基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)模式研究
——以“電路”課程為例

徐 星，鄢睿丞，柳 懿

（1.海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430033；2.國(guó)防科技大學(xué) 信息通信學(xué)院，湖北 武漢 430035）

引言

混合式教學(xué)，來源于“混合學(xué)習(xí)”的概念，由何克抗教授于2003年首次提出［1］。同年，祝智庭等［2］系統(tǒng)定義了混合式教學(xué)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，混合式教學(xué)越來越受到重視。對(duì)于混合式教學(xué)模式的研究，其廣度和深度都在不斷增強(qiáng)［3-4］。“電路”課程是電類專業(yè)重要的專業(yè)背景課，開展混合式教學(xué)可為課程教學(xué)提供新的思路和方向［5-6］。然而，目前混合式教學(xué)也存在著一定的問題，主要體現(xiàn)在：一是自主學(xué)習(xí)時(shí)側(cè)重點(diǎn)往往聚焦單個(gè)知識(shí)單元，缺乏對(duì)某類知識(shí)的整體架構(gòu)引導(dǎo)和內(nèi)在邏輯關(guān)系表示，難以形成整體概念；二是由于學(xué)員個(gè)體存在差異，自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)質(zhì)量難以把控，導(dǎo)致影響整體教學(xué)效果；三是線上學(xué)習(xí)資源數(shù)量龐大，難以形成有效的導(dǎo)向性的學(xué)習(xí)路徑支持，無法滿足不同學(xué)員個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。

因此，如何進(jìn)一步提升混合式教學(xué)的教學(xué)效果是教育工作者面臨的新挑戰(zhàn)，采用新技術(shù)手段與混合式教學(xué)相結(jié)合的增強(qiáng)型教學(xué)是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的新思路。利用知識(shí)圖譜等技術(shù)，能有效提升混合式教學(xué)中學(xué)員自主學(xué)習(xí)效果，具有廣闊的應(yīng)用潛力［7］。例如：南京大學(xué)史宇坤等［8］在教學(xué)中，通過驅(qū)動(dòng)學(xué)員歸納知識(shí)點(diǎn)并自主構(gòu)建知識(shí)圖譜，促進(jìn)了學(xué)員整體知識(shí)體系的形成。但這種學(xué)員自主構(gòu)建圖譜的方式，無法充分發(fā)揮知識(shí)圖譜知識(shí)導(dǎo)航等方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

鑒于此，本文為適應(yīng)以學(xué)員為中心的教學(xué)改革需求，結(jié)合混合式教學(xué)模式，充分發(fā)揮知識(shí)圖譜技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過預(yù)先構(gòu)建課程跨學(xué)科多模態(tài)知識(shí)圖譜的方式，為學(xué)員推薦迭代式的、精準(zhǔn)化的課程學(xué)習(xí)路徑，并以知識(shí)圖譜技術(shù)為支撐，研究“電路”課程混合式教學(xué)模式及其教學(xué)實(shí)施方案。

一、基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

本文基于知識(shí)圖譜技術(shù)，瞄準(zhǔn)“電路”課程教學(xué)改革，設(shè)計(jì)了以線下為主體、以線上為輔助的混合式教學(xué)模式。在教學(xué)實(shí)施中，有效融合個(gè)體的個(gè)性化學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)的小組合作學(xué)習(xí)。線上輔助教學(xué)突出學(xué)員個(gè)體發(fā)揮主觀能動(dòng)性的自主學(xué)習(xí)；線下教學(xué)則根據(jù)學(xué)生不同的認(rèn)知能力進(jìn)行異質(zhì)分組，讓學(xué)員在合作中發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到共同提升的目的。

1.構(gòu)建完善的“電路”課程跨學(xué)科多模態(tài)知識(shí)圖譜。本文結(jié)合“電路”課程領(lǐng)域知識(shí)從橫向和縱向兩個(gè)方向建構(gòu)知識(shí)圖譜。主要包括：將課程相關(guān)知識(shí)實(shí)體與多模態(tài)教學(xué)資源實(shí)體以規(guī)范化、形式化方法進(jìn)行鏈接（典型例題、考試題、裁剪和鏈接一門慕課資源、應(yīng)用案例資源等）；梳理先行課程中與“電路”課程相關(guān)的知識(shí)實(shí)體；形成跨學(xué)科多模態(tài)“電路”課程知識(shí)圖譜，為進(jìn)一步開展基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2.開展基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)模式研究。梳理國(guó)內(nèi)外混合式教學(xué)的研究現(xiàn)狀和相關(guān)理論，并分析混合式教學(xué)模式的特點(diǎn)。而后，在參考各類課程混合式教學(xué)模式研究成果和知識(shí)圖譜在教育領(lǐng)域運(yùn)用成果的基礎(chǔ)上，探索提出基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)模式。目前，基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)模式，主要包括教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)方案實(shí)施（課前學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)、課后實(shí)踐和教學(xué)評(píng)價(jià)）和課程考核等三個(gè)環(huán)節(jié)。基于知識(shí)圖譜的電路課程混合式教學(xué)模式框架如圖1所示。

圖1 基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)框架

3.基于知識(shí)圖譜的“電路”課程混合式教學(xué)實(shí)施。在構(gòu)建“電路”課程知識(shí)圖譜的基礎(chǔ)之上，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，豐富教學(xué)案例、微課及前測(cè)測(cè)試題、后測(cè)測(cè)試題等課程資源。充分發(fā)揮智慧教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)過程記錄優(yōu)勢(shì)，選取教學(xué)改革試驗(yàn)班次進(jìn)行實(shí)踐。

4.教學(xué)總結(jié)及反思。設(shè)置滿意度、平均成績(jī)、及格率等指標(biāo)，分析改革班次與普通班次的相關(guān)要素以驗(yàn)證教學(xué)模式改革成效；對(duì)好的地方進(jìn)行總結(jié)，不足的地方進(jìn)行反思，迭代提升教學(xué)的效果。

二、基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)模式的實(shí)施方案

（一）教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)準(zhǔn)備階段，首先分析學(xué)生的專業(yè)背景、教育經(jīng)歷等基本情況與課程教學(xué)的基本特征，進(jìn)一步明確課程總體教學(xué)目標(biāo)，并細(xì)分至單次課程。其次，根據(jù)學(xué)情分析結(jié)果，完成課程教學(xué)資料的制作和整理，確定混合式教學(xué)的具體組織流程及各階段教學(xué)內(nèi)容等。

1.明確課程教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)制定教學(xué)任務(wù)是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為提升教學(xué)效果，教學(xué)任務(wù)必須以獨(dú)立的知識(shí)單元為單位。為此，需要根據(jù)知識(shí)圖譜構(gòu)建的特點(diǎn)，將整個(gè)課程按照知識(shí)結(jié)構(gòu)組織為若干模塊，并細(xì)化為層次性的各知識(shí)單元。基于上述思想，“電路”課程內(nèi)容可劃分為電阻電路分析方法、正弦穩(wěn)態(tài)交流電路和動(dòng)態(tài)電路三個(gè)大模塊，每個(gè)模塊由一系列子知識(shí)模塊（單元）構(gòu)成，每個(gè)知識(shí)單元教學(xué)目標(biāo)也可進(jìn)一步細(xì)分為知識(shí)、能力和素質(zhì)三個(gè)層次，如圖2所示。

圖2 混合式教學(xué)模式下“電路”課程教學(xué)目標(biāo)層次關(guān)系

2.教學(xué)資源準(zhǔn)備。為支撐基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)，其教學(xué)準(zhǔn)備資源主要包含課程知識(shí)圖譜、微課資源、MOOC平臺(tái)資源、課件資源、虛擬仿真資源、課程測(cè)試資源：（1）課程知識(shí)圖譜。根據(jù)上述單次課程教學(xué)目標(biāo)構(gòu)建課程知識(shí)圖譜。本文的課程知識(shí)圖譜的建構(gòu)從橫向和縱向兩個(gè)方向進(jìn)行組織，縱向組織按照章節(jié)順序排列，目的是構(gòu)建整本教材的知識(shí)脈絡(luò)，提供完整的知識(shí)專題模塊，展現(xiàn)知識(shí)實(shí)體的位置，幫助學(xué)員更快更高效地找到知識(shí)所在的位置，明確知識(shí)導(dǎo)航的路徑。（2）微課資源。針對(duì)錯(cuò)誤率、疑問率高的問題，不再占用寶貴的課堂時(shí)間進(jìn)行分析和講解，而是錄制成微課視頻，供有需要的學(xué)員自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。為了集中學(xué)習(xí)資源，為學(xué)員提供導(dǎo)向性學(xué)習(xí)，將微課視頻以二維碼的形式鏈接到單次課程的知識(shí)圖譜中，并將微課視頻上傳在線教學(xué)平臺(tái)推送給學(xué)員。（3）MOOC平臺(tái)資源。本課程組自建的“艦艇電工電子技術(shù)”已上線學(xué)堂在線，可供學(xué)員自行學(xué)習(xí)。可將“艦艇電工電子技術(shù)”和清華大學(xué)“電路原理”慕課按照知識(shí)單元進(jìn)行裁剪，以二維碼的形式鏈接到知識(shí)圖譜相應(yīng)的知識(shí)節(jié)點(diǎn)處，并同樣可以放入在線教學(xué)平臺(tái)推送給學(xué)員。（4）課件資源。將課程課件資源根據(jù)基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和裁剪，形成與知識(shí)圖譜和MOOC相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)充學(xué)習(xí)資源。（5）虛擬仿真資源。為達(dá)成“電路”課程教學(xué)的能力目標(biāo)，利用Mutisim軟件設(shè)計(jì)電路仿真案例、電路搭建和電路調(diào)試等內(nèi)容，不斷完善課程的虛擬仿真案例資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)“理”到“實(shí)”的融合一體。（6）課程測(cè)試資源。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)“電路”課程測(cè)試資源，形成課前測(cè)試、課中測(cè)試、課后拓展和階段測(cè)試等四類測(cè)試資源體系。其中，課前測(cè)試一般用于學(xué)生提前進(jìn)行課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)，側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)、概念、原理等方面。課中測(cè)試則用于鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí)，通過設(shè)置算例、布置仿真設(shè)計(jì)小組任務(wù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)理論知識(shí)的深化理解。課后拓展，則可以通過報(bào)告、實(shí)訓(xùn)等方式，驅(qū)動(dòng)學(xué)生對(duì)前期所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納、小結(jié)和系統(tǒng)性運(yùn)用，提升學(xué)生基于知識(shí)解決問題的能力。階段性測(cè)驗(yàn)是對(duì)階段學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢查的重要過程，目的是檢驗(yàn)學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，評(píng)估學(xué)生能否順利進(jìn)行下一階段學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中存在的問題并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

（二）教學(xué)實(shí)施方案

為讓學(xué)員更好地掌握電路的理論及相關(guān)知識(shí)，為后續(xù)專業(yè)課程打下牢固的基礎(chǔ)，本文在此前教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步充分發(fā)揮知識(shí)圖譜技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過課前學(xué)習(xí)、課中教學(xué)和課后鞏固，進(jìn)行基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)實(shí)施。通過線上滿足學(xué)員自主式學(xué)習(xí)需求和線下進(jìn)行協(xié)作式、啟發(fā)式的學(xué)習(xí)，全面提高學(xué)員解決問題和分析問題的能力。

1.課前學(xué)習(xí)。課前，教員準(zhǔn)備好本次課程的在線學(xué)習(xí)資源，主要是包含本次課程知識(shí)圖譜、微課、MOOC、典型習(xí)題、考題、測(cè)試題（含課前測(cè)試、課堂測(cè)試、課后拓展提高和階段測(cè)試）等，并將微課、MOOC、典型習(xí)題、考題鏈接至知識(shí)圖譜，示例如圖1所示。教員提前一周從本次課教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，抽取出課程知識(shí)圖譜，將其對(duì)應(yīng)的在線學(xué)習(xí)資源上傳至學(xué)習(xí)平臺(tái)，并發(fā)布課程學(xué)習(xí)任務(wù)清單，布置個(gè)人和小組學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.課中教學(xué)。課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)以學(xué)員為主體，并實(shí)施基于知識(shí)圖譜的混合式教學(xué)。教員根據(jù)學(xué)員線上學(xué)習(xí)測(cè)試情況及學(xué)員交互的反饋信息確定課堂教學(xué)重點(diǎn)，實(shí)施混合式課堂的教學(xué)內(nèi)容。課堂教學(xué)主要按照課前學(xué)習(xí)效果檢測(cè)、知識(shí)點(diǎn)梳理、課堂討論、小組競(jìng)賽、本周學(xué)習(xí)反饋的順序完成。首先教員總結(jié)講授前期線上學(xué)習(xí)的出錯(cuò)率較高的疑點(diǎn)問題，并使用知識(shí)圖譜展開的方式梳理知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，著重講解其中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，并用2～3個(gè)典型例題進(jìn)行鞏固練習(xí)；然后進(jìn)行小型仿真設(shè)計(jì)類小組任務(wù)的交流討論，并進(jìn)行小組匯報(bào)競(jìng)賽；最后教員對(duì)學(xué)員表述不完整、不準(zhǔn)確的地方進(jìn)行補(bǔ)充、總結(jié)，并對(duì)學(xué)員的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。整個(gè)過程采用形式多樣的方法，如討論、探究、質(zhì)疑等，給學(xué)員充分發(fā)揮、表述的機(jī)會(huì)，教員的任務(wù)是負(fù)責(zé)主持、引導(dǎo)課堂內(nèi)容逐項(xiàng)進(jìn)行。

3.課后鞏固。課后鞏固環(huán)節(jié)，根據(jù)課堂內(nèi)容推送課后學(xué)習(xí)任務(wù)單，布置個(gè)人拓展提高項(xiàng)目，如電路典型問題仿真探究的拓展選做作業(yè)；解答課堂遺留問題和課堂“學(xué)習(xí)反饋”問題；補(bǔ)充課外知識(shí)點(diǎn)超鏈接拓展內(nèi)容。并以“電路”課程模塊為單位，在各單元后以階段測(cè)試的方式做復(fù)習(xí)總結(jié)。通過幫助學(xué)員形成適合自己的混合式課程學(xué)習(xí)節(jié)奏，養(yǎng)成自學(xué)、討論、總結(jié)、反思的科學(xué)思維。教員根據(jù)學(xué)員反饋，進(jìn)一步完善和調(diào)整教學(xué)資源與教學(xué)手段。

（三）考核方式

本課程考核方式分為形成性考核和終結(jié)性考核，其中終結(jié)性考核占40%，形成性考核占60%。形成性考核需要綜合考查學(xué)員平時(shí)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果，并采用“在線學(xué)習(xí)—線下學(xué)習(xí)表現(xiàn)—階段測(cè)試”的分階段、過程化的考核方案評(píng)定。形成性考核成績(jī)由線上成績(jī)、課程階段測(cè)試、課前+課中+課后作業(yè)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)仿真成績(jī)組成，其中線上成績(jī)占10%（含MOOC的單元測(cè)試，在線期末考試成績(jī)和在線討論等），課程階段測(cè)試占20%（三次階段測(cè)試），課前+課中+課后作業(yè)成績(jī)占20%（含個(gè)人成績(jī)和小組成績(jī)），實(shí)驗(yàn)仿真成績(jī)占10%（含實(shí)驗(yàn)仿真報(bào)告和實(shí)驗(yàn)操作）。

結(jié)語(yǔ)

混合式教學(xué)是當(dāng)前教育的改革研究熱點(diǎn)，如何更好地通過混合式教學(xué)改革，因地制宜、因條件制宜、因課程特點(diǎn)制宜，解決傳統(tǒng)課程教學(xué)中面臨的各類矛盾問題，是新時(shí)代給予每一名教育工作者的挑戰(zhàn)。本文通過將知識(shí)領(lǐng)域中的知識(shí)圖譜技術(shù)與混合式教學(xué)相結(jié)合的方式，一方面可以有效發(fā)揮混合式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)；另一方面可以幫助學(xué)員快速構(gòu)建課程知識(shí)體系，厘清知識(shí)內(nèi)在邏輯關(guān)系，形成有效的具有導(dǎo)向性的學(xué)習(xí)方式。基于知識(shí)圖譜的“電路”課程混合式教學(xué)模式可為其他課程教學(xué)改革提供借鑒。