“電工與電路基礎(chǔ)”課程混合式教學(xué)實踐

唐 鶯，潘孟春，王 偉，任 遠

（國防科技大學(xué) 智能科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙410073）

0 引言

習(xí)總書記在2018年9月的全國教育大會上，闡述了中國特色社會主義教育的發(fā)展規(guī)律并回答了培養(yǎng)什么人、怎么培養(yǎng)人和為誰培養(yǎng)人的三個根本性問題；他還提出，高等教育發(fā)展水平是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦酥尽?/p>

2018年11月的第十一屆“中國大學(xué)教學(xué)論壇”上，教育部高等教育司司長吳巖作了題為“建設(shè)中國金課”的報告，提出打造“五大金課”目標，分別是：線上“金課”、線下“金課”、線上線下混合式“金課”、虛擬仿真“金課”和社會實踐“金課”；闡述了“金課”核心特征：學(xué)生真正參與學(xué)習(xí)，不再被動于教師講授、不局限于書本知識、不停留于記憶學(xué)習(xí)，不滿足簡單的學(xué)習(xí)策略，做到主動、開放、思考和動手。2019年11月21日，教學(xué)部辦公廳下發(fā)了關(guān)于開展2019年線下、線上線下混合式、社會實踐這三類國家級一流本科課程認定工作的通知，一流本科課程（即“金課”）建設(shè)是我國新時期高等教育教學(xué)改革的一項持續(xù)性的重大工作，是重中之重，覆蓋全國全部高校和全部專業(yè)。

1 混合式教學(xué)的必要性

傳統(tǒng)課堂是以教師為中心，學(xué)生被動式學(xué)習(xí)。教學(xué)模式上，是教師講，學(xué)生聽：教師注重知識傳授，忽略能力培養(yǎng)；學(xué)生則是被動式學(xué)習(xí)，缺乏思考，無法滿足個性化學(xué)習(xí)。從教學(xué)效果看，這種課程的教學(xué)質(zhì)量嚴重依賴于教師的教學(xué)能力和教學(xué)態(tài)度。部分課程效果差強人意［1～3］。

因此，為進一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、提高教學(xué)質(zhì)量，我們亟需圍繞教學(xué)模式進行課堂革命。新的課堂應(yīng)“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變［4］，強調(diào)學(xué)生對知識的主動探究和主動發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)體系，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、思辨能力、質(zhì)疑能力、表達能力、團隊協(xié)作能力。為此，國防科技大學(xué)不斷推動混合式教學(xué)實驗，筆者開展了基于MOOC+Spoc的翻轉(zhuǎn)課堂+信息化手段（慕課堂/雨課堂）的混合式教學(xué)。

2 MOOC課程建設(shè)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，從2000年開始，我國的課程建設(shè)經(jīng)歷了從網(wǎng)絡(luò)課程到精品在線開放課程建設(shè)的發(fā)展歷程，如圖1所示。

圖1 課程建設(shè)歷程

為順應(yīng)歷史的潮流，國防科技大學(xué)“電工與電路基礎(chǔ)”課程組開展了各類課程建設(shè)。該課程面向?qū)W校機械工程、測控技術(shù)及儀器、仿真工程、導(dǎo)航工程等23個工科專業(yè)開設(shè)。本課程的主要內(nèi)容，從知識層面分為四類知識，分別為：基礎(chǔ)知識、工具知識、應(yīng)用知識和技能知識。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，秉承以新時代高素質(zhì)人才培養(yǎng)為目標，堅持建構(gòu)主義理論，堅持學(xué)員為中心，堅持知識、能力、素養(yǎng)統(tǒng)籌培養(yǎng)的教學(xué)理念，將課程知識點碎片化為119個視頻，一周4課時，運行11周。課程資源包括6個部分，如圖2所示。該課程在2009年被評為學(xué)校精品課程，2019年被認定為湖南省精品在線開放課程。

圖2 課程資源結(jié)構(gòu)

目前，“電工與電路基礎(chǔ)”MOOC課程在愛課程中國大學(xué)MOOC平臺上運行了3個教學(xué)輪次，修課人數(shù)累計達2萬余人次。同時，學(xué)校又面向本校學(xué)生開設(shè)了異步Spoc課程。在此基礎(chǔ)上，筆者開展了教學(xué)模式的改革實踐。

3 線上線下混合式教學(xué)實踐

3.1 混合式教學(xué)實踐方法

混合式教學(xué)，是通過線上的自主學(xué)習(xí)和線下的師生研討，促進學(xué)生對知識的吸收、內(nèi)化、拓展，提升學(xué)生的能力。

如何開展混合式教學(xué)？首先要明確學(xué)習(xí)目標，也就是教學(xué)要達到的預(yù)期效果。為達到教學(xué)目標，教師需思考能給學(xué)生提供怎樣的教學(xué)資源，以及依托該資源實施的具體教學(xué)方法。同時，教師需及時了解學(xué)生對知識的掌握程度，即合理地利用好教學(xué)的監(jiān)督和評價功能。

如圖3所示，混合式教學(xué)實踐主要包括以下幾個基本流程［5～6］。一是課前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生利用在線課程資源完成課前自主學(xué)習(xí)，包括視頻觀看、資料查閱、課前測試、問題討論等；二是線上數(shù)據(jù)分析，教師通過采集線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，收集學(xué)生遇到的各類問題，有針對性準備施教內(nèi)容；三是線下課堂教學(xué)組織的有效性，始終貫徹以學(xué)生為主體，促進學(xué)生實現(xiàn)知識的內(nèi)化，并通過智慧工具開展隨堂測驗，對學(xué)生的個人學(xué)習(xí)情況進行統(tǒng)計，對教學(xué)進行全過程性評價，力爭做到因材施教；四是課后自主學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生對線下課堂學(xué)習(xí)知識點進行歸納總結(jié)，完成相應(yīng)的課后作業(yè)，并就一些問題在線上展開討論，實現(xiàn)知識建構(gòu)。

圖3 混合式教學(xué)基本流程

3.2 “一階電路暫態(tài)響應(yīng)”混合式教學(xué)實踐

依托所建設(shè)的“電工與電路基礎(chǔ)”MOOC資源，我校開展了混合式教學(xué)實踐，現(xiàn)以“一階電路的全響應(yīng)和三要素法”為例介紹具體的實施過程。

1）課前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)

發(fā)布預(yù)習(xí)要求，要求學(xué)生線上觀看愛課程中國大學(xué)MOOC平臺上的“一階電路的全響應(yīng)”和“三要素法”有關(guān)視頻，完成線上預(yù)習(xí)測驗。課前的預(yù)習(xí)測驗主要包括兩部分問題，一是基礎(chǔ)問題，如“不管是線性電阻電路還是動態(tài)電路，可以通過列電路方程進行某個支路量的求解，其依據(jù)是什么？”、“無論是零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)還是全響應(yīng)，共同的特點是哪些？”等；二是拓展問題，如：“對于多次換路的暫態(tài)響應(yīng)如何分析？”、“脈沖矩形信號作用下的RC電路是否使用三要素法”等。通過問題導(dǎo)向，讓學(xué)生在疑問中不斷自主學(xué)習(xí)、自主探究。

2）線上數(shù)據(jù)分析

混合式教學(xué)實踐要求教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。例如：檢查統(tǒng)計學(xué)生觀看視頻情況；測驗卷的批改，分析和收集學(xué)生不懂的問題。通常，教師根據(jù)線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，即可發(fā)現(xiàn)學(xué)生的總體情況與個別情況。以一階電路的全響應(yīng)和三要素法為例，通過分析獲知學(xué)生已基本掌握電路的分析依據(jù)、全響應(yīng)的概念、使用三要素法對一次換路暫態(tài)響應(yīng)的分析求解，然而其對于多次換路的暫態(tài)響應(yīng)的分析尚欠缺。

3）線下課堂

混合式教學(xué)實踐要求教師根據(jù)學(xué)生線上自學(xué)情況，有針對性地開展線下課堂教學(xué)，這其中有系統(tǒng)的講授，比如定量和定性地分析RC電路的全響應(yīng)，運用兩類約束求解得到電容電壓的響應(yīng)，由此歸納得到三要素法，爾后對電容電流分別使用兩類約束和三要素法進行推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生歸納三要素法的求解步驟。線下課堂，始終貫穿以問題驅(qū)動，解答學(xué)生課前預(yù)習(xí)中遇到的問題。例如，學(xué)生出錯比較多的直流一階電路的兩次換路情況，主要采用學(xué)生講、學(xué)生評，教師總結(jié)；在研討時，引導(dǎo)學(xué)生進行歸總結(jié)，幫助學(xué)生進行知識建構(gòu)，并對知識點進行深度挖掘，對于如圖4所示的矩形脈沖信號作用的電路又如何進行分析？與此同時，利用雨課堂隨堂測驗學(xué)生對知識點的掌握程度，以此為依據(jù)調(diào)整課堂的研討內(nèi)容和節(jié)奏。引導(dǎo)學(xué)生分析得到輸出電壓與輸入電壓的微分關(guān)系，這里主要是學(xué)生講、教師評。

問題2 特殊情形下暫態(tài)響應(yīng)的求解：如圖4所示電路，設(shè)T=100μs，uc（0.）=0 V，輸入信號ui矩形脈沖，如何分析輸出電壓uo（t） （t≥0）？

圖4 矩形脈沖信號作用的電路

繼續(xù)加大學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，從電路的分析過渡到設(shè)計，比如如何實現(xiàn)圖5所示波形變換？根據(jù)圖示的波形關(guān)系，學(xué)生設(shè)計得到積分電路，引導(dǎo)學(xué)生對所設(shè)計的不同參數(shù)的電路進行仿真，幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的內(nèi)化和提升。

圖5 拓展問題

拓展問題1 能否根據(jù)我們所學(xué)知識，實現(xiàn)如下波形的變換？ 設(shè)T=100μs。

4）課后自主學(xué)習(xí)

課后的自主學(xué)習(xí)是非常重要的一環(huán)，主要包括：總結(jié)課內(nèi)討論的若干問題和知識點，繪制知識點關(guān)聯(lián)圖；設(shè)計測量時間常數(shù)的實驗；基于課堂討論進行仿真實驗；完成MOOC平臺上的作業(yè)題等。課后自主學(xué)習(xí)的有效推進是學(xué)生鞏固課上知識點的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.3 教學(xué)考核

采用多元化評價模式，有助于從不同方面評價學(xué)生的知識和能力。其評價模式基于混合式教學(xué)實踐，轉(zhuǎn)變了原有的考核方式，不再是一考定音，而是全過程的學(xué)習(xí)的記錄。學(xué)生的成績由三個部分組成，分別為形成性考核成績、總結(jié)性考核成績和實驗成績。其中，形成性考核成績包括了課前線上預(yù)習(xí)，線下課堂討論反饋和隨堂測試、課后階段作業(yè)等，占比25%，實驗成績占比15%；總結(jié)性考核成績指的是期末閉卷考試成績，占比60%。

4 結(jié)語

4.1 混合式教學(xué)效果

利用“電工與電路基礎(chǔ)”在線開放課程資源，我校實踐并完善了以研討式為主要形式的MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式，取得了很好的教學(xué)效果。

1）學(xué)生體會

通過問題調(diào)查，學(xué)生總結(jié)課程特點如下：一是課程學(xué)習(xí)全程以問題引導(dǎo)為主。課前，學(xué)生以問題為導(dǎo)向進行知識點預(yù)習(xí)，課上，則以問題為中心展開探討；二是小組討論有助于對知識點的內(nèi)化吸收。小組討論過程中不僅有助于對知識點的理解，走出了一些思維誤區(qū)，更重要的是小組交流時的思維碰撞，形成共識，如對三要素法的適用范圍，還有零輸入響應(yīng)、全響應(yīng)等有了更深的認識；三是課堂氣氛熱烈濃厚，學(xué)習(xí)過程有樂趣，學(xué)生獲得較好的學(xué)習(xí)體驗。

2）學(xué)生成績對比

對2019年兩個學(xué)期的“電工與電路基礎(chǔ)”課程的學(xué)生成績進行統(tǒng)計，混合式教學(xué)實踐教學(xué)班級與傳統(tǒng)課堂授課教學(xué)班級的平均成績?nèi)鐖D6所示。2019年春季學(xué)期共開課8個班次，2個教學(xué)班64人采用線上線下混合式授課，平均分為81.4，高出采用傳統(tǒng)線下授課班級6.8分，提升8.8%；2019年秋季學(xué)期共開課7個班次，3個教學(xué)班111人采用線上線下混合式授課，平均分為86.5，高出采用傳統(tǒng)線下授課班級4.7分，提升6.7%。

圖6 不同授課班成績比較

3）學(xué)生能力培養(yǎng)

學(xué)生提交的問卷調(diào)查，接近三分之二的學(xué)生認為，主動學(xué)習(xí)的愿望得到加強，在合作、表達和自學(xué)能力等方面有了較大的收獲，尤其是在小組討論中，幫助其他同學(xué)的同時，加深了自身對課程知識點的理解。

教學(xué)實踐表明：該模式通過教師的有效引導(dǎo)與監(jiān)督，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)的參與度，有效解決了過去學(xué)生上課神游、考前突擊、考后就忘的情況，提高了學(xué)生知識內(nèi)化的能力，極大提升了教學(xué)質(zhì)量。

4.2 思考

線上線下混合式教學(xué)模式需要教師投入大量的時間，對教師提出更高的要求；同時，有些接受能力弱一些的學(xué)生，面對思維活躍發(fā)言積極的同學(xué)，他們相對缺少思考時間，這部分學(xué)生對知識點掌握情況需要教師更多關(guān)注；再就是，教學(xué)模式的改革需要學(xué)生改變學(xué)習(xí)習(xí)慣，如果學(xué)生不能保證課外學(xué)習(xí)時間，我們?nèi)绾卧谟邢迺r間內(nèi)提高教學(xué)質(zhì)量，這些都需要進一步去探索。