內驅力激發為主導的深度學習教學模式在電路原理教學中的探索與實踐

張楊,薛慧君,梁幅來,馬曉玉,呂昊,于霄

（空軍軍醫大學 軍事生物醫學工程學學系，陜西 西安）

一 引言

信息化教學平臺和現代教育技術的出現，使得新的教學模式和教學方法不斷推陳出新且靈活多樣，翻轉課堂、對分課堂、小組合作學習（Team based learning，TBL）等新教學模式被相繼應用于教學實踐中。然而，作為教學活動的主體——學生的學習積極性和主動性如果沒有被充分激發，則無論運用多先進的教學模式和教學手段，實踐中的教學效果都會大打折扣。因此，針對學生學習過程中內生動力不足的問題，如何運用新的教學理念結合多種教學模式和方法手段激發學生的學習內驅力是教學中首先要解決的問題。

內驅力是驅使主體產生自發行為的內部力量，是一種主觀能動性。一旦學習內驅力激發形成，即使外部誘因不再存在，學習主體仍然會在自身興趣和內生動機的指引下自主學習。對于學習者來說：從外施加的是壓力，從內激發才是成長。內驅力強的人，學習更有目標、更有規劃，做事更認真、自信，更善于發現和解決問題，當然最終也比別人更容易獲得成功。學習內驅力包括三個方面：認知內驅力、自我提高內驅力和附屬內驅力。認知內驅力是一種想要了解周圍事物、掌握知識、系統闡述問題、解決問題的欲望和動機，是一種好奇心與求知欲，是內驅力最重要的方面。自我提高內驅力是學生憑自己能力和學習成績在學校和家庭贏得相應地位的愿望。附屬內驅力則是學生為了保持家長、教師、社會等的認可而努力學習的一種需要。

深度學習是學生情感、思維、感知覺、價值觀參與和投入的一種學習活動，是一種主動的、批判性學習方式，可促進學生對所學知識的理解、內化、應用和創新探索，是形成學生核心素養的重要途徑[1-2]。深度學習教學中強調動心用情，強調人的價值觀培養。混合式學習是自主學習、協作學習、探究學習的混合，也是不同學習環境、師生線上線下交流方式的混合。混合式學習關注學生沉浸式體驗、重視面對面交互以及創造性知識的生成[3-5]。某種意義上，翻轉課堂、TBL 等都是混合式學習的一種。

深度學習和混合學習二者之間的關系是：深度學習是學生的一種主動活動和自發探索，而混合式學習則是指向深度學習的路徑與方式。就教學主體——學生而言，原發性學習內驅力是深度學習發生的邏輯起點，這種內驅力的形成與學生的興趣愛好、學習心理、情感態度、參與體驗等密切相關，因此如何從以上這些角度激發學生內驅力，推動深度學習順利開展，是一項非常重要而有意義的研究課題。

本文以學生學習內驅力激發為主導，以翻轉課堂、TBL 等教學模式為主要方法，以醫科院校生物醫學工程專業本科電路原理課堂教學和實驗教學為主陣地，并結合本科生課外科研和大學生競賽等課外教學活動，針對如何有效促進學生深度學習進行了探索和實踐。在實施過程中，教學組將翻轉課堂、TBL、雨課堂、課外科研和知識技能競賽等多種模式、方法和手段有機結合以引發、促進并提升學生的深度學習。從技能方法訓練、情感價值培養、科研素養形成、競賽評優激勵等多個角度最大程度地激發學生學習內生動力，使學生自覺主動學好電路原理課程，深度掌握課程脈絡和知識體系并具備靈活運用和拓展延伸的核心能力。

二 以內驅力激發為主導的課程教學設計

首先，緊緊圍繞激發學生學習內驅力這一主導思想，在教學目標和教學策略兩個層面進行了精心設計，包括對學生核心能力、過程方法、情感價值培養等方面的教學目標設計，和針對課堂教學、實驗教學、課外教學等教學活動中的教學策略設計。在設計中將混合式教學中的各種創新教學模式和課外教學活動等有機結合，充分激發學生學習內驅力，增強學生學習的挑戰性、熱衷性、使命感和榮譽感，使學生在老師激勵和引導下主動學習、高效學習、深度學習，高質量完成教學任務，達到高素質復合型醫工人才培養的目的。

（一） 以內驅力激發為主導的教學目標設計

電路原理課程的總體教學目標是通過課程學習，了解電路原理分析方法、發展現狀；理解電路的基本概念、基礎理論；掌握分析計算電路的基本方法；掌握基本實驗儀器的使用方法，初步具備電路測量、調試技能；為模擬電子技術、數字電子技術等后續課程學習打下牢固基礎。

核心能力目標方面：掌握直流電路、正弦穩態電路的測試和調試。理解電路基本理論，并掌握以此為基礎探索科學的實驗方法。重點培養學生橫向、縱向聯系各章節內容、建構和整合知識體系的能力，要求學生會用聯系的觀點理解掌握電路原理各章節相關定義、定律、等效變換、定理以及它們之間的相互關系，可減少課程的學習難度，使學生在知識的掌握和知識脈絡梳理能力的提升方面體驗獲得感，激發學生認知內驅力。

過程方法目標方面：通過課內外研討、探究、實驗等實踐性教學環節，掌握電路的基本原理和分析方法。通過課外科研、大學生競賽等教學活動中的師生雙邊互動，在科學研究過程中培養觀察、發現、提煉出科學問題，以及自覺運用所學知識解決問題的能力，使學生具備獨立思考能力、分析概括能力和一定的創新能力，從而激發學生的自我提高內驅力和附屬內驅力。

情感價值目標方面：一是以科技強國重任和突破國外科技封鎖的理想信念激發學生努力學好本課程，提升認知內驅力；二是引導學生自覺運用所學知識對日常生活中與電路理論相關問題的關注和思考，能夠把課程所學知識和技能應用到日常生活以及工作實踐中。三是培養實事求是的科學態度和敢于挑戰權威的科學精神。四是培養團隊精神和合作交流意識，并指導自己的日常工作與行動。五是樹立醫工結合，工程為醫學服務的思考方式。

（二） 以內驅力激發為主導的教學策略設計

教學策略設計原則是：堅持學生為主體、教師引導和激勵的教學理念。以學習內驅力激發為主導，全程滲透素質教育、個性化教育等現代教育思想，整合多種教學模式和教學活動，充分利用板書、電子幻燈、學科專業網站、微課、雨課堂等傳統的、現代的，數字化、信息化教學手段和教學資源，采取啟發式教學、問題式教學、指導性自學、翻轉課堂、小組合作學習（TBL）等靈活多樣的教學方法，使學生的主動思考能力、綜合分析能力、歸納總結能力得到較大提高，培養學生獨立提出問題、思考問題、獲取知識和解決問題的能力，提升學生學習過程中的自豪感和獲得感，從內部激發學生學習動力，引導學生自覺進行深度學習。內驅力激發為主導的教學策略如圖1 所示。

圖1 內驅力激發為主導的教學策略

理論課教學策略方面：引入“雨課堂”智慧平臺，線下線上結合，教學手段上主要采取問題引導式教學、啟發式教學、翻轉課堂、TBL 等，注重解決問題能力的培養而非單純的知識點灌輸；同時結合相關章節內容精心設計課程思政，并融入學科史、人文、學科發展前沿等要素，豐富授課內容的深度和廣度，培養學生正確的價值觀和情懷，從內部激發學習動機。課堂之外結合學科專業網站、慕課、微課、雨課堂等進行適當拓展，通過布置課后作業教師批閱等方式檢測評價學習效果。安排一定課時的課堂答疑，在教師的引導下，師生共同對所學內容進行總結歸納、梳理知識脈絡、構建知識體系，以提升學生的知識梳理、歸納、提煉能力，一方面從整體層面加強了學生對知識的鞏固和掌握，另一方面也激發了學生的認知內驅力。

實驗課教學策略方面：采用先仿真再實驗的實驗操作步驟，更加符合學生認知規律，使學生更加直觀、更加全面地理解重要電路定理；具體實驗技術操作方面學生獨立操作，遇到問題困難時在教師引導下充分發揮學生主觀能動性，積極尋求解決方案攻克難課題，體驗獨自克服困難后的成就感，激發自我提高內驅力。

課外活動教學策略方面：一是結合本科生導師制，學生與教師建立一對一指導關系，依托老師的科研項目，學生在課外科研實踐的鍛煉中充分掌握并靈活應用相關知識。二是結合全國生物醫學工程創新大賽、大學生數學建模競賽、創客大賽等多種知識技能競賽，通過教師指導學生參賽，將課堂教學與課外競賽有機結合，做到以賽促教。通過以上活動開展，學生得到同學、帶教老師、競賽組委會專家評委、甚至社會的認可，大大激發學生的附屬內驅力。

三 教學實施

（一） 理論課教學注重知識脈絡梳理和體系構建

深度學習強調教師要用恰當的方法去引發、促進學生學習，實現從“知道、理解”的淺表性學習到“應用、分析、歸納、梳理、評價、創造”的深層次學習的轉變。某種意義上，深度學習的過程也是幫助學生判斷和建構學科基本結構的過程。

因此在電路原理課堂理論教學過程中，如何、注重學科結構的梳理和構建，引導驅動學生進行深度學習就顯得非常重要。教學組在理論課堂教學中摒棄照本宣科和滿堂灌，注重課程知識體系構建和脈絡梳理，使學生在整本書的學習過程中不但能看到“樹木”（知識點），還可以俯瞰“森林”（整門課程），避免了機械學習和死記硬背，喚起學生對學習內容的認知興趣和求知欲望，充分調動學生自主學習的積極性和主動性，以此激發學習的認知內驅力。

教師在授課過程中經常性地對課堂知識體系和知識脈絡進行梳理歸納，和學生一起提煉出整門課程的知識體系思維導圖，如圖2 所示。該思維導圖從符合學生認知規律的角度，從研究內容、研究對象兩個維度進行知識脈絡的梳理和提煉，幫助學生在縱向聯系、橫向對比中理解掌握，增加了課程的易學性和親和力，減少學生學習過程中的枯燥性，排除畏難情緒。

圖2 電路原理知識體系思維導圖

例如電路課教學內容總體上可以分為直流電路和動態電路兩部分，兩部分既有區別又相互聯系，兩部分內容的學習在順序上均按照基本元件、研究變量、元件電壓電流關系（Voltage current relationship, VCR）、重要定律、等效變換、一般分析方法、重要定理的認知規律和邏輯進行的。各章知識之間互為基礎、有機聯系，具有從研究對象到研究工具再到研究方法層層深入的邏輯層進關系。特別是在引入相量法這個橋梁以后，直流電路中適用的各種定律、定理、分析方法在動態電路中均適用，這些電路分析方法在兩部分內容學習中應注意前后聯系、對照學習。

（二） 課堂教學中的課程思政

深度學習并不僅僅是為了促進學生高級認知和高階思維，更要指向立德樹人，指向發展核心素養，指向培養全面發展的人，因此深度學習強調通過教師的培養和引導，使學生擁有善良、正直的品性，使他們熱愛學習，對未來產生積極期待，成為有能力創造美好生活的人[6-7]。

教學組經過多年的教學實踐和思考，已逐漸形成一些比較成熟的課程思政方面的思路、做法和經驗，主要是在教學內容和教學資源中融入課程思政元素，這些元素是緊緊圍繞學生學習內驅力的激發而設計的，主要包括：從民族自豪感、科技自信、以及本課程在學科發展中重要地位等角度來激發學生學習熱情和內在驅動；培養學生學習強國、科技報國的情懷和情感價值目標；通過電子學發展史、和近年來我國軍事科技領域所取得的成就（航母、北斗、中國空間站、轟20 等）來培養學生的科技自信、能力自信，激發內生學習動力。

例如在諧振電路部分知識教學中，以“諧振——觸摸北斗的心跳”為題，從北斗導航系統授時原子鐘的重要性講起，引入諧振電路這一章內容，說明并強調電路原理知識的基礎性、重要性和廣泛適用性，引導學生一定要重視本課程的學習。再比如在緒論中介紹電路這一學科發展史時，講到國外著名電子科學家在發現著名的電學定理、定律引起國外科技革命時，中國卻正處在閉關鎖國、被外敵入侵欺辱的清朝時期，錯失了發展良機，導致歷史上很長一段時間的落后等。通過這些課程思政激勵學生努力學習、科技強國，用自身努力報答祖國的情懷，激發學生認知內驅力。同時在課后抽出一個學時的時間結合教研室的科研工作，開展科技前沿知識講座，對課堂知識進行拓展和延伸，增強學生對專業課知識的興趣，并認識到專業基礎課對未來科研工作的重要性，激發學生對教研室科研方向和科研工作的興趣，為后面本科生課外科研工作的開展埋下伏筆。

（三） 翻轉課堂、TBL 等多模式結合的混合教學模式

混合學習就是結合傳統學習方式與線上學習的優勢，既要發揮教師的主導作用，更要充分體現學生的主動性、積極性和創造性。我們借助“雨課堂”智慧平臺，采用翻轉課堂、TBL 等教學模式與傳統課堂教學方式有機結合，大大提高了課程教學的參與性、趣味性，有效激發了學生學習興趣，使自主學習、合作學習、深度學習在電路原理課程中得以較好開展。

“雨課堂”是由清華大學研發的智慧平臺[2-3]，它以靈活的課前預習、實時的課上互動、全面的數據分析等特點在各類教學中應用越來越廣。翻轉課堂是以學生課前自學為主，課上進行基于項目研討的新型主動學習模式[8-10]。翻轉課堂更注重在師生和生生交流與互動中學生情感的培養和價值的養成，關注學生的協作能力、組織能力、個人時間管理能力、表達能力等。而TBL 是以小組為單位，通過小組討論達到解決問題的目的，也是一種體現“以學生為中心”、凸顯團隊協作能力的教學模式[11-12]。從某種程度上來說，翻轉課堂和TBL 教學模式是秉承同一目標而具體形式不同的兩種教學模式，“雨課堂”則為這兩種教學模式提供了很好的數據化、智能化和信息化教學平臺。這些教學模式和方法各有優勢和不足，但是若將這幾者結合起來，應用到以深度學習為主的教學過程中，則可以起到相輔相成、互補互促、協同增效的作用[13]。

本文在教學中借助雨課堂智慧平臺，將幾種教學方式有機結合，組織學生以小組為單位，通過線下預習（通過平臺提前向學生推送教學課件、慕課、微課視頻等教學資料）——線上討論（項目式、案例式的教學研討內容）——線下查閱（匯報和討論需要的課外知識、電子學發展史等）——線上總結（教學知識點的歸納梳理、教學活動成果及收獲的總結）——線下制作匯報PPT——課堂匯報及交流互動——教師點評的流程，實現線上——線下交互、翻轉課堂與TBL 互相融合的混合教學模式，大大增強了課堂教學方法的多樣性、參與性和趣味性，充分調動了學生自主學習的積極性，使學生在輕松、活躍的氛圍下實現了知識的主動消化和吸收[14]，學生附屬內驅力得到有效激發。

另外，“雨課堂”智慧平臺提供了很多諸如“彈幕”等個性化、實用化功能，師生可以通過這些功能隨時交流溝通，答疑釋惑。“雨課堂”的融入讓項目式、案例式、探究式教學變得更加靈活高效，提高了學生的課堂參與度，強化了學生的主體地位，學生學習的主動性和自我提升內驅力得到提升，教師也從之前的“主導者”轉變為引導學生進行深度學習的“引路人”。

（四） 仿真與實驗相結合實驗課教學模式

采用仿真與實驗相結合的實驗課教學模式，踐行“知識學習—建模仿真—電路實驗”的實驗課教學步驟，更加符合學生認知規律，同時培養學生建模仿真能力，有利于激發學生自我提高內驅力。具體實施上主要基于Multisim、LabVIEW 等仿真軟件，先通過仿真課對經典電路建模、仿真和結果直觀展現來加深學生對重要定理定律的理解，再通過實驗課的實際電路搭建和電路調試完成實驗任務，記錄實驗結果、完成實驗報告等，進一步從實際電路的角度加深對重難點知識的理解和掌握。

為培養學生對電路重要定理和分析方法的拓展應用，提高學生的自主仿真能力和科研能力，我們在課程教學中還增加了4 個學時的基于NI my DAQ的自主仿真實驗內容，在教學設計和實驗內容選擇中強調學生自主設計而不局限于書本內容，同時將Multisim 仿真、數據采集、LabVIEW 編程等多種實驗方法、手段納入實驗教學中，開闊學生視野，激發學生學習熱情，使學生更加深刻感受到電路原理是一門理論與實踐有機結合，并且可以創造出無窮可能的課程，以此激發學生的自我提高內驅力。

（五） 課外科研和知識技能競賽等課外教學活動

以內驅力激發和深度學習為主導的教學，不但要引導學生學會應用所學知識，還要引導他們根據所學知識進行適當拓展和創新，為此教學組在課堂教學之外還開展了本科生課外科研和大學生知識技能競賽的指導帶教工作。

筆者所在學校建立本科生導師制度并開展本科生課外科研活動已有10 余年，主要是通過學生和教師一對一建立培養關系，在一定期限內（如一學年）由導師指導學生開展文獻查閱、實驗設計、電路搭建、數據采集、結果分析、論文撰寫等課外科研工作，目標是培養具備初級科研能力的應用型人才。在本課程教學過程中，教師根據學生的能力素質情況，雙向選擇與本科生建立課外科研指導關系，結合課程所學內容和教研室科研方向，同步指導本科生開展課外科研，讓學有余力的學生承擔教研室大項科研任務中的一部分工作，如實驗數據采集、分析、處理，論文撰寫等。本科生課外科研活動既培養了學生的科研素養和科技創新能力，又從過程培養、能力提升、成果獲得等角度激發了學生對科研工作發自內心的熱愛。學生的點滴進步和成果都會得到指導教師以及院系領導和機關的關注與認可，從而激發求學向上的信心與愿望，推動和提升學生的附屬內驅力。

除了課外科研，教學組還積極組織學生參加課外知識技能競賽，例如組織和指導學生參加全國大學生建模競賽、全國生物醫學工程創新大賽、創客大賽等賽事對課堂所授知識進行鞏固和應用拓展。通過參賽培養了學生創新能力、協作能力、動手能力、解決問題能力等，通過與國內外兄弟院校的強手交流過招，積累了經驗，鍛煉了隊伍；并通過取得好的獎項和名次，來正向激勵學生進一步感受到學好專業基礎知識的重要性，形成學優而賽、以賽促學、賽學相長的生動局面，達到通過參賽激發學生附屬內驅力的目的。

四 教學效果評價

本文提出的以學生學習內驅力激發為主導的深度學習教學模式，經過教學組在本校生物醫學工程專業本科2018 級（19 人）、2019 級（14 人）學生教學過程中的實施，取得了非常好的效果。學生的學習面貌、精神狀態、目標追求等煥然一新。在教學評價方面，無論是考試成績、到課率、課后作業完成率、完成實驗要求、上交實驗報告次數等基于數量的基本評價方面，還是學生在學習過程中的自學能力、獨立思考能力、團隊協作能力等基于質量的高級評價都明顯高于往屆。

從課堂教學情況來看，學生能緊緊跟隨教師思路積極互動，討論課課前認真準備，課上積極發言，師生、生生之間交流互動良好，學生無論是理論知識掌握情況還是歸納總結和組織表達能力等素養均有較大提升。從課后作業和實驗情況來看，分析解決問題能力和實際動手能力大大提高，尤其是作業或者實驗中遇到難題時能發揮主觀能動性，積極尋找解決方案，絕大部分學生能通過查閱課本、網絡資料、論壇求助、請教老師、小組討論等方式自主解決問題，培養了學生學習中獨立解決問題克服困難的能力，增強了學習中的成就感和自信心。學生的認知內驅力和自我提高內驅力得到有效激發和提升。

在本科生課外科研方面，兩屆學生共有36 人次參加學校和學院層面本科生課外科研，與教學組或學院其他老師建立了一對一指導關系，共計參與發表或撰寫科研論文17 篇，其中SCI 收錄論文2 篇，申請專利4 項，所有本科生課外科研項目均順利完成指導任務并通過驗收，其中7 人次被評為優秀。在參加大學生課外科技競賽方面，近兩年共有15 人次、5 支代表隊參加全國大學生數學建模競賽，獲得國家一等獎1 項，陜西省一等獎2 項、二等獎2 項；10 人次、4 支代表隊參加全國生物醫學工程創新設計大賽，獲一等獎2 項，二、三等獎各1 項，學生附屬內驅力得到明顯提升。

一系列課內外教學活動和方法的實施很好地培養了學生的探究精神、科研能力和創新精神，相關成果和獎項的取得極大鼓舞和激發了學生學好專業基礎課的熱情和動力，并將科技強國使命的種子深深扎根于學生心中，使得主動學習、高效學習、深度學習自動融入他們現在以及將來的學習和工作中，伴隨終身。我們堅信在這種以學習內驅力激發為主導的教學新模式下培養出來的高素質復合型生物醫學工程人才一定會在他們未來的任職崗位中發揮更大作用，做出更大貢獻。