育界的普遍共識[1]，越來越多的教師開始采用翻轉課堂教學模式，注重知識內化過程和高層次能力的培養[2～3]。為此，近年來教育部大力建設了近三千門國家級在線開放課程，如何做到線下緊密結合線上，用好這些優質教學資源，打造出“線上+線下”混合式金課，是需亟待解決的問題[4～5]。本文提出的基于移動互聯學習的“電路實驗”課程翻轉課堂就是解決該問題的一次嘗試。

1 “電路實驗”課程情況

“電路實驗”是電類專業基礎核心課“電路”課的配套實驗課，是學生接觸到的第一門工程類實驗課，其蘊含了大量分析、調試工程電路的基本思路和方法，貫穿于各類電路分析始終，直接關系到OBE教育理念中“解決復雜工程問題的能力”是否能有效實現。

傳統的電路實驗課教學理念陳舊，授課方法落后，實驗效果有限，存在以下諸多問題：

(1)實驗內容多以單個知識點為中心；

(2)實驗之間的組合擴展性不強；

(3)授課形式單一，授課理念落后。

2 基于雨課堂的翻轉課堂實驗教學

2.1 實驗內容的優化設計

針對以上問題，在知識體系總架構的統一指導下，從系統的角度重新劃分實驗內容，強調各實驗的設計性和啟發性，以及各實驗之間的組合擴展，根據不同需求可將各實驗電路組合成不同的應用系統，以達到對課程知識點的綜合運用的目的。

圖1為優化后的實驗內容。每個實驗包括課前推送到學生手機上的基礎部分，以及課堂上分組討論的進階部分。基礎部分多為驗證型實驗，要求課前完成，而進階部分僅提出電路功能要求，要求學生設計出電路結構和參數，并在課上驗證。

圖1 優化后的實驗內容結構圖

基于8個實驗內容，通過組合擴展，設計了4個綜合型實驗，供學生選題期末完成，綜合型實驗是考察課程大綱要求的具有強相關性的多個知識點群的綜合運用，有利于逐步破除課程間的壁壘，構建跨課程統一知識脈絡。要求學生在期中前完成小組選題，于最后一次課上小組完成實物演示和答辯。

2.2 基于雨課堂的翻轉課堂教學模式的實踐

基于深度學習理論，以創新能力培養為目標，構建基于雨課堂的“電路實驗”翻轉課堂教學模式，主要包括以下三個組成部分。

1)教學內容設計

教學內容主要包括預習學習單、教學視頻、實驗預習課件、基礎實驗仿真要求、預習測試題和進階預思考等部分。預習學習單列出了課前自主學習需要完成的學習任務、知識點、進階實驗預思考，指出課前應具備的知識和能力要求。教學視頻用于直觀展示基礎實驗原理及步驟，相關儀器、元器件的介紹，仿真電路的搭建及調試等。基礎實驗仿真是對每次實驗內容中的基礎部分進行基于Multisim的驗證仿真，讓學生在課前通過仿真軟件配合在較短的時間內快速熟悉實驗方案、掌握實驗原理，為課上的分組進階實驗打好基礎。

2) 翻轉課堂教學過程組織設計

教學過程組織設計關系著教學內容的設計能否順利實施，以及教學效果能否達到，包括課前、課中和課后三階段。

(1)課前階段：將教學內容設計階段整理好的預習學習單、教學視頻、實驗課件等學習材料通過雨課堂推送到學生的手機上，積極引導學生向深層思維發展，充分發揮學習主動性，挖掘學習的潛力。學生則需要根據預習學習單自主預習，基于Multisim仿真軟件完成基礎實驗的仿真驗證，以及進階實驗的預思考。

(2)課中階段：使用雨課堂進行實時推題，檢驗學生對實驗基礎部分的掌握程度，并記錄學生的課堂表現情況，督促學生課前進行有效的預習行為。在解答完課前預習難點后，組織學生分組對教師在課前提出的進階實驗要求進行討論和驗證，由各小組代表上臺進行最終的實驗電路展示和陳述。教師對學生的學習表現進行評價，對知識進行系統化的總結和梳理。

(3)課后階段：學生課后對本次實驗內容進行總結，完成推送的復習測試題以及本次實驗的實驗報告，加深對實驗相關知識和技能的掌握。

3) 全教學數據反饋

全部教學過程均發生在雨課堂之上，教師可以得到學生學習行為全部數據，通過對數據的分析和挖掘，一方面可對教學目標、實施方案進行有針對性的調整，另一方面也可以對學生的學習情況進行“有法可依”的過程性評價。

3 實驗教學效果分析

最終成績構成如表1所示。課前預習表現關注的是預習完成度，課堂討論表現關注的是課上主動發言的次數，這兩部分主要鼓勵學生養成課前自主學習和課上開口討論的習慣。課堂答題表現根據課上答題的正確率給定。實驗成績則由平時實驗成績和期末實驗成績組成。

表1 實驗總成績的各組成部分及占比

3.1 課上實驗耗時

圖2為學生課上實驗平均耗時對比圖，單位為學時。試點班的課上實驗平均耗時大大低于對照班，從實驗一到實驗八，平均用時相對于對照班分別減少了5.6%、9.4%、10.8%、16.4%、15.6%、15.7%、7.6%和14.6%。

圖2 學生課上實驗平均耗時對比

3.2 學生實驗成績

圖3為學生各實驗平均成績對比圖。試點班實驗一到實驗八的平均成績在82分～94分之間，相較于對照組，平均分數分別提高了9.3%、8.3%、8.6%、15.4%、13.9%、13.3%、9.5%和9.8%。試點班總成績從80.1分提高到了91.8分，平均提高了14.6%。

圖3 學生各實驗平均成績對比

4 結語

通過在翻轉課堂中引入雨課堂信息化平臺，在學時不變的情況下，拓展了實驗的深度和廣度，提高了學生設計、分析、測試實際電路的能力，促使深度學習的有效發生。利用雨課堂全教學環節提供的大數據，為因材施教的精細化教學提供可能，更好實現以學生為中心的教與學。