基于“雙線雙向多元共享”電力課程資源建設

盧聞州,王祥州,陳夢舟,陳海英

(江南大學,江蘇 無錫 214122)

江南大學電氣工程及其自動化專業的電力類課程包括專業核心課——工程電磁場、專業限選課——供配電技術、專業選修課——電力變換技術等。工程電磁場課主要講授工程電磁場的基本理論和基礎知識,進一步研究宏觀電磁現象和電磁過程的基本規律及其分析計算方法[1],2020級培養方案由2.5學分、40學時下降到2學分、32學時。供配電技術課主要講授供電系統運行維護、設計計算所必需的基本理論與基礎知識,以及一般中小型企業內部電能供應與分配問題[2],2020級培養方案由3學分、48學時(含40理論+8實驗)下降到2學分、36學時(含28理論+8實驗)。電力變換技術課主要講授電力變換的基本原理、拓撲和典型應用[3],2020級培養方案由2學分、32學時(含24理論+8實驗)上升到2學分、36學時(含28理論+8實驗)。

通過多年電力類課程的教學實踐,筆者對其中存在的問題有了一些思考:首先,上述3門電力類代表性課程具有較強專業性與實用性,單純的理論講解和驗證性實驗可能無法使學生獲得有效的工程思維能力和實踐能力[4-6];其次,學時數普遍有縮減的趨勢,如何在更少的學時條件下提升課程教學效果,需要在課堂外進行統籌考慮,對課程資源進行系統性設計[7-9];最后,3年疫情造成的線上線下隨機切換模式,給教學帶來了沖擊,也使其煥發了生機,“逼迫”老師主動求變,努力嘗試各種資源和工具,以此來提升教學效果[10]。因此,如何在有限的課堂教學學時下建設線上線下各類資源、提升電力類課程的教學效果,成了一個值得大力探索的課題。

在工程教育的大趨勢下,經過前期的教學實踐積累和因疫情做出的線上資源建設起步,江南大學工程電磁場、供配電技術和電力變換技術等電力類課程歷經多年教學改革探索后,從最初課堂上“以教為主”的教師授課方式,逐步轉變成目前開放式線上資源與互動式線下資源相結合的教學模式,即“雙線雙向多元”教學模式。

本文主要探討“雙線雙向多元”教學模式中開放資源的建設。其中,“雙線”即“線上+線下”教學方式相結合;“雙向”即教師與學生的互動式教與學;“多元”即以雨課堂與公眾號為基礎,配合問卷星、在線實驗軟件等構建的開放互動式資源平臺。

1 電力類課程資源建設總體方案設計

為提高學生的理論知識學習效率與實踐能力、加強師生互動交流,并向電力類工程教育提供更加廣泛、開放、充實的學習資源,需要建設一批普及度高、應用性強、實用性好的面向工程教育的電力類課程的開放、互動式課程資源。

課程資源建設以“自由開放、互動共享”為建設理念,依托公眾號和雨課堂建立開放式的資源利用平臺和師生雙向互動機制。圖1展示了開放互動式課程資源建設總體設計方案。設計方案由三部分組成,第一部分是基于公眾號的線上開放式課程資源,第二部分是基于雨課堂的線下互動式課程資源,第三部分是基于多元改進機制對線上線下課程資源做出的閉環更新。

對線上開放式課程資源進行建設時,可選擇公眾號作為課程資源的存放載體,來突破課堂教學特定上課時間、指定上課教室的時空限制,讓除授課學生外的其他社會面學生、相關課程教師、行業人員等人,都可以在任何時間、任何地點進行課程資源的學習利用。線上開放式課程資源包括課程課件、課程視頻、課程隨堂測試題庫、課程擴展案例庫、實驗說明書、網頁版在線虛擬仿真軟件說明、課程設計說明、期末客觀題測試題庫等。網頁版在線虛擬仿真軟件可存放于學校服務器,由內網IP控制網址訪問(后期可做成全社會開放式訪問)。其他課程資源可存放在公眾號中,并提供課程資源索引,方便任何人隨時查找使用。

對線下互動式課程資源進行建設時,選擇雨課堂作為課程資源的使用載體,能夠讓課堂上的師生脫離黑板和投影儀的束縛。師生的雨課堂端能實時同步線下教學資源和教學過程,例如:教學課件的同步、實時彈幕、調查問卷、隨堂測試題發布和完成后的雙向互動交流等。這些線下互動式課程資源同樣可以突破時空限制,在特殊時刻,可以借助騰訊會議等視頻連線工具,將線下教室挪到虛擬會議室,同樣實現近似線下教學的互動式教學效果。如果未來課程授課群體需要進一步擴大,此方式還可以很方便地將線下授課的課程資源向社會全體成員公開。

對線上、線下課程資源進行持續改進時,借助線上、線下多元工具機制實施,能夠快速建立并逐步迭代課程資源建設,形成趨于完備、適合于授課對象的優質課程資源。1)線上的持續改進措施:采用公眾號平臺,任何人在任何時間都可以對相應資源進行評論或提出意見和建議;對于線上視頻,任何人可以輸入彈幕進行評論;利用問卷星等制作期末調查問卷,完整上過課的任何人都可以對課程資源建設的滿意度等進行打分和提意見;授課教師可以通過這些方式及時獲得授課對象的反饋,對課程資源及時做出調整和改進。2)線下的持續改進措施:雨課堂端的彈幕功能可以隨時讓學生提出疑問,教師可以及時做出說明解答疑問;教師對某些知識點主動做出隨機提問、問卷調查,可以通過學生的及時回答獲知同學們的掌握程度,進而優化接下來的上課重點;課堂后期的滿意度調查反饋,可以讓教師獲知此堂課中存在的疑問和不足,對疑問做出及時解釋,對不足及時做出優化調整,對無法及時調整的做出解釋性說明。

電力類課程開放互動式課程資源建設應以“三全育人”為目標。通過上述設計方案,教師可以在教授學生專業知識的同時,將課程思政教育也寓于其中,做到全員、全程、全方位育人。依托公眾號和雨課堂的開放、互動式教學,能夠確保全體學生全過程參與教學過程,依托軟件的記錄功能,能加強對學生學習過程的評價。

2 開放式線上資源建設

開放式線上資源的特點就是開放、在線,公眾號就是較好的開放式平臺,它具有受眾廣、成本低、高互動性的優點。通過建設以授課教師個人類型的“源行者”公眾號平臺為載體的開放式課程資源,可以方便學生隨時隨地在線學習、互動交流,平臺開放式課程資源界面如圖2所示。學生可以關注公眾號,在首頁點擊鏈接選項,進入相應的索引界面,進而對相關課程資源進行學習使用;教師可以引用相關鏈接,在課程教學中的任何環節對課程資源進行展示、利用和交流。

目前已完成開放式課程資源建設的電力類課程包括工程電磁場、供配電技術、電力變換技術、畢業設計等。課程資源包括有:工程電磁場的上課視頻、課件、習題參考答案及講解、期末調查問卷等;供配電技術的上課視頻、課件、隨堂測試題目、實驗說明、虛擬仿真使用手冊、期末客觀題題庫、期末調查問卷等;電力變換技術的上課視頻、課件、隨堂測試題目、實驗說明、期末客觀題題庫、期末調查問卷等;畢業設計的開題報告和外文翻譯規范、畢業論文撰寫規范。

下面重點介紹上課視頻、課件、測試題目庫、擴展案例庫、虛擬仿真實驗等在線課程資源的制作和使用情況。

1)上課視頻

為了提高學生對電力課程內容的掌握程度、方便學生在課后重點復習,教師將錄制的上課教學視頻加入封面、字幕等后,以視頻號的形式將其上傳到公眾號,便于學生在線點擊學習,學生對不懂的地方可反復觀看,從而加深對專業知識的掌握。

2)課件

為配合上課視頻,使學生可以更有效地隨時學習,教師將開發的電力類課程的課件,以章為單位,上傳至公眾號平臺,方便學生隨時點擊學習。

3)測試題目

為了使學生可以更有效地學習,教師可配合上課視頻和課件,以章為單位,匯集上課的隨堂測試題目,將其整理后上傳至公眾號平臺。學生可以在學習完相應章節的視頻和課件后,點擊題目進行自測,以檢驗自我學習效果。公眾號平臺可采用明面顯示題目,點擊顯示答案的方式,使學生更快速、有效地獲知對題目的掌握情況,如圖3所示。此外,還建立了期末客觀題題庫,以問卷星的形式提供,學生可以在課程學習完成后,掃描公眾號中問卷星二維碼進入客觀題庫答題練習,在全部題目完成后,學生可以獲得自己的得分情況,并據此對課程掌握程度進行查漏補缺。

圖3 測試題呈現形式

4)擴展案例庫

為了配合“立德樹人”的要求,并從工程教育的初衷出發,依托學校關于課程思政建設的支持,針對供配電技術課程編寫了豐富的工程應用案例,目前已編寫完成26個案例,并上傳到公眾號平臺。學生可通過點擊索引中的鏈接查看相應案例進行擴展閱讀,來幫助理解和掌握真實工程案例中的理論知識和設計方法,促進對工程應用層面的學習和掌握,從而獲得知識獲取、能力培養、價值塑造方面的融合[11]。

5)虛擬仿真實驗

在公眾號中建立實驗說明和虛擬仿真索引,使學生可以點擊鏈接學習相關實驗和虛擬仿真軟件的使用方法。電力變換技術已建立完善與線下實驗對應的線上實驗說明資源。供配電技術課也建立了10 kV供配電系統虛擬仿真實驗,學生可以在學校校園網IP地址范圍內,登錄在線軟件網址172.18.65.217:8080,進入10 kV供配電虛擬仿真實驗平臺,初始化網頁界面如圖4所示。

圖4 虛擬仿真實驗初始化網頁界面

建設以公眾號為載體的開放式線上資源,不僅可以有效地拓展學生的學習渠道和資源,同時也可以為工程教育進一步實現轉型升級、提升教育質量水平做出貢獻。

3 互動式線下資源建設

建設互動式線下資源是為了改善師生的課堂體驗、提高課堂教學效率。建設互動式線下資源,首先要建立適合電力類課程的教材與課件體系,可以雨課堂教學軟件為基礎,通過線上資源的“碼上學”(將一個個具體線上資源鏈接轉換為二維碼,教師展示二維碼,學生掃碼學習)來幫助教師更好地開展互動式教學,提升學生的學習興趣和思維動力,同時為電力類工程教育課程的教學質量提供有力保障和推動力。

1)教材

供配電技術和電力變換技術兩門課程使用的教材《供配電技術》[2]與《電源變換技術及應用》[3]均是由江南大學教師在多年教學實踐的基礎上編寫的。《供配電技術》是江蘇省“十三五”高等學校重點教材、工程教育創新系列教材和中國電力出版社“十三五”普通高等教育規劃教材;《電源變換技術及應用》是中國電力出版社“十三五”普通高等教育規劃教材。

面向工程教育的電力類課程教材的編寫,應以講清概念、強化應用為重點,以培養和增強學生的規范意識、工程思維和實踐能力為目的,以基礎理論和基本計算為核心。該類教材還應該具有信息量大、通俗易懂,以及前瞻性、針對性和實用性強的特點,每章前有導讀、后有小結,中間穿插例題講解,便于學生進行自學。

2)基于雨課堂的課件

基于雨課堂的課件具有諸多優點。一是可以支持學生在學習過程中與教師實時互動,教師可以在教學過程中及時了解學生提出的疑問并做出解答。二是雨課堂課件在同步的同時,學生可以查看已經翻過的課件頁,將自己不理解的頁面標記為“不懂”,教師可以對“不懂”出現頻率高的頁面進行重點講解。這可以改善學生的學習體驗、提高課堂學習的有效性。在線下課程結束后,雨課堂還可以收集課件信息,如所有發送過的彈幕匯總、同學標記“不懂”的頁面匯總、同學的課堂表現得分等。教師可以通過這些信息改善自己的教學節奏,為表現分高的同學獎勵課堂平時分,提醒表現分低的同學并督促他們改善自己的課堂表現,進而提升整體線下教學效果。

基于雨課堂的課件還可以嵌入隨堂測試題、所有線上“碼上學”資源,以及課堂結尾的滿意度調查與意見反饋、彈幕等。在經過近幾年的課堂測試及同學們反饋改進后,以雨課堂為基礎建設的互動式線下資源教學模式發展得較為成熟,具有較高的可靠性與實用性,也獲得了同學們較高的認可度。

4 持續改進機制

盡管現在建設的“雙線雙向多元共享”的開放互動式課程資源體系在近幾年實際的教學實踐過程中展現出了良好的效果,但仍有改進空間,可以依據學生在實際體驗后的即時或期末反饋意見及雨課堂生成的客觀數據與主觀意見,來持續性地改進現有的電力類課程資源。

1)反饋意見

為保證面向工程教育的電力類課程開放互動式資源能持續不斷地改進,為同學們提供優質的學習資源與良好的學習體驗,課程全程提供了以下4種學生反饋意見收集方式。

雨課堂實時彈幕:學生可以通過雨課堂發送彈幕的方式,第一時間提出問題反饋,教師可以當場解決問題或者課后通過雨課堂查看課堂彈幕收集反饋意見并進行回復。

雨課堂課后反饋:在課程內容結束后,即一堂課的最后5分鐘,通過雨課堂投票、問卷等方式,教師可以直觀地獲得學生對該堂課的滿意程度及反饋意見與建議,然后進行當堂交流、答疑解惑。

公眾號留言:在課程結束后,學生也可以通過在“源行者”公眾號直接給教師留言的方式,來反饋自己的意見和建議。

其他方式:除上述幾種直接、即時獲得反饋意見的方式外,教師還可以通過微信聯系、課程微信群、期末問卷調查、期末測試卷的方式來獲得學生的意見與建議。

2)各類客觀數據與主觀意見分析

在一堂課結束后,雨課堂可以生成本堂課各種形式的客觀數據。通過匯總數據信息與反饋意見,教師對這些客觀數據及從各種渠道收集到的主觀意見進行分析,可以得到各類問題的解決方法。例如,圖5所示為本學期供配電技術課第一堂課部分隨堂測試題答題情況,從中可知第2題、第3題的正確率達98%,表明該類題型較為簡單,大家都已掌握,可以考慮后期增加題目難度;而第4題正確率僅有35%,這表明學生對該題掌握度不高,可以在課程中增加與該題相關的知識點講解。

圖5 部分隨堂測試題答題情況

5 結語

電力類課程開放互動式課程資源建設和持續改進是實現電力工程教育的重要組成部分。面對快速變化的電力工程科技發展,電力類課程需要能夠提供質量高、實用性強、多樣化和可持續發展的課程資源方案。

江南大學通過近幾年在工程電磁場、供配電技術和電力變換技術等電力類課程實際教學實踐中建設“雙線雙向多元共享”的開放互動式資源體系,使學生對知識點的掌握程度顯著提高,師生互動顯著增多,課堂活躍度明顯增加。據此可以得出,該開放互動式課程資源的建設是推進電力類課程提升教學品質的有效途徑。同時,通過持續收集反饋意見、客觀數據和主觀意見并據此進行持續改進,可不斷完善電力類課程的開放式資源建設,能夠逐步解決當前電力類課程教學中所存在的各種問題,提高電力類課程的教學效果。

通過建立和推廣電力類課程開放互動式課程資源,不僅能夠提升電力類課程教學質量和水平,還能夠進一步推動工程教育向更加開放、透明和可持續的方向發展,進而為社會培養出更多優秀的應用型電力人才。