電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學模式構建與實踐

周 鵬，劉 偉，李 堯，閻澤恒，趙 青，劉戰合

（1.鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450046；2.福建工程學院，福建 福州 350118）

0 引 言

教育部高等教育司司長吳巖在第十一屆“中國大學教學論壇”上指出“金課”的建設需具備高階性、創新性和挑戰度，并提出建設五大“金課”的目標，包括線下“金課”、線上“金課”、線上線下混合式“金課”、虛擬仿真“金課”和社會實踐“金課”。要合理運用現代信息技術積極推進慕課建設與應用，開展基于慕課的線上線下混合式教學。電工電子技術基礎課程是大部分理工科學生的基礎必修課，也是其他專業的選修課，具有很強的實踐性、基礎性、應用性、拓展性和創新性，在培養學生探索精神和創新意識方面具有不可替代的作用。如何把電工電子技術基礎課程的教學打造成有深度、有創新性、有先進性的“金課”模式，實現“人人皆學、處處能學、時時可學”的目標，是值得深入研究的問題。

本文為探索線上線下混合式“金課”教學模式，立足于整體貫通、深入淺出、凸顯特色、重點突出、思政引領、內外驅動、便于自學、利于教學的原則，實施不同模塊組合的教學設計，創設融教、學、練、測、賽于一體的學習情境，實現理論與實踐和大賽融合以及教賽課一體的新工科創新課程；構建課前自學、線上線下混合教學、線下討論、綜合實訓、創新大賽和興趣小組電子協會六聯驅動模式下的交叉融合教學方法。針對不同專業的學生列舉經典實例或每年的學科競賽案例與教學內容融合，及時跟蹤前沿知識。完善網絡課程資源，實現線上線下一體化教學，學生可以隨時隨地在線學習，方便快捷且效率高。在理論與應用的關系上，以應用為主，思政引例，強調特色，力求做到集知識性、先進性、實用性、趣味性和創新性于一體，以培養學生基礎扎實、知識面寬、工程能力強、有創新意識以及賽教課融合一體為目標，重視“三個基本”，堅持以“四融合”為指導思想，優化教學內容，進行模塊化重組教學，構建合理的課程體系。

1 現狀分析

隨著互聯網、人工智能等新技術的發展，知識獲取方式和傳授方式、教和學的關系正在發生深刻變革，人們對教育的需求更加多樣化，對更高質量、更加公平、更具個性的教育需求也更為迫切。電工電子技術基礎是理工科學生的基礎必修課，目前多數高校已對其教學模式進行了不同方式的改革，并且已有明顯進展。但線上線下混合式教學模式還存在如下問題：

（1）線上教學缺乏現場互動交流

在線下課堂中，教師可以通過觀察學生的反應來判斷所講授知識是否真正被學生理解，并根據實際情況及時調整教學計劃。教師還可以隨時觀察學生的學習行為，現場進行監督。但在線上教學中，教師缺少直接掌握學生情感反應和學習表現的渠道，不能現場監督學生的學習行為，無法及時了解學生對所講授知識的理解情況，缺乏教學現場感和生動性，學生也容易分心。

（2）教學內容需要優化創新和與時俱進

線下翻轉課堂未能很好體現電工電子技術的前沿性和時代性，課程的創新性需要加強。例如，課程中涉及門電路、運算器、寄存器、存儲器等概念時可引入新的納米技術、64位技術、多核心技術等；結合高校舉辦的各類競賽，引導學生積極參加“互聯網+”和電子競賽，提高創新能力。

在內容組織上與復雜非電專業融合仍不夠，應將不同專業嵌入到電工電子技術基礎課程，建立交叉學科的聯系。在電工電子技術基礎課程的講授過程中應以計算機單總線結構的引入，建立課程與計算機五大部件以及現代數字產品之間的聯系。例如，引入計算機和智能手機的發展、5G時代的開啟、“神威太湖之光”超級計算機的國產處理器等。

（3）教學評價需要過程評價及多方位考核

目前，教學評價仍然以期中、期末階段性考核為主，忽視了對學生學習過程的評價，無法全面客觀地反映學生的學習能力和解決實際問題的能力，這使得電工電子技術基礎課程線上線下混合式“金課”教學模式的優化效果非常有限。因此，應針對電工電子技術基礎課程的特點，結合各個線上平臺和互聯網技術，在教學內容、教學模式和綜合評價方式等方面進行革命式改革，實現標準的“金課”教育模式。

2 電工電子技術基礎的混合式“金課”教學模式設計

2.1 課上教學改革

考慮到電工電子技術基礎課程的特點，針對課上教學模式進行改革。在電路基礎知識講解的過程中，需要加強學生解決實際生活中電路問題的能力，為此可以將重要基礎知識的講解放到在線平臺上，對線上和線下課堂進行翻轉。針對模電和數電模塊的難點和重點內容，設計相關小節和單元測試。線上教師和學生可以通過共享屏幕功能進行互動，消除線上教學無法有效互動的弊端，提高學生自主思考能力。雨課堂平臺的互動工具目前已經相當完善，可以有效活躍教學氣氛，充分調動學生的積極性；還可以及時了解學生針對電路知識難點的掌握情況，隨時對本課程的教學進度進行調整。教師可以通過發小紅包的方式調動學生上課的積極性；合理利用線上平臺隨機點名功能，掌握學生線上上課狀態，有效防止學生在無監督情況下走神；利用各個平臺進行簽到，省去線下課堂的點名時間，教學時間更充足；通過彈幕提出問題，有效活躍在線課堂的教學氛圍，每位學生都有機會發表自己的看法，不善言辭的學生也可以在線提出自己的問題，增加學生與老師的交流。傳統的灌輸式教學將逐步轉變為混合式“金課”互動討論式教學模式。電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學模式設計如圖1所示。

圖1 電工電子技術基礎課程的混合式“金課”課前教學設計

2.2 課后教學改革

電工電子技術基礎課程的混合式“金課”課后教學設計如圖2所示。根據線上平臺的數據進行教學情況分析，結合線上和線下教學過程中學生的學習進度和程度，設置課后測試題；學生也可自主分組，完成課后作業，并且可以利用騰訊會議、慕課、超星等平臺進行組內研討交流。

圖2 電工電子技術基礎課程的混合式“金課”課后階段教學設計

2.3 虛擬仿真實驗教學資源的完善

目前，虛擬仿真實驗教學資源建設存在簡單化、無序化的問題，開發的虛擬仿真教學資源大多是播放式和單線程的，缺乏互動性、隨機性及拓展性，不利于學生綜合設計和創新能力的培養；虛擬實驗與實體實驗融合不足，不利于提高人才培養質量和實踐創新能力。這主要是由于教學資源缺乏建設標準。因此，需要在堅持虛實結合、能實不虛的建設原則上，結合專業特色學科分布、技術儲備、開發成本等因素，協調各學院有序、有步驟、分階段地建立教學資源統籌規劃建設機制；制定項目管理方案，并在立項、建設、中期檢查到結項考核等階段做到層層把關、優勝劣汰，確保資源質量；建立教學資源開發技術標準和規范，在滿足模型逼真、優化、占用空間小的要求基礎上，對開發引擎、模型制作、數據庫等技術的選取制定統一標準，便于開放共享以及后期維護、升級；建立教學資源評價制度，如專業知識與信息技術融合的評價制度、資源分級制度、用戶評價制度等，推動注重交互環節、決策判別、設計考慮的綜合設計實驗教學模式的建設，提高實驗隨機性和拓展性。

3 電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學模式實踐——以鄭州航院為例

3.1 電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學實施

（1）把牢政治方向，融入課程思政

將思政教育引入電工電子技術基礎的課堂教學中去，勉勵學生發奮學習、回報社會。為學生了解每個模塊的學習思路和方法提供指導，彰顯立德樹人、價值引領的教學理念，落實課程思政目標。通過課程思政與教學內容的融合，培養學生的科學奉獻精神、工匠精神和家國情懷。對學生進行科學思維教育，引導學生形成正確的世界觀和方法論，提高辯證思維能力，例如將PN結及二極管單向導電性與哲學中事物普遍聯系的觀點結合起來，從半導體摻雜特性到載流子在內外電場作用下的運動，再到PN結的形成過程和導電特性，讓學生充分了解事物之間的普遍聯系；溫度對三極管靜態工作點的影響如同哲學上量變與質變的辯證關系，三極管特性曲線中隨著溫度升高，靜態工作點沿直流負載線上移，進入飽和區后三極管放大電路失去放大作用，發生了質的變化，以此引申至“不以惡小而為之，不以善小而不為”的人生哲理，教育學生樹立正確的人生觀和價值觀。

（2）重構教學內容，體現重要知識點的前沿性和時代性

電工電子技術基礎的教學內容應與相關專業交叉教學，例如單片機和嵌入式等。在講解前沿內容時可以以計算機的單總線結構，構建該課程與計算機五大部件以及當前迅速發展的新科技之間的聯系，例如人工智能、“互聯網+”、無人駕駛、大數據、云計算、機器學習、虛擬現實技術等；對于數電模塊的門電路、運算器、寄存器、存儲器等知識點，可以與納米技術、64位技術、多核心技術等相互穿插教學，將早期的知識與現代技術相結合，體現該課程教學內容的前沿性、時代性和重要性。為了培養學生創新創業精神、提高動手實踐能力，應引導學生主動參加高校舉辦的各類競賽，例如大學生電子競賽、“互聯網+”競賽等。

（3）建立區域內高校仿真實驗項目資源庫

以鄭州航院虛擬仿真實驗中心為研究對象，按照服務與資源相結合的原則，建設具有統一性、開放性、擴展性、兼容性、前瞻性的虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺。高效管理實驗教學資源，全面提供搜索導航服務，及時發布資源應用信息，切實擴大資源影響力度，實現校內外、本地區及更大范圍的實驗教學資源共享，滿足多學科、多學校和多地區開展虛擬仿真實驗教學的需要。探索高等學校、科研院所、行業企業共建共管共享的新模式，構建可持續發展的虛擬仿真實驗教學服務支撐體系，解決學生多、實驗設備少的難題，提高教學質量。

3.2 非電專業電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學實踐成效

以鄭州航院非電專業學生為研究對象，基于中國大學MOOC等平臺進行電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學，該模式以學生為主體，是對傳統灌輸式教學模式的革命式改革。充分利用現有的中國大學MOOC平臺，團隊教師線上授課86次，考核896人/次，發布互動167次，累計課堂活動參與總人次為2 432。

（1）學生自主完成課后測試情況

電工電子技術基礎課程的理論性較強，教學內容較難理解，導致教師很難掌握授課進度。教師可以通過線上平臺，統計學生在學習平臺完成課后測試的情況，并針對新知識的難點問題及時進行講解。線上課后測試成績統計情況見表1所列。根據測試情況，教師可以及時調整教學進度，針對課程難點進行重點講解；綜合學生測試的分數，可以看出學生的知識掌握情況，能夠有效提高教學效率和教學質量。

表1 線上平臺課后測試分析

（2）教學考核情況

基于中國大學MOOC和雨課堂平臺的線上教學可以將教學過程數據化、可視化，主要是指基于教師教學中的微視頻與線上學生進行答題互動等。一方面教師可以根據微視頻進行自我審查，提高自我教學能力；另一方面，教師可以根據學生完成作業情況，了解學生的學習情況，及時調整和優化教學內容。將線上教學數據化，充分調動了學生線上、線下學習的主動性。通過先進教學技術，有效地實現了師生在短時間內的交流互動。根據中國MOOC平臺的數據，實現了學生學習成效的及時反饋，為教師教學質量的改善提供了可靠的信息支持。以鄭州航院材料、車輛、機械和計算機等非電專業學生為研究對象，發布問卷調查，統計學生對于線上線下混合式教學的意見，具體情況如圖3所示。其中網絡教學平臺不穩定、學生上課走神等問題均需要得到解決。

圖3 學生對混合式教學的意見調查

4 結 語

本文以鄭州航院材料、車輛、機械和計算機等非電專業為研究對象，針對電工電子技術基礎課程，采用混合式“金課”教學模式進行課上和課后的教學設計。對線上和線下課堂進行翻轉，將思政教育引入課堂教學中，并與納米技術、64位技術、多核心技術等穿插教學。最后，以鄭州航院為例對非電專業電工電子技術基礎課程的混合式“金課”教學模式進行實踐，通過學生完成測試情況和學習進度及問卷調查情況，證明了此教學模式能夠充分調動學生積極性，打破了傳統教育的滿堂灌模式，在教學過程考核方面較傳統教學模式有明顯優勢，為高校新教學模式探索和研究提供了新的方向。